Weitere ähnliche Inhalte Mehr von Silicon Studio Corporation (11) CEDEC 2007 Imagire Day 最新世代機に関わる技術トラック 3. Imagire Day
コンテンツコンテンツ
• ゲームにおけるHDRゲームにおけるHDR
• トーンマップトーンマップ
• レンズの仕組みとボケの表現レンズの仕組みとボケの表現
– レンズの基本レンズの基本
– 焦点距離とフィルムサイズと画角焦点距離とフィルムサイズと画角
– 収差とボケ味収差とボケ味
– 口径蝕とケラレ口径蝕とケラレ
• 人間の眼とカメラレンズとCGと像面歪曲人間の眼とカメラレンズとCGと像面歪曲
• 光芒(光条)光芒(光条)
• 小手先テクニックとアドバイス小手先テクニックとアドバイス
– 複合ガウスフィルタ(MGF)複合ガウスフィルタ(MGF)
– 非同期GPUフィードバック非同期GPUフィードバック
– カメラの画角とCGの画角カメラの画角とCGの画角
– エンジニアの陥りがちな罠エンジニアの陥りがちな罠
• 今後の展望今後の展望
6. Imagire Day
よくある誤解よくある誤解
• 明るい部分から光が溢れているのがHDR明るい部分から光が溢れているのがHDR
– 擬似的なグレア=HDRという認識擬似的なグレア=HDRという認識
– HDRに基づかないレンダリングに対するグレアHDRに基づかないレンダリングに対するグレア
• ソフトフォーカスに近い効果ソフトフォーカスに近い効果
– ただし本当のソフトフォーカス表現にはHDRが必要ただし本当のソフトフォーカス表現にはHDRが必要
• 一般にHDRっぽいと思われている映像一般にHDRっぽいと思われている映像
– 本当はHDRではないものが多い本当はHDRではないものが多い
– 多くのユーザも誤解している多くのユーザも誤解している
• 誤った認識が広まっているのが現状誤った認識が広まっているのが現状
8. Imagire Day
ゲームにおけるHDRの現状ゲームにおけるHDRの現状
• 一時のブーム化一時のブーム化
– エフェクトとしてのHDRブームエフェクトとしてのHDRブーム
• HDRの概念の安売り状態HDRの概念の安売り状態
• そろそろ終焉を迎えつつあるそろそろ終焉を迎えつつある
– ここ数年表現力があまり進化していないここ数年表現力があまり進化していない
• すでにありふれた映像表現になっているすでにありふれた映像表現になっている
– 徐々に飽きられつつある徐々に飽きられつつある
• エフェクトとしてのHDRの不自然さエフェクトとしてのHDRの不自然さ
• 画面がぼやけたような絵作り画面がぼやけたような絵作り
9. Imagire Day
HDRエフェクトの表現力HDRエフェクトの表現力
• 本当に綺麗な表現がなされているか?本当に綺麗な表現がなされているか?
– 言葉に騙されていないか言葉に騙されていないか
• あまり効果的ではない使い方あまり効果的ではない使い方
– 少数の非常に明るく小さい光源のグレア少数の非常に明るく小さい光源のグレア
• 太陽や街灯や車のヘッドライトのグレア太陽や街灯や車のヘッドライトのグレア
• レガシーなスプライトによるレンズフレアの方が有効レガシーなスプライトによるレンズフレアの方が有効
– はるかに高速&ハイクォリティはるかに高速&ハイクォリティ
– HDRではない画像に対するグレアHDRではない画像に対するグレア
• 拡散反射素材や日陰、人の顔などが輝いてしまう拡散反射素材や日陰、人の顔などが輝いてしまう
• ソフトフォーカス的な演出として巧く利用するのはありソフトフォーカス的な演出として巧く利用するのはあり
– ファンタスティックな表現などファンタスティックな表現など
12. Imagire Day
これからのHDRこれからのHDR
• 画面がぼやけるグレア=HDRではない画面がぼやけるグレア=HDRではない
• 今後はHDRの本質をついた表現が重要今後はHDRの本質をついた表現が重要
– 実際のところHDRとは何なのか実際のところHDRとは何なのか
– どういった表現が効果的かどういった表現が効果的か
• 既存の情報に頼り過ぎないこと既存の情報に頼り過ぎないこと
– リアルタイムCGで知られているHDRリアルタイムCGで知られているHDR
• 表面的なエフェクトの説明が多い表面的なエフェクトの説明が多い
• 本質をついておらず、クォリティもあまり高くない本質をついておらず、クォリティもあまり高くない
– あまりゲーム向きでない表現もあるあまりゲーム向きでない表現もある
• ReinhardReinhard トーンマップは本当に有効かトーンマップは本当に有効か
13. Imagire Day
HDRの本質HDRの本質
• 明るさの対比明るさの対比
– 特に重要なHDRの本質!!特に重要なHDRの本質!!
