計算機合成ホログラムにおける光線追跡法を用いた高速汎用計算法の開発

研究の目的は計算機合成ホログラム(以下CGH : Computer-Generated Hologram)において写実的な像を表示するための多様なレンダリング技術を確立し、リアリティの高い3次元像を表示するである. そこで本研究では、多様な仮想物体を表現可能な汎用的かつ高速な計算手法の開発に取り組んできた, 通常CGHの表示に用いるデバイスでは単色の3次元像のみ表示され、さらに視域・視野が非常に狭いことから再生像の観察が困難であるという問題があった.そこで本研究では視野を拡大する手法として、フーリエ変換光学系を基にしたフルカラーホログラフィックディスプレイを採用した. フーリエ変換光学系では通常のCGH計算法では、元の仮想物体を構成する点光源の存在する位置と再生される像の位置が異なり、歪んだ像が再生されてしまう. そこで光線追跡法で求めた仮想物体の位置に直接像を再生するために、CGHの光波伝搬に用いる点光源群の座標位置の補正計算式を導出した. フーリエ変換光学系を用いることでフレネルホログラムに比べて単眼での視野角が約3.5倍広く得ることが出来た. また共役像や0次光を除去することにより再生像のみを観察することが可能である、提案したフーリエ変換光学系のための補正計算式により正しい奥行き・大きさに表示するかを確認するために光学生成実験を行い、再生像のフーリエ変換光学系のための補正計算式が正しいことを碓認した. またCGHの再生像をフルカラー化するために白色LEDを用いており, 白色LEDのRGB各色の発光タイミングと, 各波長で計算されたCGHの表示タイミングを同期し高速に切り替える時分割表示方式を用いた. 本研究においてCGH計算の殆どはGPUによる高速化が図られ、短時間で写実的な3次元像を表示するCGH計算に成功し、CPU計算に比べて及び300倍の高遠化が行われた.

研究の目的は計算機合成ホログラム(以下CGH : Computer-Generated Hologram)において写実的な像を表示するための多様なレンダリング技術を確立し、リアリティの高い3次元像を表示するである. そこで本研究では、多様な仮想物体を表現可能な汎用的かつ高速な計算手法の開発に取り組んできた, 通常CGHの表示に用いるデバイスでは単色の3次元像のみ表示され、さらに視域・視野が非常に狭いことから再生像の観察が困難であるという問題があった.そこで本研究では視野を拡大する手法として、フーリエ変換光学系を基にしたフルカラーホログラフィックディスプレイを採用した. フーリエ変換光学系では通常のCGH計算法では、元の仮想物体を構成する点光源の存在する位置と再生される像の位置が異なり、歪んだ像が再生されてしまう. そこで光線追跡法で求めた仮想物体の位置に直接像を再生するために、CGHの光波伝搬に用いる点光源群の座標位置の補正計算式を導出した. フーリエ変換光学系を用いることでフレネルホログラムに比べて単眼での視野角が約3.5倍広く得ることが出来た. また共役像や0次光を除去することにより再生像のみを観察することが可能である、提案したフーリエ変換光学系のための補正計算式により正しい奥行き・大きさに表示するかを確認するために光学生成実験を行い、再生像のフーリエ変換光学系のための補正計算式が正しいことを碓認した. またCGHの再生像をフルカラー化するために白色LEDを用いており, 白色LEDのRGB各色の発光タイミングと, 各波長で計算されたCGHの表示タイミングを同期し高速に切り替える時分割表示方式を用いた. 本研究においてCGH計算の殆どはGPUによる高速化が図られ、短時間で写実的な3次元像を表示するCGH計算に成功し、CPU計算に比べて及び300倍の高遠化が行われた.