19 Cameras, Lenses and Light Fields 相机棱镜和光场

Camera Structure

  • shutter 快门
  • sensor 传感器，感知Irradiance

针孔相机 Pinhole Image Formation

没有模糊

Feild of view (FOV) 视场

取决于Lens和Sensor（宽度是h）的距离（f）。 $Fov=2 arctan(\frac{h}{2f})$

Exposure 曝光

  • $ H=T\times E$
  • exposure=time*irradiance
  • Aperture size 光圈（E）f数（F-Number F-STop）直径分之一，越大光圈越小。光圈大远景模糊，浅景深(景深是光像清晰的一段范围)
  • Shutter speed 快门曝光时间（T）Motion Blur 运动模糊
  • ISO Gain 感光度。太大放大噪声
  • F-Stop和Shutter时间要Trade off

Gauss Ray Tracing Construction / Thin lens equation

$\frac{1}{f}=\frac{1}{z_0}+\frac{1}{z_1}$

Defocus Blur

20 Color and Perception

Light Fields / Lumigraph 光场

  • The Plenoptic Function 全光函数 $Ray=P(\theta,\phi,\lambda,t,V_X,V_Y,V_Z)$
  • Only need plenoptic surface, we can describe a substance
  • 用一个bounding box就能表达一个物体的光场
  • 双平面，可以参数化记录一个光场

Light Field Camera 光场照相机

原理可以认为是之前照相机记录的是一个个像素，这回是把像素替换成一个个透镜，记录下这一个点的光场。

Physical Basis of Color 颜色的物理学基础

Spectral Power Distribution (SPD) 普功率密d度。颜色其实是不同功率和波长色光的感知结果。且具有线性叠加性质

Biological Basis of Color颜色的生物学基础

Retinal Photoreceptor Cells: Rods and Cones感光细胞：视杆细胞（亮度）和视锥细胞（颜色）

  • Cone细胞有三类S、M、L。不同人这三种细胞分布不同

Metamerism 同色异谱

  • 人眼只能感受三种细胞返回的值的叠加

颜色生成 Color Reproduction

  • Additive Color 增色系统，三种光混合之后得到的是白色的光
  • CIE RGB Color Matching Experiment

Color Spaces颜色空间

  • Standard Color Spaces sRGB
  • CIE XYZ
  • Gamut 色域。CIE XYZ色欲要比sRGB广一些

Perceptually Organized Color Spaces

HSV Color Space (Hue-Saturation-Value)

  • Hue 是色调，颜色具体是什么色的
  • Saturation 是饱和度，颜色本色和白色的混合
  • Value 是黑色和其颜色的混合

CIELAB Space

  • 采用互补色系统Opponent Color Theory ，三个坐标轴
  • L*是强弱，白色和黑色
  • a*是红色和绿色
  • b*是蓝色和黄色

Everything is Relative

  • 颜色是人眼感知的结果，比如说对比色

CMYK系统（用于印刷）

  • Cyan青蓝, Magenta品红, Yellow黄, and Key黑
  • 三种颜色叠加的到任意颜色

21 Animation 动画

Animation

Keyframe Animation

Physical Simulation物理仿真

  • $F=ma$

Mass Spring System 质点弹簧系统

  • 一系列相互连接的弹簧和质点
  • Damping force 摩擦力energy loss，方向和速度相反乘一个系数。用相对速度投影到方向上的投影
  • 其他：有限元方法：FEM适合于传播和扩散过程

Partical System 粒子系统

  • Particle System Forces
  • Simulated Flocking as an ODE

Forward Kinematics 正向运动学

Inverse Kinematics逆向运动学

Rigging 操纵

  • 调节一些控制点，从而控制模型

Motion Capture 动作捕捉

22 Animation (cont.)

Single Particle Simulation 单粒子模拟

速度场中求解粒子在某时刻的位置。实际上就是数值方法解一个常微分方程的初值问题（ODE-IVP）

  • 显示欧拉法（Forward Euler/Explicit Method）But Unstable
  • 中点法（Midpoint Method）改进欧拉法
  • 自适应法（Adaptive Step Size Method）
  • 截断误差Local Truncation Error
  • 隐式欧拉法（Implicit Euler Method），一阶全局误差，二阶局部误差
  • 龙格库塔法（Runge Kutta Families）数值分析学了

Position-Based / Verlet Integration

  • 不是基于物理

Rigid Body Simulation 刚体模拟

  • Similar to simulating a particle
  • Just consider a bit more properties 加点角加速度角速度角度啥的

Fluid Simulation 流体模拟

  • A Simple Position-Based Method
  • Eulerian vs. Lagrangian 质点角度，和网格角度
  • Material Point Method (MPM) 结合了以上两者

完结了