CG Magic:レンダリング

CGのレンダリング技術を、技術者・アーティスト・研究者向けに詳しく解説

このような方におすすめ

大学や専門学校、CGプロダクション、ゲームプロダクション、インタラクティブエンタテインメントおよび建築・気象・医療分野のビジュアライゼーション等においてCGに携わる、技術者・研究者・アーティストなど。
  • 著者倉地 紀子 著
  • 定価4,536 (本体4,200 円+税)
  • B5 296頁 2007/11発行
  • ISBN978-4-274-06692-4
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最先端(2000年以降)のCG技術のうち「レンダリング」(描画)に関するものを、幅広く俯瞰し、系統立てて紹介すると同時に、要点を掘り下げて解説。世界にも類を見ない一冊。革新的な技術を生み出した研究者本人に取材しており、教科書や論文には載っていない技術開発の裏にある物語も織り込まれている。

https://www.ohmsha.co.jp/book/9784274066924/
刊行によせて

はじめに

第I部 ジオメトリベースのアプローチ

第1章 フォトリアリスティックレンダリングの基礎知識
1.1 光の物理量
1.2 光の挙動のモデル化
1.3 レンダリングの仕組み

第2章 グローバルイルミネーション
2.1 レンダリング方程式とその解法
2.2 MCRT
2.3 フォトンマッピング法
2.4 プログラマブルグラフィックスハードウェアとGI

第3章 ボリュームレンダリングとパーティシペイティングメディア
3.1 ボリュームを視覚化する手法
3.2 ボリュームレンダリング
3.3 パーティシペイティングメディア

第4章 サブサーフェーススキャタリング
4.1 基本概念とモデル化の歩み
4.2 サブサーフェーススキャタリングのモデル化
4.3 BSSRDFモデル

第II部 イメージベーストのアプローチ

第5章 イメージベーストレンダリング
5.1 ステレオ
5.2 イメージワープ
5.3 イメージベーストモデリング&レンダリング
5.4 ライトフィールド
5.5 IBRの実用化

第6章 HDR(High Dynamic Range)
6.1 レスポンスカーブとHDR画像
6.2 HDRファイルフォーマット
6.3 ビデオ映像とHDR画像

第7章 イメージベーストライティング
7.1 IBLの基本形
7.2 環境マップとIBL

第III部 ジオメトリベースとイメージベーストの融合

第8章 リフレクタンスの復元
8.1 BRDF: Bidirectional Reflectance Distribution Function
8.2 リフレクタンスフィールド

第9章 BTF(Bi-directional Texture Function)
9.1 BTFの基本的な概念
9.2 幾何学的なBTFレンダリング
9.3 代数的なBTFレンダリング

第10章 ラディアンストランスファー
10.1 PRTの基本形
10.2 進化するラディアンストランスファー
10.3 ラディアンストランスファーの多様化

参考文献

索引
刊行によせて

はじめに

第I部 ジオメトリベースのアプローチ

第1章 フォトリアリスティックレンダリングの基礎知識

1.1 光の物理量
光のエネルギーと放射束
イラディアンス
ラディアンス

1.2 光の挙動のモデル化
ローカルイルミネーションとグローバルイルミネーション
BRDF
反射の計算
反射の種類と特徴
フレネルリフレクタンス

1.3 レンダリングの仕組み
レンダリングという概念
レイトレーシング

第2章 グローバルイルミネーション

2.1 レンダリング方程式とその解法
レンダリング方程式
2つの解法(ラジオシティ法とモンテカルロレイトレーシング)

2.2 MCRT
MCRTの語源
基本的なMCRT
双方向への光の追跡
サンプリングの工夫
補間という概念(イラディアンスキャッシング)

2.3 フォトンマッピング法
フォトンマッピング法の基本概念
フォトンマップの作成
フォトンマップを用いたレンダリング
フォトンマッピング法の課題

2.4 プログラマブルグラフィックスハードウェアとGI
プログラマブルグラフィックスハードウェアとは
バーテックスプログラムとフラグメントプログラム
GPUレイトレーシング
GPUフォトンマッピング
GPU技術のゆくえ

第3章 ボリュームレンダリングとパーティシペイティングメディア

3.1 ボリュームを視覚化する手法
ボリュームという概念
ボリュームを視覚化する2つの手法

3.2 ボリュームレンダリング
ボリュームレンダリングの仕組み
ボリュームレンダリングの移り変わり
ボリュームレンダリングによる人体の表現

3.3 パーティシペイティングメディア
パーティシペイティングメディアの視覚化
光の伝達を表す方程式(LTE)
パーティシペイティングメディアの特性
パーティシペイティングメディアとCGレンダリング
ボリュームレンダリング方程式とその解法
レイマーチング法の効率化
レイマーチングによる自然物の表現
ボリューメトリックな影

