(новая) технология номер 2 -
радиометрия,
BRDF или ДФОС,
или "реконструкция геометрии объекта по интенсивности отраженного света"
Bidirectional reflectance distribution function - двунаправленная функция распределения отражений (поверхностных отражений) (ДФОС) описывает, как свет отражается или поглощается поверхностью в зависимости от разных углов падения.
Проще говоря -
BRDF - описывает правила отражения света от поверхности
- на примере изображены отражения одного и того же источника света от различных типов поверхностей:
от "зеркального"(блики) к "рассеянному или диффузное"(по закону Ламберта)
Первоначально - данная технология использовалась для создания реалистичных бликов 3д объектов и сцен в 3д моделировании - в пакетах рендэринга.
А вот для реконструкции поверхностей по бликам - додумались - относительно недавно.
Отличнейшая статья(для 3д моделлеров) с описанием реального применения этой функции в 3д рендеринге.
- пример "заскрашивания" заек с помощью технологии BRDF
отсюда
При создании реалистических изображений следует учитывать то, что в природе, вероятно, не существуют идеально зеркальные или идеально матовые поверхности. При изображении объектов средствами компьютерной графики обычно моделируют сочетание зеркальности и диффузного рассеивания в пропорции, характерной для конкретного материала. В этом случае модель отражения записывают в виде взвешенной суммы диффузной и зеркальной составляющих
Но на сегодня - пока еще нет более-менее полной библиотеки материалов...(к стати - определить отражающие свойста материалов можно экспериментально прибором
гониорефлектометром)
Например вот
библиотека BTF (bidirectional texture function) Universität Bonn
Но использование этих "библиотек отражательных спосбоностей материалов" - затруднительно для автоматической реконструкции геометрии объектов,
т.к. алгоритмы не могут еще автоматически определить из какого материала сделан объект на фото
поэтому на практике используют теоретические модели: Блина, Кука-Торенса, Орена-Наяра, обобщенную модель Ламберта, Лебедева, Эшкмина-Ширли и др.
К сожалению в инете - очень мало материалов на русском
,
вот одна из немногих работ
"Модель отражения света поверхностью для задачи реконструкции формы объекта по полутонам"
авторов ОЯ Ковальчук БП Русын ПИ Чопык - но даже в ней - дальше теории авторы не пошли...
Думаю это из-за нашего менталитета (для просмотра содержимого нажмите на ссылку)- мы найдем 100500 УМНЫХ причин почему не получиться, чем сесть и "тупо по задротски" попробовать.
(Вот тест - ваше отношение к идеям: "редуктор из дерева", "капролоновая гайка", "хоббийный станок с последовательной кинематикой", "шпиндель из асинхронного двигателя", "серводвигатель из 3х фазного двигателя", "станок из фанеры", "энкодер из лазерной мышки", "микроскоп из вэбкамеры", ...
ради лулзов - можно сделать отдельную тему со списком подобных идей для их "поливанием тоннами любви и обожания" и тролинга олдфагов - думаю получится "много ржаки"
)
а если серьезно циата
отсюда
да, свето-тень косвенно несет информацию про объем, но увы, эта информация перемешана с рисунком, фактурой и прочей модуляцией коэффициента отражения поверхностей (безвозвратно перемешана, как фарш). Что очень печально сказывается на точности.
хотя далее sabos уточняет
...там есть лазейка. Имея лишь данные BRDF без карты глубин - можно восстановить картинку. Но только с той точки, где стояла камера (спектрофотометр). Двигаться зрителю нельзя. Imho, такое воспроизведение нельзя назвать качественной репродукцией.
что он подразумевал под картинкой?
Очень упрощенная - Физика отражения - нужна для понимания дальнейшего повествования):
Упрощенная тк не учитываются многие эффекты: самосветимость, переотражения, подповерхностные отражения, ...
1. Падение света на поверхность.
Очевидно что чем больше поверхность тем больше фотонов на нее упадет.
Так же не сложно догадаться что чем больше фотонов упадет на поверхность тем больше фотонов эта поверхность сможет отразить.
Свет может падать на поверхность под различными углами.
Если свет падает на поверхность под прямым углом, то поверхность получит максимальное количество фотонов(поверхность максимально освещена).
Чем больше этот угол отличается от 90 градусов - тем меньше поверхность получит фотонов -
и соответственно меньше фотонов сможет отразить(поверхность будет минимально освещена - заметьте: независимо от силы! источника света)
Это свойство зависимости угла наклона поверхности к источнику света и используется для определения нормали поверхности.
Обратите внимание как нелинейна эта зависимость! При отклонении от прямого угла на 3 - 5 - 10 градусов - количество полученной энергии практически не уменьшается,
но если угол приближается к 180ти - то сильно играет роль даже пол градуса. Эту нелинейность как раз и выравнивают с помощью ДФОС.
2. Отражение света. (Блик, матовое отражение, цвет).
Цвет материала это не что иное как отраженный от материала свет - только поляризованный.
Т.е. материал поверхности фильтрует свет определенн(ой/ых) волн(ы) - а все остальные отражает.
Чем больше отфильтровано спектра - тем меньше будет светимость.
Подозреваю так же что различные цвета - имеют различную мощность(для сравнения возьмите желтый и синий).