– 屋外と屋内の明るさ屋外と屋内の明るさ
– 日向と陰の明るさ日向と陰の明るさ
– 昼と夜の明るさ昼と夜の明るさ
– 拡散反射と鏡面反射(ハイライト)の明るさ拡散反射と鏡面反射(ハイライト)の明るさ
• クランプされないブラークランプされないブラー
– 被写界深度処理のボケ表現被写界深度処理のボケ表現
– モーションブラーモーションブラー
• 重要な要素だが非常に軽視されがち重要な要素だが非常に軽視されがち
25. Imagire Day
現実のダイナミックレンジ現実のダイナミックレンジ
• 何となく想像されているよりもはるかに広い何となく想像されているよりもはるかに広い
– 反射光やブラー画像でも充分な光量をもつ反射光やブラー画像でも充分な光量をもつ
– 車のボディやガラスの反射:車のボディやガラスの反射:
• 鏡面反射率はせいぜい4%未満鏡面反射率はせいぜい4%未満
• それでも反射光は充分に明るくまぶしいそれでも反射光は充分に明るくまぶしい
• 腕時計の表面のガラスのまぶしさを思い出そう腕時計の表面のガラスのまぶしさを思い出そう
• ライティングやブラーにもっとHDRを活かそライティングやブラーにもっとHDRを活かそ
うう
– 明るさの対比の重要性を認識しよう明るさの対比の重要性を認識しよう
• シーンを照らすライトの明るさの重要性シーンを照らすライトの明るさの重要性
– 現状の多くのタイトルではまだまだ活かせていない現状の多くのタイトルではまだまだ活かせていない
• リアリティのある眩しい反射表現はほとんどないリアリティのある眩しい反射表現はほとんどない
28. Imagire Day
トーンマップの種類トーンマップの種類
• ReinhardReinhard や対数変換が知られているや対数変換が知られている
– リアルタイムCGではリアルタイムCGでは ReinhardReinhard がよく使われていがよく使われてい
るる
• ReinhardReinhard トーンマップトーンマップ
– 参照:参照:
• Reinhard, Erik, Mike Stark, Peter Shirley, and Jim Ferwerda.Reinhard, Erik, Mike Stark, Peter Shirley, and Jim Ferwerda.
“Photographic Tone Reproduction for Digital Images”“Photographic Tone Reproduction for Digital Images”, 2002., 2002.
31. Imagire Day
ReinhardReinhard や対数関数や対数関数
• 写真とは異なる写真とは異なる
– 物理的根拠に基づくマッピングではない物理的根拠に基づくマッピングではない
– 滑らかなレンジの圧縮が主目的滑らかなレンジの圧縮が主目的
– 明るい部分の色調(色解像度)がつぶれにくい明るい部分の色調(色解像度)がつぶれにくい
• 白飛びしにくい白飛びしにくい
– 全般的にコントラストが低くなる全般的にコントラストが低くなる
• 写真的な表現にはあまり向かない写真的な表現にはあまり向かない
– 全体的におとなしい画像全体的におとなしい画像
– 滑らかではあるがあまり美しくない滑らかではあるがあまり美しくない
41. Imagire Day
ReinhardReinhard トーンマップの使いどころトーンマップの使いどころ
• 事前トーンマップレンダリング事前トーンマップレンダリング
– シーンレンダリング時にトーンマップシーンレンダリング時にトーンマップ
– LDRバッファに出力LDRバッファに出力
– ポストエフェクト時に逆トーンマップでHDR情報をデコードポストエフェクト時に逆トーンマップでHDR情報をデコード
– 感光シミュレーションは不向き感光シミュレーションは不向き
• 高輝度部の情報がつぶれやすい高輝度部の情報がつぶれやすい
• グレア生成などでエイリアスが発生しやすいグレア生成などでエイリアスが発生しやすい
– ReinhardReinhard トーンマップが無難で向いているトーンマップが無難で向いている
– 参照:参照:
• Kawase, Masaki,Kawase, Masaki,
“Practical Implementation of High Dynamic Range Rendering”“Practical Implementation of High Dynamic Range Rendering”,, inin
GDC2004, 2004.GDC2004, 2004.
