１、視覚（ Visual Perception）

インタラクティブＣＧ０５Ｓ蔡 東生

参考文献

• Sections 1.4-1.5, Interactive Computer Graphics, Angel

• コンピュータグラフィックス、 Appendix 1

• Other References• •Foundations of Vision, Brian Wandell, pp. 45

-50• •Principles of Digital Image Synthesis, Glassn

er, pp. 5-32.

イメージの形成

• 最初に光を受け取り記録するある種のセンサーが必要

• これですべてか？

ピンホールカメラ• 長所：すべて焦点が合っている、簡単

にシミュレーションできる• 短所：すべて焦点があっている、多く

の光が必要（長い露光時間が必要）

光を集める• 単純に単一光線（ RAY) を放射するよ

り、ひとまとまりの光線 (RAY) を集めてセンサーのある一点に集中してみよう

• 屈折 (Refraction) ：光がある媒体から、別の媒体に進入するとき境界面垂直線(NORMAL) がわに曲がる

屈折

光学• レンズの特性を調べるために、まずは光学の用語を

調べてみよう• 焦点 (Focal Point) ：レンズを平行光線が通過したと

き、光線が集まる点• 焦点距離 (Focal Length) ：レンズから焦点までの距

離• 倍率 (Diopter) ：メータではかった焦点距離の逆数

D

Q:10D のレンズの焦点距離は？

光学

• 光線をトレースすることによりイメージポイントをしる（ガウスのレンズ公式）

Ｑ目はどうやって焦点距離をあわせているか？

人間の目の構造

人間の目の構造

• 大事な部位：

• 角膜 (Cornea) ：８０％（〜４０Ｄ）の目の屈折率を提供

• 虹彩 (Iris)

• 瞳孔 (Pupil)

人間の目の構造• 水晶体レンズ：焦点距離を調整。子供で１０

から３０Ｄの視力。年齢とともに視力レンジは落ちていく

• 毛様体筋（ Ciliary body ） : レンズの厚さを制御– 筋肉が弛緩するとレンズは拡張し平らになる– 筋肉が収縮するとレンズは圧縮されて厚くなる

網膜• 網膜（ Retina) ：２００度の範囲で目の

おくにある光を完治する細胞の層• 錐体 Cones: 光を認識• 桿体 Rods:10 倍鋭敏だが受光強さに限

界

人間の網膜

Fovea( 中心窩 ): 高密度錐体（ cones）（桿帯（ rod)ではない）を含む視軸の中心に位置する１，２度の小さな領域

人間の網膜 　

人間の目は神経システムにより実装されたビジュアルシステムのほんの一部分である

神経回路結合

• 光受容体の出力は平滑化が行われる、空間解像度の低下を起こす。

• 1000rods で一ニューロンに収束（１２０Ｍ rods+6Mcones):1M ニューロンファイバー

認知できる光の強さ

• 人間の目は非常に広範囲な柔軟性をもてるよう適応的である

• 一つの例は、音と同じように人間は log スケールで光の強さを認識している– 例えば、 0.2 と 0.22 の違いは、 0.8 と　　の違い

となる– 理想的には、 n+1 の等しく置かれた強度レベル

は：

明るさの対比（ light contrast) と同化（ light constancy)

• 光の領域の明るさはその周辺の領域に従う• 明るさの対比現象は一定の明るさを持つ領域を周辺

の状況に応じて暗く感じさせたり、明るく感じさせる

• 明るさの同化現象はその逆• 人間の脳は明るさの比を知覚して、自己矛盾のない

(consistent)内挿（ interpolation) を行う

マッハバンド (Mach Bands)• マッハバンドはオーストリアの物理学者により提案

• よりくらい領域に接する部分は明るく見える

• 特に、 C0連続性の時、強度は非連続で変化が激しくマッハバンドとなる

• Ｃ１連続の時非連続性では、、、

Mach Bands, cont• 原因：近くのセルからの横からの抑制

• Ｑ：どうしてこの合成パターンは有用？

ノイズ• ノイズとは信号に加えられる乱雑さ（ randomeness)

• 人間の目はノイズに鈍感

ちらつき（ Flicker)

• 光受容体（ Photoreceptive) 細胞は時間平均をとり反応する：より多くの光子（ photons)-> より多くの反応

• ある臨界ちらつき周波数 (critical flicker frequency:CFF)以上で、光のフラッシュは一つのイメージとし組み込まれる

• 人間の CFF は６０ Hz以上（蜂は３００ Hz以上）

• Q: 全てのビジュアル効果の全ての部分は同じ CFＦ以上であるか？

まとめ

• 太字の用語を覚えよう• どのようにしてレンズはイメージを作

るか？• 目の基本構造とそれがどのように機能

するか• Lightness contrast 効果• 目の光り強度に対する相対的な鋭敏さ

とノイズに対する鈍感さ