Поэтому на одну и ту же площать материала, свет с одной и той же интенсивностью, падающий под одним и тем же углом,
но если цвета этих поверхностей - разные - то интесивность свечения этих 2х поверхностей - будет различной.
Особенно хорошо это видно если эти 2е поверхности различных цветов - сфотографировать и фото перевести в градации серого - то разница интенсивности отраженного света будет видна явно.
(вставить фотки)
Из-за этого
цвет поверхности является одной из самых большых проблем в процессе определения геометрии объекта - тк - не несет о ней(геометрии) - никакой информации, но при этом вносит свою дезинформацию. Поэтому методом ДФОС лучше определять геометрию одноцветных предметов.
Хотя уже существуют алгоритмы способные различать цвета предмета и реконструировать геометрию многоцветных предметов
Но сам цвет имеет значение. В смысле - цветная фотография несет больше информации чем обесцвеченная. Это видно даже по битности - у цветной 16миллионов градаций а у серой только 256. А еще по цвету можно дополнительно определять границы объекта и пр.
К стати: когда обесцвечиваете цветную картинку в
GIMP-е - Цвет - Обесцвечивание,
то ГИМП предлагает 3 варианта:
Освещенность, Светимость и Среднее.
Вибирайте -
Светимость! так как - только у этого режима полностью совпадает Карта палитры (Меню-Цвет-Карта-Отобразить Палитру) с Картой палитры в цветном режиме.
![В гифке - 3 карты для [u]Цветного[/u] режима, для [u]Освещенности[/u] и для [u]Среднего[/u] (6292 просмотра) <a class='original' href='./download/file.php?id=42525&sid=8b60b1caf66a8fcf27aa9d1252e5e600&mode=view' target=_blank>Загрузить оригинал (1.68 МБ)</a>](./download/file.php?id=42525&t=1&sid=8b60b1caf66a8fcf27aa9d1252e5e600 "Карта палитры.gif (1.68 МБ) 6292 просмотра")
- В гифке - 3 карты для [u]Цветного[/u] режима, для [u]Освещенности[/u] и для [u]Среднего[/u]
еще раз - для
Светимости карта палитры совпадает с цветной - поэтому этого режима нет в гифке.
Свет отражается от точки падения (как ни странно) - во все стороны! одновременно. Но в разные стороны с разной силой.
- отражение света:
красный - энергия и направление блика
синий - энергия и направление рассеенного отражения
Это происходит из-за микроструктуры поверхности.
Очевидно, что чем более гладкая поверхность тем больше света будет отражено по закону Ламберта(
зеральное отражение-блик)
и тем меньше будет отражено в разные стороны(
матовое отражение), и наоборот...
Разница между бликом и матовым свечением - очень существенна(хотя имеют единую природу) не только по силе отраженной энергии но и по
геометрии отражения.
- Как "блик" отличается от "рассеянного" излучения
Почему шар так вытянулся?
Потому что источник света расположен был не прямо за камерой, а под углом. Из-за этого нормали сдвигаются(собственно для этого и нужен ДФОС).
Блик - всегда засвечен, интенсивность всегда на столько мощная что поляризация практически отсутствует(поэтому блик еще называют - засветом).
Блик отражается всегда только в определенную сторону - из-за этого если смотреть на предмет с разных сторон,
то блик будет следовать за нами с какой стороны мы бы ни смотрели на предмет, и исчезнет только на теневой стороне - где свет вовсе не падает на поверхность.
Блик - несет не много информации чтобы ее использовать - но можно(например как это делает проект "Давид лазер").
Матовое отражение - отражает свет во все стороны относительно равномерно и это свечение не столь интенсивно как блик - из-за чего оно несет в себе еще и информацию о цвете поверхности.
Этот тип отражения несет в себе больше всего нужной нам информации для реконструкции геометрии.
Из-за сильной нелинейной зависимости угла наклона поверхности к световому потоку(описано выше)
- информацию на концах функции матового отражения(сильно затененная и приблежающаяся к блику)
- использовать затруднительно - поэтому она обычно - отсекается.
- Если взять черно-белое изображение как карту высот(normal map) то получим примерно такое...
поэтому - не все так просто...
Но остальная информация несет почти линейную зависимость от формы. Путем некоторых коррекций - по ней восстанавливают геометрию поверхности с достаточно хорошей детализацией - очень быстро. (Плюс перспективы данной технологии - очень радужные...)
Вот замечательные видео-демонстрация:
https://www.youtube.com/watch?v=i43fKEGlwOI
https://www.youtube.com/watch?v=enjPuiA-MOE
https://www.youtube.com/watch?v=OLPxxTCnuqU
https://www.youtube.com/watch?v=4GiLAOtjHNo
https://www.youtube.com/watch?v=mkzLLz1tXds
и спайдермен - на закуску
- пример оцифровки спайдермэна с помощью BRDF
Бонус
- BRDF - бюджетный вариант студии.png
как это работает для реконструкции изображения напишу в следующей статье (т.к. уже слишком много информации)...
- суть
предварительно - кому не терпится...
- 13_Wscg_Seylan_Slides.pdf
- Замечательный документ с общим описанием методик реконструкции ДФОС
только на английском - (1.39 МБ) 576 скачиваний
... для твоей задачи возможно будет достаточно обычного фотоаппарата с режимом макросъемки, 
У них и рот шире открывается 
)
)
