Champ léger

Le champ de lumière de est une fonction qui décrit la quantité de lumière déplacement dans chaque direction par chaque point dans l'espace. Michael Faraday était le premier à proposer (dans un " autorisé par conférence de 1846 ; Pensées sur le rayon Vibrations" ;) cette lumière devrait être interprétée comme champ, tout comme champs magnétiques sur lesquels il avait travaillé pendant plusieurs années. L'expression le champ léger de a été inventé par Arun Gershun dans un papier classique sur propriétés radiométriques de lumière dans l'espace tridimensionnel (1936). L'expression a été redéfini par des chercheurs dans les infographies pour signifier quelque chose légèrement différent. Pour comprendre cette différence, nous aurons besoin d'un peu de terminologie.

La fonction 5D plenoptic

Si nous nous limitons aux systemes optique géométriques , c. à la lumière incohérente et aux objets plus grands que la longueur d'onde de la lumière, puis le porteur fondamental de la lumière est un rayon . La mesure pour la quantité de lumière voyageant le long d'un rayon est le rayonnement , dénoté par le L et mesuré dans le des watts (w) par Le du stéradian (Sr) par mètre a ajusté le (m²) . Le stéradian est une mesure de l'angle plein , et des mètres carrés sont utilisés ici comme mesure de section, comme montré à la droite.

Le rayonnement le long de tous tels rayons dans une région de l'espace tridimensionnel illuminé par un arrangement invariable des lumières s'appelle fonction plenoptic (Adelson 1991). Depuis des rayons dans l'espace peuvent être paramétrisés par trois coordonnées, le X , le y , et z et $de deux angles \ theta$ et $\ phi$ , comme montré à gauche, c'est une fonction cinq-dimensionnelle. (On peut considérer le temps, Longueur d'onde , et angle de la polarisation en tant que variables additionnelles, rapportant fonctions haut-dimensionnelles.)

Comme Adelson, Gershun a défini le champ léger à chaque point dans l'espace comme 5D fonction. Cependant, il l'a traitée comme collection infinie de vecteurs, une par direction empiétant sur le point, avec des longueurs proportionnelles à leurs rayonnements. D'une manière equivalente, on peut imaginer une collection infinie de surfaces infinitésimales placé à ce point, un par direction, avec différentes valeurs de Irradiance assigné à chaque surface.

Intégrant ces vecteurs au-dessus de toute collection de lumières, ou au-dessus de l'entier la sphère des directions, produit une valeur scalaire simple - l'irradiance de total de à ce point, et à une direction résultante. La figure à la droite, reproduite de Le papier de Gershun, expositions ce calcul pour le cas de la lumière deux sources. Dans des infographies, cette fonction vecteur-évaluée de l'espace 3D est a appelé le champ (Arvo, 1994) d'irradiance de vecteur de . La direction de vecteur à chacun le point dans le domaine peut être interprété comme orientation une ferait face à une surface plate placé à ce point pour l'illuminer le plus brillamment.

Le champ 4D léger

Dans une fonction plenoptic, si la région d'intérêt contient un objet concave du (penser à un évasé la main), alors lumière laissant un point sur l'objet peut voyager seulement un short distance avant d'être bloqué par un autre point sur l'objet. Aucun pratique le dispositif a pu mesurer la fonction dans une telle région.

Cependant, si nous nous limitons aux endroits en dehors de la coque convexe (penser shrink-wrap) de l'objet, alors nous pouvons mesurer la fonction plenoptic facilement using un appareil photo numérique. D'ailleurs, dans ce cas-ci la fonction contient superflu l'information, parce que le rayonnement le long d'un rayon demeure constant du point à se diriger sur sa longueur, comme montré à la gauche. En fait, l'information superflue est exactement une dimension, nous laissant avec une fonction quadridimensionnelle. Parade La lune a doublé cette fonction le champ photic (1981) de , alors que des chercheurs dedans les infographies l'appellent le 4D le champ léger (Levoy 1996) ou Lumigraph (Gortler 1996). Formellement, le champ 4D léger est défini comme rayonnement le long des rayons dans l'espace vide.

L'ensemble de rayons dans un domaine léger peut être paramétrisé d'une série de manières, uns dont sont montrés ci-dessous. De ces derniers, le plus commun est le deux-avion paramétrisation montrée à la droite (ci-dessous). Tandis que cette paramétrisation ne peut pas représenter tous les raies, par exemple raies parallèles aux deux avions si les avions sont parallèle, elle a l'avantage de lier étroitement au la géométrie analytique de la formation image de perspective. En effet, une manière simple de penser environ un champ de lumière de deux-avion est comme collection d'images de perspective de la rue de surfacer (et tous objets à cheval sur lesquels peut se trouver ou au delà de eux), chacun pris d'un observateur placer sur l'avion UV du . Un champ léger a paramétrisé cette manière est a parfois appelé une galette de lumière de .

Manières de créer les champs légers

Les champs légers sont une représentation fondamentale pour la lumière. En soi, il y a autant de manières de créer les champs légers en tant que là sont des programmes informatiques capable de créer des images ou des instruments capables de les capturer.