42. Imagire Day
対数関数の使いどころ対数関数の使いどころ
• LDRレンダリング結果に強制HDRエフェクLDRレンダリング結果に強制HDRエフェク
トト
– シーンレンダリングは完全にLDRシーンレンダリングは完全にLDR
– ポストエフェクト時に逆トーンマップ(指数関数)ポストエフェクト時に逆トーンマップ(指数関数)
でHDR化でHDR化
– 手軽にそれらしい効果を加えたいときには有効手軽にそれらしい効果を加えたいときには有効
• …時代に逆行気味…時代に逆行気味
• HDRに詳しくない人にはまだ通用するHDRに詳しくない人にはまだ通用する
– 感光シミュレーションや感光シミュレーションや ReinhardReinhard は不向きは不向き
• レンダリング結果はトーンマップを行っていないため、高輝レンダリング結果はトーンマップを行っていないため、高輝
度部分の色が不自然に変化しやすい度部分の色が不自然に変化しやすい
44. Imagire Day
従来のボケ表現従来のボケ表現
• ガウスフィルタもしくはそれに似たフィルタガウスフィルタもしくはそれに似たフィルタ
• 滑らかなボケ表現滑らかなボケ表現
– 中央が明るくエッジに向かって滑らかに減衰中央が明るくエッジに向かって滑らかに減衰
• 実装が容易で高速実装が容易で高速
– x, yx, y に変数分離可能に変数分離可能
• 2パスで効率よく処理できる2パスで効率よく処理できる
– または小規模なブラーの再帰適用または小規模なブラーの再帰適用
• ピンポンブラーピンポンブラー
• 縮小バッファのエイリアスが目立ちにくい縮小バッファのエイリアスが目立ちにくい
• XboxXbox やや PS2PS2 など、DX8以前のハードウェアなど、DX8以前のハードウェア
– 当時としてはこのようなボケ表現が現実的だった当時としてはこのようなボケ表現が現実的だった
64. Imagire Day
スキャッターベース手法スキャッターベース手法
• 元画像を走査元画像を走査
– ソースとなるピクセルを確定ソースとなるピクセルを確定
• ソースのピクセルをフィルタカーネルで描画ソースのピクセルをフィルタカーネルで描画
– ジオメトリ(スプライト)を動的に生成ジオメトリ(スプライト)を動的に生成
• レガシーなレンズフレアと同様の手法レガシーなレンズフレアと同様の手法
– 画像ベースでピクセル単位に処理するところが大きく異なる画像ベースでピクセル単位に処理するところが大きく異なる
• ジオメトリおよびフィル負荷が高いジオメトリおよびフィル負荷が高い
– ピンボケ表現では実用圏内に入ってきているピンボケ表現では実用圏内に入ってきている
• ジオメトリシェーダで自然に実装できるジオメトリシェーダで自然に実装できる
– CPUオーバヘッドがなく非常に効率的CPUオーバヘッドがなく非常に効率的
66. Imagire Day
スキャッターベース手法スキャッターベース手法
• 今後の主流今後の主流
– ギャザーベース手法ではそろそろ限界が見えてきてギャザーベース手法ではそろそろ限界が見えてきて
いるいる
• フィルタカーネルごとに最適化やさまざまな工夫が必要フィルタカーネルごとに最適化やさまざまな工夫が必要
• 速度さえ充分に速くなればグレアにも利用でき速度さえ充分に速くなればグレアにも利用でき
るる
– あらゆる形状のグレア表現が可能あらゆる形状のグレア表現が可能
• 放射状の無数の鋭い光芒放射状の無数の鋭い光芒
• 波長によって生じる環状のハロ波長によって生じる環状のハロ
68. Imagire Day
レンズの基本レンズの基本
• 焦点距離(f)焦点距離(f)
– 平行光線(無限遠からの光)が焦点を結ぶレンズからの垂直距平行光線(無限遠からの光)が焦点を結ぶレンズからの垂直距
離離
• 焦点面焦点面
– レンズから垂直方向に焦点距離の位置にある点の集まり(平レンズから垂直方向に焦点距離の位置にある点の集まり(平
面)面)
ff ff
f =f = レンズの焦点距離レンズの焦点距離
後側焦点面(焦平面)後側焦点面(焦平面)前側焦点面(焦平面)前側焦点面(焦平面)
70. Imagire Day
レンズの基本レンズの基本
• 平行光線はレンズの焦点面で交わる平行光線はレンズの焦点面で交わる
– 斜めから来た並行光線は焦点面の中央を外れた一点で交わる斜めから来た並行光線は焦点面の中央を外れた一点で交わる
• 焦点面の特定の一点を通過したあらゆる光線焦点面の特定の一点を通過したあらゆる光線
– レンズを通って屈折すると平行になるレンズを通って屈折すると平行になる
– 焦点面の中央を外れた一点を通った光線は斜めに平行になる焦点面の中央を外れた一点を通った光線は斜めに平行になる
• レンズの中央を通った光線は屈折しないレンズの中央を通った光線は屈折しない
– 斜めから来た光もそのまま真っ直ぐに進む斜めから来た光もそのまま真っ直ぐに進む
ff ff ff ff
72. Imagire Day
1/f = 1/a + 1/a’1/f = 1/a + 1/a’ の関係の関係
• 一点から出た光はレンズを通ると再び一点に集一点から出た光はレンズを通ると再び一点に集
まるまる
• このときこのとき
– レンズから垂直距離でレンズから垂直距離で aa 離れた一点から出た光離れた一点から出た光
