Games101笔记——Lecture 20:Color and Perception

Lecture 20:Color and Perception

  • 今日内容
    • 上节课没讲完的光场内容
    • 颜色
Light Field / Lumigraph (光场)
  • 两个组各自发明了这个东西，各自进行了命名
  • 我们看见的世界是什么？
    • 引入虚拟现实的原理，理解上很简单
    • 我们看见的就是进入人眼的光线
  • 全光函数
    • 我们所能看到的所有东西
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    • 在某个点，在一个时间上，对于某个波长，往任意方向上看能看到的值——电影
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  • 进一步扩展，摄像机的位置可以任意移动——全息电影
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  • 把函数理解成在任何时刻、任何位置、任何方向看到的东西——一个七维的函数——全光函数
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  • 光场的概念从全光函数开始，从全光函数提取其中一部分的信息
  • 先定义光线：起点与方向
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  • 重新定义光线
    • 可以取光线上任意两点（默认方向已知）
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  • 光线与物体，物体包围盒上任意一点任意方向的发光情况——这一信息即为光场：两个数表示方向、两个数表示位置
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  • 通过光场，从任意位置都可以看向物体，都知道看到的结果，即可以得到物体任意位置的观测结果
  • 光场的位置在盒子上还是在物体表面上？不需要具体知道
  • 对于下图，知道平面上的参数化信息就行，不需要知道右边
  • 也可以定义两个平行平面，通过两平面上两点定义一条光线：即(u, v) (s, t)
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  • 一个经典的参数化表示方法
  • 对于上述方式不同的理解方式，下图
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    • 一点窥全豹 & 多点看一点
    • 斯坦福做了第一种：
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    • 另外一种，与昆虫的复眼类似
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光场照相机

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  • 最重要的功能，支持后期（拍照之后）重新聚焦、调整光圈大小
  • 其原理即为光场的原理
    • 将感光元件往后移并加上一堆透镜，记录的一个像素变成了一块像素（其内部其实是各个不同方向）
    • 而每一个透镜都相当于一个光场
    • 一个像素原本记录的irradiance被拆开了
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  • 怎么做到的，想得到普通的照片怎么办？
    • 直接把每个透镜都选一条光线记录结果，比如都选底下光线，相当于从下面看
    • 更进一步，都选中间光线，相当于从中间看
    • 相当于虚拟的移动了照相机的位置！
    • 重新聚焦利用了一样的道理：对于不同的光线选择不同的位置，得通过计算取哪些方向
  • 有这些功能——因为光场摄像机记录了整个光场的信息
  • 它自己本身也有问题
    • 分辨率不足！每一个小块（更多个像素）记录了一个像素！——要求胶片分辨率高
    • 成本高（微透镜设计制造，要求胶片分辨率高）
    • 我们发现：计算机图形学中的trade-offs

Physical Basis of Color

  • 颜色是什么？
  • 光谱——不同的波长对应不同的折射率。
  • 图形学通常关注可见光部分
Spectral Power Distribution（SPD 谱功率密度）
  • 描述任何一个光在某一波长的分布多少
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  • SPD的线性性质，容易理解
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  • 什么是颜色？
    • 颜色是人的感知；并非物理上的普适概念
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生物学颜色的基础

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  • 视网膜上的感光细胞
    • 棒状细胞：用来感知光线的强度
    • 锥形细胞：数量比棒状细胞少很多 ，用来感知颜色
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    • 锥形细胞又分为三类：S，M，L，三者感知的主要波长范围不同
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    • 但是不同的人这三种细胞的分布很不一样！
      • 更加说明颜色是人感知的结果！
  • 感知的结果：
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    • 人们看到的是三个数，其实
  • 人类视觉系统
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Metamerism 同色异谱
  • 通过不同的光谱实现看起来相同的颜色
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  • 例子
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  • 应用：
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Color Reproduction / Matching

  • 混合颜色，计算机中的加色系统

  • 相对地，颜料是减色系统
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  • 加色系统允许线性组合
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  • 方便尝试混合

  • 但有的情况很奇怪，可能怎么混都混不出来

  • 还可以给需要匹配的颜色加一个颜色，相当于给正在配的颜色减一个颜色
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  • 确实可能有负的
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  • 上图为颜色匹配函数的应用

  • 颜色空间
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  • rgb空间的色域是有限的

  • 另外一个系统：CIE XYZ 系统

    • Y一定程度保证了颜色的亮度
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    • 关于对X,Y,Z的可视化，得到归一化的值，显示两个维度即可
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    • 上图那个东西叫色域
    • 白色在中间，最不纯的
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  • 色域是一个颜色空间所有可以表示的颜色
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  • 不同的颜色空间表示的色域不一样
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  • 其他的颜色空间：HSV——颜色拾取器——为艺术家们定义
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  • 又另一种——三个轴 a：红绿，b：蓝黄，L：亮度
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  • 互补色理论
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    • 人脑会自动把互补色补上
    • 1:26:00一个很明显的例子

  • 颜色很多都是相对的！

    • 好多图

  • 减色系统，颜色越混越黑，典型的一个CMYK
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    • 一个问题混合CMY就能得到黑色，为什么还要K黑色？
      • 为了印刷上的成本，黑色墨水便宜！

  • 没有提到的内容

    • HDR ——learningOpenGL有提
    • 伽马矫正 ——learningOpenGL有提
    • 怎么造颜色空间——难难难——造了得有人用