Dans des infographies, des champs légers sont typiquement produits l'un ou l'autre près Rendu un 3D modèle ou en photographiant une vraie scène. Dans l'un ou l'autre cas, pour produire des vues d'un champ de lumière doit être obtenue pour une grande collection de points de vue. Selon la paramétrisation utilisée, cette collection enjamber typiquement une certaine partie d'une ligne, de cercle, d'avion, de sphère, ou de toute autre forme, bien que non structuré les collections de points de vue sont également possibles (Buehler 2001).

Les dispositifs pour capturer les champs légers photographiquement peuvent inclure un déplacement appareil-photo tenu dans la main, un appareil-photo robotique commandé (Levoy, 2002) un arc de appareils-photo (comme dans l'effet de temps de balle a employé dans le Matrix ), un dense rangée d'appareils-photo (Kanade 1998 ; Yang 2002 ; Wilburn 2005), ou un appareil-photo tenu dans la main (NG 2005 ; Georgiev 2006), microscope (Levoy 2006), ou tout autre système optique dedans ce qu'un choix de microlenses a été inséré dans le chemin optique : voir l'appareil-photo de Plenoptic de .

Combien d'images devraient être dans un domaine léger ? Le champ léger le plus le plus large (de La statue de Michaël Angelo de la nuit) contient 24. À un niveau plus profond, la réponse dépend de l'application. Pour le champ léger rendant (voir la section d'application ci-dessous), si vous voulez marcher complètement autour d'un objet opaque, alors naturellement vous devez photographier son arrière. Moins évidemment, si vous voulez marcher près de l'objet, et l'objet des mensonges à cheval sur l'avion de la rue de , alors vous avez besoin d'images pris aux positions finement espacées sur l'avion UV du (dans le deux-avion paramétrisation montrée ci-dessus), qui est maintenant derrière vous, et ces images doivent avoir la résolution spatiale élevée.

Le nombre et l'arrangement d'images dans un domaine léger, et la résolution de chaque image, sont ensemble a appelé le " ; sampling" ; du champ 4D léger. Des analyses du prélèvement de champ de lumière de ont été entreprises par beaucoup de chercheurs ; un bon point de départ est Chai (2000). Également d'intérêt est Durand (2005) pour les effets de l'occlusion, Ramamoorthi (2006) pour les effets de l'éclairage et de la réflexion, et NG (2005) et Zwicker (2006) pour des applications aux affichages et 3D plenoptic d'appareils-photo de , respectivement.

Applications des champs légers

La formation image informatique de se rapporte à n'importe quelle méthode de formation d'image cela implique un calculateur numérique. Plusieurs de ces méthodes fonctionnent à évident les longueurs d'onde, et beaucoup de ceux produisent les champs légers. En conséquence, énumérant tous les applications des champs légers exigeraient examiner toutes les utilisations d'informatique formation image - dans l'art, la science, la technologie, et la médecine. Dans des infographies, certains les applications choisies sont :

Technologie d'illumination de . Raison de Gershun d'étudier le champ léger était dériver (dans la forme close si possible) les modèles d'illumination qui être observé sur des surfaces dues aux sources lumineuses de diverses formes placées ci-dessus celles-ci apprêtent. Un exemple est montré à la droite. Une étude plus moderne est (Ashdown 1993).

Rendu léger de champ de . en extrayant les 2D tranches appropriées à partir du 4D le champ léger d'une scène, un peut produire des vues originales de la scène (Levoy 1996 ; Gortler 1996). Selon la paramétrisation du champ léger et les tranches, ces vues pourraient être la perspective , le orthographique, croiser-a fendu (Zomet 2003), une multi-perspective (Rademacher 1998), ou un type différent de projection. Le rendu léger de champ est une forme de le image-a basé le rendu .

Photographie synthétique d'ouverture de . en intégrant un sous-ensemble 4D approprié des échantillons dans un domaine léger, on peut rapprocher la vue qui serait capturé par un appareil-photo ayant une ouverture finie (c. de non-trou d'épingle). Une telle vue a une profondeur de du champ finie . En cisaillant ou en déformant le champ léger avant effectuant cette intégration, on peut se concentrer sur différent fronto-parallèle (Isaksen 2000) ou oblique (Vaish 2005) surface dans la scène. Si le champ léger est capturé using un appareil-photo tenu dans la main (NG 2005), ceci constitue essentiellement a appareil photo numérique dont les photographies peuvent être refocalisées après qu'elles soient prises.

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affichage du 3D. en présentant un champ léger using la technologie qui trace chacun l'échantillon au rayon approprié dans l'espace physique, un obtient effet visuel autostereoscopic du apparenté au visionnement scène originale. les technologies Non-numériques pour faire ceci incluent Photographie intégrale , panoramagrams de parallaxe de , et olographie ; les technologies numériques incluent placer une rangée de lentilles au-dessus d'un écran de visualisation à haute résolution, ou la projection langage figuré sur une rangée de lentilles using une rangée de projecteurs visuels. Si ce dernier est combiné avec une rangée de caméras vidéo, on peut capturer et montrer un champ léger variable dans le temps. Ceci constitue essentiellement une télévision 3D système (Javidi 2002 ; Matusik 2004).

La génération d'image et le predistortion du langage figuré synthétique pour les stéré0grammes olographes est l'un des exemples les plus tôt des champs légers calculés, prévoyant et motivant plus tard la géométrie utilisée dans le travail de Levoy et de Hanrahan (Halle 1991, 1994).

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