– レンズから垂直距離でレンズから垂直距離で a’a’ 離れた一点に集まる離れた一点に集まる
• とするととすると
– 1/f = 1/a + 1/a’1/f = 1/a + 1/a’ の関係が常に成り立つの関係が常に成り立つff ff
aa a’a’
ff ff
aa a’a’
74. Imagire Day
結像の仕組み結像の仕組み
• レンズを通って再び一点に集まる光レンズを通って再び一点に集まる光
– 集まった場所に実像を結ぶ(結像)集まった場所に実像を結ぶ(結像)
• 1/f = 1/a + 1/a’1/f = 1/a + 1/a’ の関係からの関係から
– a’ = af / (a - f)a’ = af / (a - f)
• レンズからレンズから aa 離れた物体(被写体)離れた物体(被写体)
– レンズからレンズから af / (a - f)af / (a - f) の距離に結像するの距離に結像する
• 結像位置にスクリーンやフィルムを置く結像位置にスクリーンやフィルムを置く
像が映る像が映る
75. Imagire Day
ff ff
aa a’a’
yy
y’y’
b’b’bb
結像(フィルム)位置結像(フィルム)位置レンズ主平面レンズ主平面被写体位置被写体位置
f =f = レンズの焦点距離レンズの焦点距離
a =a = 被写体距離被写体距離
y =y = 被写体のサイズ被写体のサイズ
y’ =y’ = 結像サイズ結像サイズ
1/f = 1/a + 1/a’1/f = 1/a + 1/a’
a’ = af / (a - f)a’ = af / (a - f)
撮像倍率撮像倍率 MM
= y’/y = a’/a = f/b = b’/f= y’/y = a’/a = f/b = b’/f
= f / (a - f)= f / (a - f)
= 0.5= 0.5
結像の仕組み(被写体が 3f の距離)結像の仕組み(被写体が 3f の距離)
76. Imagire Day
ff ff
aa a’a’
yy
y’y’
b’b’bb
レンズ主平面レンズ主平面 結像(フィルム)位置結像(フィルム)位置被写体位置被写体位置
f =f = レンズの焦点距離レンズの焦点距離
a =a = 被写体距離被写体距離
y =y = 被写体のサイズ被写体のサイズ
y’ =y’ = 結像サイズ結像サイズ
1/f = 1/a + 1/a’1/f = 1/a + 1/a’
a’ = af / (a - f)a’ = af / (a - f)
撮像倍率撮像倍率 MM
= y’/y = a’/a = f/b = b’/f= y’/y = a’/a = f/b = b’/f
= f / (a - f)= f / (a - f)
= 1.0= 1.0
結像の仕組み(被写体が 2f の距離)結像の仕組み(被写体が 2f の距離)
77. Imagire Day
ffff
aa a’a’
yy
y’y’
b’b’bb
レンズ主平面レンズ主平面 結像(フィルム)位置結像(フィルム)位置被写体位置被写体位置
f =f = レンズの焦点距離レンズの焦点距離
a =a = 被写体距離被写体距離
y =y = 被写体のサイズ被写体のサイズ
y’ =y’ = 結像サイズ結像サイズ
1/f = 1/a + 1/a’1/f = 1/a + 1/a’
a’ = af / (a - f)a’ = af / (a - f)
撮像倍率撮像倍率 MM
= y’/y = a’/a = f/b = b’/f= y’/y = a’/a = f/b = b’/f
= f / (a - f)= f / (a - f)
= 2.0= 2.0
結像の仕組み(被写体が結像の仕組み(被写体が 1.51.5 f の距離)f の距離)
78. Imagire Day
結像の性質結像の性質
• 像は点対称形像は点対称形
– 上下左右反転した像(倒立像)ができる上下左右反転した像(倒立像)ができる
• 像の大きさ像の大きさ
– レンズから像までの距離に比例するレンズから像までの距離に比例する
• レンズから結像までの距離レンズから結像までの距離
– 結像の距離結像の距離
• V = Lf / (L - f)V = Lf / (L - f)
– L :L : 被写体距離被写体距離
– V :V : レンズから結像までの距離レンズから結像までの距離
• 近くの被写体ほど遠くに結像する近くの被写体ほど遠くに結像する
79. Imagire Day
結像の性質結像の性質
• 撮像倍率撮像倍率
– 被写体と結像の大きさの比率被写体と結像の大きさの比率
– 結像の距離:被写体距離の比率に等しい結像の距離:被写体距離の比率に等しい
• M = f / (L - f)M = f / (L - f)
– M :M : 撮像倍率撮像倍率
– 倍率と結像の距離との関係倍率と結像の距離との関係
• V = Lf / (L - f)V = Lf / (L - f) からから
– V = LMV = LM
– V = f (M + 1)V = f (M + 1)
• 近くの被写体ほど遠くに大きく結像する近くの被写体ほど遠くに大きく結像する
80. Imagire Day
撮像倍率とマクロ撮影撮像倍率とマクロ撮影