第4章 サブサーフェーススキャタリング

4.1 基本概念とモデル化の歩み
サブサーフェーススキャタリングとは
BRDFとBSSRDF
シングルスキャタリングとマルチスキャタリング
ディフュージョンという概念

4.2 サブサーフェーススキャタリングのモデル化
シングルスキャタリングのモデル化
マルチスキャタリングのモデル化

4.3 BSSRDFモデル
話題を呼んだBSSRDFモデル
医療物理学からの発想
ダイポールモデル
ダイポールモデルの検証
ダイポールを用いたレンダリング
ファーストトランスルーセント
マルチポールモデル
マルチレイヤーへの対応
映画におけるBSSRDFモデル

第I部まとめ

第II部 イメージベーストのアプローチ

第5章 イメージベーストレンダリング

5.1 ステレオ
カメラキャリブレーション
ステレオコレスポンダンス
オプティカルフロー
ステレオコレスポンダンスの発展形
ステレオリコンストラクション

5.2 イメージワープ

5.3 イメージベーストモデリング&レンダリング
イメージベーストモデリング&レンダリングの発祥
イメージベーストモデリング&レンダリングのパイプライン

5.4 ライトフィールド
ライトフィールドの定義
ライトフィールドレンダリング
ライトフィールドマッピング
ライトフィールドフォトグラフィ

5.5 IBRの実用化
IBRとバーチャルリアリティ
映画におけるIBR
IBRとアート

第6章 HDR(High Dynamic Range)

6.1 レスポンスカーブとHDR画像
レスポンスカーブ
HDRレスポンスカーブ
レスポンスファンクションの復元
ラディアンスマップとHDRI
ラディアンスマップの生成とトーンマッピング
モーションブラーにおける効果

6.2 HDRファイルフォーマット
HDRファイルフォーマットの発祥
人間の知覚と画像フォーマットの関係
HDRファイルフォーマットの新しい形
HDR画像の表示

6.3 ビデオ映像とHDR画像
ビデオ映像とHDR画像
HDR Video

第7章 イメージベーストライティング

7.1 IBLの基本形
IBLの誕生
IBLの基本プロセス

7.2 環境マップとIBL
HDR環境マップを用いたIBL
環境マップのクラスタ化
環境マップのサンプリング
環境マップとプレフィルタリング
イラディアンス環境マップ
アンビエントオクルージョンマップ

第II部まとめ

第III部 ジオメトリベースとイメージベーストの融合

第8章 リフレクタンスの復元

8.1 BRDF: Bidirectional Reflectance Distribution Function
BRDFのモデル化
基本的なBRDFモデル
オフスペキュラー
物理的に正確なBRDFモデル
測定データとBRDFモデル
BRDF モデルの汎用化
イメージベーストのBRDF (1) 測定デバイスの進化
イメージベーストのBRDF (2) 新しい概念のBRDF モデル
映画におけるリフレクタンスの復元(1) 測定データを用いたBRDFの復元

8.2 リフレクタンスフィールド
インバースグローバルイルミネーション
リフレクタンスフィールド
ライトステージ
顔のリフレクタンスフィールドの復元
変形に対応したリフレクタンスフィールド
映画におけるリフレクタンスの復元(2) ライトステージ
直接光の影響と間接光の影響
分離の必要性と可能性
新しい分離のコンセプト
分離の条件
ライティング方法の拡張

第9章 BTF(Bi-directional Texture Function)

9.1 BTFの基本的な概念
BTFの発祥
BTFレンダリング

9.2 幾何学的なBTFレンダリング
BTF レンダリングの発祥
3Dテクストン
3Dテクストンを用いたBTF レンダリング

9.3 代数的なBTFレンダリング
代数的なレンダリング法
代数的なレンダリング法の基礎知識:SVDとPCA
固有テクスチャ
ローカルPCAという概念
ローカルPCAとBTFレンダリング
シグナルの近似法アラカルト
テンソルテクスチャ

第10章 ラディアンストランスファー

10.1 PRTの基本形
SH基底関数を用いた光の近似
ライトベクトルとラディアンストランスファー
トランスファーマトリックスとシミュレーション
表現の多様性
PRTの課題

10.2 進化するラディアンストランスファー
SH基底関数を用いた反射の計算
任意のBRDFへの対応(1)BRDFテクスチャ
任意のBRDFへの対応(2)BRDFマトリックス
PRTの効率化(1)エグジットトランスファーマトリックス
PRTの効率化(2)PCAの導入
PRTの効率化(3)ローカルPCAによるデータ圧縮
高周波数のライティングへの対応

10.3 ラディアンストランスファーの多様化
ダイナミックシミュレーションとグローバルイルミネーション
変形シミュレーションと前計算
レスポンスデータの圧縮
2つのシミュレーションの融合
実用的なリアルタイムラディアンストランスファー
アコースティックトランスファー

第III部まとめ

参考文献

索引