• マクロフォーカス(マクロ撮影)マクロフォーカス(マクロ撮影)
– 撮像倍率が1(等倍)以上撮像倍率が1(等倍)以上
• 焦点距離の2倍以内の距離にフォーカス焦点距離の2倍以内の距離にフォーカス
– 一般には一般には 0.50.5 倍程度以上がマクロと呼ばれる倍程度以上がマクロと呼ばれる
• 焦点距離のおよそ3倍以内のフォーカス焦点距離のおよそ3倍以内のフォーカス
– マクロレンズ以外の通常のレンズマクロレンズ以外の通常のレンズ
• 最大倍率でおおよそ最大倍率でおおよそ 0.10.1 ~~ 0.20.2 倍程度倍程度
• 焦点距離の6~11倍程度が最も近いフォーカス距離焦点距離の6~11倍程度が最も近いフォーカス距離
82. Imagire Day
ff ff
aa a’a’
yy
y’y’
b’b’bb
フィルム位置フィルム位置物体にフォーカス物体にフォーカス
合焦位置合焦位置
レンズの絞りレンズの絞り
撮像倍率撮像倍率 MM
= y’/y = a’/a = f/b = b’/f= y’/y = a’/a = f/b = b’/f
= f / (a - f)= f / (a - f)
= 0.5= 0.5
開口絞りとボケ(被写体にフォーカス)開口絞りとボケ(被写体にフォーカス)
83. Imagire Day
ff ff
aa a’a’
yy
b’b’bb
無限遠にフォーカス無限遠にフォーカス フィルム位置フィルム位置
合焦位置合焦位置
前ボケ前ボケ
レンズの絞りレンズの絞り
開口絞りと前ボケ(遠くにフォーカス)開口絞りと前ボケ(遠くにフォーカス)
84. Imagire Day
ff ff
aa a’a’
yy
=a=a
b’b’bb
=b=b
ff のの 1.51.5 倍の距離にフォーカス倍の距離にフォーカス フィルム位置フィルム位置
合焦位置合焦位置
後ボケ後ボケ
レンズの絞りレンズの絞り
開口絞りと後ボケ(近くにフォーカス)開口絞りと後ボケ(近くにフォーカス)
87. Imagire Day
ff ff
aa a’a’
yy
y’y’
=a=a
b’b’bb
=b=b
倍率倍率 MM
= y’/y = a’/a = f/b = b’/f= y’/y = a’/a = f/b = b’/f
= f / (a - f) = 0.5= f / (a - f) = 0.5
合焦位置合焦位置
後ボケ後ボケ
前ボケ前ボケ
レンズの絞りレンズの絞り
88. Imagire Day
ff ff
aa a’a’
yy
y’y’
b’b’bb
倍率倍率 MM
= y’/y = a’/a = f/b = b’/f= y’/y = a’/a = f/b = b’/f
= f / (a - f) = 1.0= f / (a - f) = 1.0
レンズの絞りレンズの絞り 前ボケ前ボケ 後ボケ後ボケ
合焦位置合焦位置
104. Imagire Day
カメラレンズの画角(無限遠フォーカスカメラレンズの画角(無限遠フォーカス
時)時)
• 標準レンズの画角は?標準レンズの画角は?
– 35㎜フィルムの高さは24㎜35㎜フィルムの高さは24㎜
– 標準レンズの焦点距離はおよそ50㎜標準レンズの焦点距離はおよそ50㎜
– atan(24.0 * 0.5 / 50.0) * 2.0atan(24.0 * 0.5 / 50.0) * 2.0
• 垂直画角は約27度垂直画角は約27度
• 広角レンズの画角は?広角レンズの画角は?
– 一般的には焦点距離28~35㎜程度一般的には焦点距離28~35㎜程度
– atan(24.0 * 0.5 / (28atan(24.0 * 0.5 / (28 ~~ 35) ) * 2.035) ) * 2.0
• 垂直画角は約46~38度垂直画角は約46~38度
• 焦点距離12㎜程度の超広角が最短焦点距離12㎜程度の超広角が最短
– 魚眼レンズは結像が特殊なため除く魚眼レンズは結像が特殊なため除く
– atan(24.0 * 0.5 / 12) * 2.0atan(24.0 * 0.5 / 12) * 2.0
• 垂直画角は約90度垂直画角は約90度
105. Imagire Day
fov = atan(h * 0.5 / f) * 2.0fov = atan(h * 0.5 / f) * 2.0
• フィルム位置が焦点距離にある場合の関係フィルム位置が焦点距離にある場合の関係
– 無限遠にフォーカスと仮定している無限遠にフォーカスと仮定している
• 近くにフォーカスした場合は条件が変わる近くにフォーカスした場合は条件が変わる
– レンズからフィルムまでの距離が焦点距離より長くレンズからフィルムまでの距離が焦点距離より長く
なるなる
– マクロ撮影時に顕著マクロ撮影時に顕著
112. Imagire Day
フィルム位置を考慮した厳密な関係フィルム位置を考慮した厳密な関係
• fov = atan(h * 0.5 / f) * 2.0fov = atan(h * 0.5 / f) * 2.0
– …は正確ではない…は正確ではない
– 無限遠にフォーカスと仮定無限遠にフォーカスと仮定
• フィルム位置を考慮した厳密な関係フィルム位置を考慮した厳密な関係
– 焦点距離ではなくレンズからフィルムまでの距離で計算焦点距離ではなくレンズからフィルムまでの距離で計算
– LL にピントを合わせたときのフィルム位置にピントを合わせたときのフィルム位置 VV はは
• V = Lf / (L - f)V = Lf / (L - f)
– L :L : フォーカス距離フォーカス距離
– ff の代わりにの代わりに Lf / (L - f)Lf / (L - f) を使用を使用
• fov = atan(h * 0.5 * (L - f) / (L * f) ) * 2.0fov = atan(h * 0.5 * (L - f) / (L * f) ) * 2.0
113. Imagire Day
カメラレンズの画角カメラレンズの画角
• 全群繰り出しレンズ全群繰り出しレンズ
– レンズ全体が移動レンズ全体が移動
– フォーカスを変えても焦点距離が一定フォーカスを変えても焦点距離が一定
• 一般的には画角が一定であることを意味する一般的には画角が一定であることを意味する
• 実際にはフォーカス距離によっても画角が変化実際にはフォーカス距離によっても画角が変化
するする
– 焦点距離が同じでもピント調整だけで変化焦点距離が同じでもピント調整だけで変化
• 近くにフォーカスすると望遠効果近くにフォーカスすると望遠効果
116. Imagire Day
演出としてのカメラワーク演出としてのカメラワーク
• 一般に普及帯のカメラレンズでは一般に普及帯のカメラレンズでは
– フォーカス距離によっても画角が変化するものが多いフォーカス距離によっても画角が変化するものが多い
– 典型的な例:典型的な例:
• フォーカス距離(L)が短くなるとフォーカス距離(L)が短くなると
• L / (f - L) + 1L / (f - L) + 1 (=M+1)の割合で視野が狭くなる(=M+1)の割合で視野が狭くなる
• リアルタイムCGにおけるカメラワークリアルタイムCGにおけるカメラワーク
– フォーカス距離によって画角を変化させる演出フォーカス距離によって画角を変化させる演出
• 臨場感が増す臨場感が増す
• アニメーションなどアニメーションなど
– 昔からよく使われている昔からよく使われている
• カメラを使う人は経験的に知っているカメラを使う人は経験的に知っている
121. Imagire Day
球面収差(球面収差( Spherical aberrationSpherical aberration ))
• レンズ中央と周辺での焦点距離のズレレンズ中央と周辺での焦点距離のズレ
– 屈折した光線が等距離に焦点を結ばない屈折した光線が等距離に焦点を結ばない
• 球面レンズで発生球面レンズで発生
– レンズの屈折面が球面であるために発生レンズの屈折面が球面であるために発生
132. Imagire Day
球面収差の影響球面収差の影響
• 一点に結像しない一点に結像しない
– ピントが完全には合わず常に像がぼやけるピントが完全には合わず常に像がぼやける
• 絞りが大きいほど極端に影響が現れる絞りが大きいほど極端に影響が現れる
– 加えて実質的な焦点面がレンズに近づく加えて実質的な焦点面がレンズに近づく
• 前ボケは周辺部が明るくなる前ボケは周辺部が明るくなる
– リング状の輪郭をもつシャープなボケリング状の輪郭をもつシャープなボケ
– 線状の被写体は二本の線のように見える(2線ボケ)線状の被写体は二本の線のように見える(2線ボケ)
• 後ボケは中央部が明るくなる後ボケは中央部が明るくなる
– 中心の芯を柔らかいブラーが包むようなソフトなボケ中心の芯を柔らかいブラーが包むようなソフトなボケ
– エッジ部分はソフトエッジ部分はソフト
• フォーカス付近(微妙なピンボケ)にもっとも影響が大きいフォーカス付近(微妙なピンボケ)にもっとも影響が大きい
– ボケの形にも相対的に大きな影響があるボケの形にも相対的に大きな影響がある
133. Imagire Day
球面収差の補正球面収差の補正
• ダブレットレンズ(ダブレットレンズ( Doublet lensDoublet lens )を利用)を利用
– 凸レンズと凹レンズの二枚を組み合わせる凸レンズと凹レンズの二枚を組み合わせる
• 凹レンズでは収差が逆になることを利用して打ち消す凹レンズでは収差が逆になることを利用して打ち消す
– 完全な補正はできない完全な補正はできない
– 安価安価
• トリプレットレンズ(トリプレットレンズ( Triplet lensTriplet lens )を利用)を利用
– ダブレットにさらに一枚レンズを加えて過剰な補正を打ち消すダブレットにさらに一枚レンズを加えて過剰な補正を打ち消す
– 完全ではないがかなり良好な補正が可能完全ではないがかなり良好な補正が可能
– 高価高価
• 非球面レンズ(非球面レンズ( Aspherical lensAspherical lens )を利用)を利用
– 屈折面が球面ではない特殊なレンズ屈折面が球面ではない特殊なレンズ
• レンズの端ほど曲率が低いレンズの端ほど曲率が低い
– 完全な補正が可能完全な補正が可能
– 高価高価
– レンズ枚数が少なくて済むため軽量レンズ枚数が少なくて済むため軽量
145. Imagire Day
球面収差の補正とボケ味球面収差の補正とボケ味
• フォーカスに近いボケほど残存収差が目立つフォーカスに近いボケほど残存収差が目立つ
• フォーカスから微妙に外れたボケ(僅かなピンボケ)フォーカスから微妙に外れたボケ(僅かなピンボケ)
– 残存収差が強い残存収差が強い
– 絞りが大きいと特に目立つ絞りが大きいと特に目立つ
– 前ボケがドーナツ状前ボケがドーナツ状
– 後ボケに輪郭と鋭いピーク後ボケに輪郭と鋭いピーク
• フォーカスから離れた(大きな)ピンボケフォーカスから離れた(大きな)ピンボケ
– 残存収差はかなり軽減される残存収差はかなり軽減される
– 大きなピンボケはほとんどフラット大きなピンボケはほとんどフラット
– 絞りが小さいとよりフラットになりやすい絞りが小さいとよりフラットになりやすい
後ボ後ボ
ケケ
前ボ前ボ
ケケ
後ボ後ボ
ケケ
前ボ前ボ
ケケ
150. Imagire Day
干渉リング干渉リング
• 非常に細かい縞模様非常に細かい縞模様
• 受光部が小さいカメラで目立ちやすい受光部が小さいカメラで目立ちやすい
– コンパクトデジカメコンパクトデジカメ
• 受光部(CCD)サイズがフィルムよりも遥かに小さい受光部(CCD)サイズがフィルムよりも遥かに小さい
• 最終写真では大きく拡大されるため細かい模様が可視化され最終写真では大きく拡大されるため細かい模様が可視化され
るる
– フィルムや大型のCCDフィルムや大型のCCD
• 細かすぎてほとんど見えない細かすぎてほとんど見えない
• 球面収差などによる明暗差の方が目立つ球面収差などによる明暗差の方が目立つ
• 中くらいのボケで比較的目立ちやすい中くらいのボケで比較的目立ちやすい
– 収差の影響が比較的少なく、極端に大きくないボケ収差の影響が比較的少なく、極端に大きくないボケ
154. Imagire Day
軸上色収差(軸上色収差( Axial chromatic aberrationAxial chromatic aberration ))
• またはまたは Longitudinal chromatic aberrationLongitudinal chromatic aberration
• 光の波長による焦点距離のズレ光の波長による焦点距離のズレ
– 屈折した光が等距離に焦点を結ばない屈折した光が等距離に焦点を結ばない
• 波長によって屈折率が異なるために発生波長によって屈折率が異なるために発生
– 分散(分散( DispersionDispersion ))
158. Imagire Day
軸上色収差の補正軸上色収差の補正
• 色消しレンズ色消しレンズ
• ダブレットやトリプレットで補正ダブレットやトリプレットで補正
– 分散特性の異なるレンズの組み合わせ分散特性の異なるレンズの組み合わせ
– 複数の波長(色)を一定の距離に結像できる複数の波長(色)を一定の距離に結像できる
– 全波長域での完全な補正はできない全波長域での完全な補正はできない
• 二次スペクトルが発生(残存色収差)二次スペクトルが発生(残存色収差)
– レンズの枚数や素材によって大きく性能が異なるレンズの枚数や素材によって大きく性能が異なる
159. Imagire Day
アクロマート(アクロマート( AchromatAchromat )レンズ)レンズ
• Achromatic doubletAchromatic doublet
– 低分散(クラウンガラス)の凸レンズ低分散(クラウンガラス)の凸レンズ
– 高分散(フリントガラス)の凹レンズ高分散(フリントガラス)の凹レンズ
• 2つの波長を同じ距離に結像できる2つの波長を同じ距離に結像できる
– 例えば赤/青例えば赤/青
– 他の波長(緑など)は補正できない他の波長(緑など)は補正できない
160. Imagire Day
アポクロマート(アポクロマート( ApochromatApochromat ))
• 一般にアクロマートよりも強力な補正レンズ一般にアクロマートよりも強力な補正レンズ
• Apochromatic tripletApochromatic triplet
– 3枚レンズの組み合わせ(トリプレット)3枚レンズの組み合わせ(トリプレット)
– 3つ以上の波長域を補正3つ以上の波長域を補正
• 例えば赤/緑/青の波長を同じ距離に結像できる例えば赤/緑/青の波長を同じ距離に結像できる
161. Imagire Day
アポクロマート(アポクロマート( ApochromatApochromat ))
• その他の特殊な色消しレンズその他の特殊な色消しレンズ
• 凸レンズに蛍石や異常部分分散(UD/ED)ガラスを凸レンズに蛍石や異常部分分散(UD/ED)ガラスを
利用利用
– 特殊な分散をもつレンズ特殊な分散をもつレンズ
• 分散が少なく、通常のガラスとは異なる分散特性をもつ分散が少なく、通常のガラスとは異なる分散特性をもつ
– ダブレットでもより多くの波長域で補正が可能ダブレットでもより多くの波長域で補正が可能
– 蛍石(フローライト)は特に高度な補正が可能蛍石(フローライト)は特に高度な補正が可能
• 非常に高価非常に高価
• 回折レンズ回折レンズ
– レンズ面に微細な凹凸をもつレンズレンズ面に微細な凹凸をもつレンズ
• 光の回折を利用して逆方向の色収差を発生光の回折を利用して逆方向の色収差を発生
• 通常のレンズと組み合わせて収差を補正通常のレンズと組み合わせて収差を補正
– DODO レンズやPFレンズレンズやPFレンズ
178. Imagire Day
ff
ff
aa
a’a’
bb
合焦位置合焦位置
前ボケ(実際の大きさ)前ボケ(実際の大きさ)
ff のの 3.03.0 倍の距離にフォーカス倍の距離にフォーカス
欠
け
な
い
範
囲
欠
け
な
い
範
囲
完
全
蝕
完
全
蝕
部
分
蝕
部
分
蝕
フィルム位置フィルム位置
部
分
蝕
部
分
蝕
鏡筒の縁の鏡筒の縁の
ピンボケ範囲ピンボケ範囲
絞りのどの部分を通っても絞りのどの部分を通っても
鏡筒に遮られるため、鏡筒に遮られるため、
外部の光は一切届かない外部の光は一切届かない
レンズの絞りレンズの絞り
b’b’
絞りのどこ絞りのどこ
をを
通っても鏡通っても鏡
筒に筒に
遮られない遮られない
ほぼ開放絞り(前ボケ)ほぼ開放絞り(前ボケ)
ff のの 2.02.0 倍の距離の光点のボケ倍の距離の光点のボケ
179. Imagire Day
ff
ff
aa
a’a’
b’b’
bb
合焦位置合焦位置
後ボケ(実際の大きさ)後ボケ(実際の大きさ)
ff のの 1.51.5 倍の距離にフォーカス倍の距離にフォーカス
完
全
蝕
完
全
蝕
欠
け
な
い
範
囲
欠
け
な
い
範
囲
部
分
蝕
部
分
蝕
フィルム位置フィルム位置
絞
り
の
ど
の
部
分
を
通
っ
て
も
絞
り
の
ど
の
部
分
を
通
っ
て
も
鏡
筒
に
遮
ら
れ
な
い
鏡
筒
に
遮
ら
れ
な
い
鏡
筒
の
縁
の
鏡
筒
の
縁
の
ピ
ン
ボ
ケ
範
囲
ピ
ン
ボ
ケ
範
囲
レンズの絞りレンズの絞り
ほぼ開放絞り(後ボケ)ほぼ開放絞り(後ボケ)
ff のの 2.02.0 倍の距離の光点のボケ倍の距離の光点のボケ
183. Imagire Day
ff
a’a’
b’b’
合焦位置合焦位置ff のの 1.51.5 倍の距離にフォーカス倍の距離にフォーカス
欠
け
な
い
範
囲
欠
け
な
い
範
囲
完
全
蝕
完
全
蝕
部
分
蝕
部
分
蝕
フィルム位置フィルム位置
ff
aa
bb
後ボケ(実際の大きさ)後ボケ(実際の大きさ)
絞
り
の
ど
の
部
分
を
通
っ
て
も
絞
り
の
ど
の
部
分
を
通
っ
て
も
鏡
筒
に
遮
ら
れ
な
い
鏡
筒
に
遮
ら
れ
な
い
鏡
筒
の
縁
の
鏡
筒
の
縁
の
ピ
ン
ボ
ケ
範
囲
ピ
ン
ボ
ケ
範
囲
外
部
の
光
は
外
部
の
光
は
一
切
届
か
な
一
切
届
か
な
いい
レンズの絞りレンズの絞り
さらに絞った状態(後ボケ)さらに絞った状態(後ボケ)
ff のの 2.02.0 倍の距離の光点のボケ倍の距離の光点のボケ
185. Imagire Day
ff
ff
aa
a’a’
bb
合焦位置合焦位置
前ボケ(実際の大きさ)前ボケ(実際の大きさ)
ff のの 3.03.0 倍の距離にフォーカス倍の距離にフォーカス
欠
け
な
い
範
囲
欠
け
な
い
範
囲
完
全
蝕
完
全
蝕
部
分
蝕
部
分
蝕
フィルム位置フィルム位置
部
分
蝕
部
分
蝕
鏡筒の縁の鏡筒の縁の
ピンボケ範囲ピンボケ範囲
絞りのどの部分を通っても絞りのどの部分を通っても
鏡筒に遮られるため、鏡筒に遮られるため、
外部の光は一切届かない外部の光は一切届かない
レンズの絞りレンズの絞り
b’b’
絞りのどこ絞りのどこ
をを
通っても鏡通っても鏡
筒に筒に
遮られない遮られない
ほぼ開放絞り(前ボケ)ほぼ開放絞り(前ボケ)
ff のの 2.02.0 倍の距離の光点のボケ倍の距離の光点のボケ
188. Imagire Day
ff
ff
aa
a’a’
b’b’
bb
合焦位置合焦位置
後ボケ(実際の大きさ)後ボケ(実際の大きさ)
ff のの 1.51.5 倍の距離にフォーカス倍の距離にフォーカス
完
全
蝕
完
全
蝕
欠
け
な
い
範
囲
欠
け
な
い
範
囲
部
分
蝕
部
分
蝕
フィルム位置フィルム位置
絞
り
の
ど
の
部
分
を
通
っ
て
も
絞
り
の
ど
の
部
分
を
通
っ
て
も
鏡
筒
に
遮
ら
れ
な
い
鏡
筒
に
遮
ら
れ
な
い
鏡
筒
の
縁
の
鏡
筒
の
縁
の
ピ
ン
ボ
ケ
範
囲
ピ
ン
ボ
ケ
範
囲
レンズの絞りレンズの絞り
ほぼ開放絞り(後ボケ)ほぼ開放絞り(後ボケ)
ff のの 2.02.0 倍の距離の光点のボケ倍の距離の光点のボケ
190. Imagire Day
ff
a’a’
b’b’
合焦位置合焦位置ff のの 1.51.5 倍の距離にフォーカス倍の距離にフォーカス
欠
け
な
い
範
囲
欠
け
な
い
範
囲
完
全
蝕
完
全
蝕
部
分
蝕
部
分
蝕
フィルム位置フィルム位置
ff
aa
bb
後ボケ(実際の大きさ)後ボケ(実際の大きさ)
絞
り
の
ど
の
部
分
を
通
っ
て
も
絞
り
の
ど
の
部
分
を
通
っ
て
も
鏡
筒
に
遮
ら
れ
な
い
鏡
筒
に
遮
ら
れ
な
い
鏡
筒
の
縁
の
鏡
筒
の
縁
の
ピ
ン
ボ
ケ
範
囲
ピ
ン
ボ
ケ
範
囲
外
部
の
光
は
外
部
の
光
は
一
切
届
か
な
一
切
届
か
な
いい
レンズの絞りレンズの絞り
さらに絞った状態(後ボケ)さらに絞った状態(後ボケ)
ff のの 2.02.0 倍の距離の光点のボケ倍の距離の光点のボケ