【CG】CGの世界でカメラの勉強をしよう~圧縮効果~

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 そんな遠くない日に『オープンワールドのゲームの世界をVRでフォトウォークしよう!』みたいな企画があがってくるのではないかと期待してやまない今日この頃ですが、やはり先の話しかなあ。もうちょいPSVRあたりでキラーソフトがリリースされて、一気に普及すれば夢ではありませんけどね。
 カメラ小僧から言わせればCGのオープンワールドなんて撮影の理想郷みたいな空間じゃありませんか。あの世界の中で写真教室やらフォトウォークができたらどれほど楽しいことやら。
 
 さて、超フォトリアルな世界をリアルタイムレンダリングできるようになりました。カメラ設定なんて一眼レフのそれともう同じです。
 一方、現実世界では写真の撮り方を実習しながら学びたーいという方も多いですし、この手の本は山ほどあります。ここに需要と供給とがマッチングしていると考えた時、じゃあCGの世界で撮影やカメラの特性についてお勉強すればいいんじゃないのかという考えがひとつ出てきます。

 ということで、まずは気軽にやってみましょう。

 個人的に、現地で・実機で・即席で紹介しにくいもののひとつに『圧縮効果』という現象がありますが、紹介しにくいならCG上理想的な状況を造って、体験しちゃおうよ! ということです。やってみよう。

圧縮効果ってなんだっぺした

 望遠レンズで撮影すると遠近感が減り、モノが近づいて見えるというか詰まって見えます。これが圧縮効果です。広角レンズだといわゆる遠近感が出てきますが、これとは逆の現象です。
 レンズの焦点距離(mm)で言うと、値が大きくなるほど(望遠になるほど)圧縮効果も大きくなります。
 個人的にはタムロンさんの下の図解が世界一わかりやすい。


Image by TAMRON

 これは何を言っているのかというと、上図ではワーキングディスタンスとして説明していますが、焦点距離によって等倍の距離は決められているということです。
 さらに発展して考えてみましょう。もし下図の90mmのとき、赤花とオレンジ花の距離が9cmだったとします。このとき、じゃあ180mmのレンズを使う際に背景の花を4本入れるためにはどうすればいいでしょうか。赤い花から25cm後ろにいてくれていれば4本入りますね。こういう知識は植物園では使えませんが、物撮りで背景に花を配置する際とかに役立ちます。

 【ここからは興味がある人だけ】
 焦点距離f、センサー幅l、視野幅Lとしたとき、等倍のワーキングディスタンスaは、
    a=f×(1+L/ℓ)
という公式で表せます。ちなみにこんかいのプロジェクトでは、
 お花は高さが40mmです。よってL=40
 フルサイズのカメラで撮影していますからセンサー高さはℓ=24mm
 で、焦点距離f=80mmのとき、UE4上ではカメラから210mm先の場所に花をセットしました。適当に。
 一方 a=f×(1+L/ℓ) より a=80×(1+40/24) となりますから解くと a≒213 でした。つまり実際の距離210mmとだいたい同じですね。偶然ですが、正しいことが確認できます。

 なお、圧縮効果の行き着く先は平行投影(Orthographic)になります。つまり遠近感ゼロ。完全圧縮。つまり布団圧縮袋でいうと厚さ0mmの状態です。え? そんなの現実にはありえないと!? そうです。現実世界では存在しません。これはCGの世界のみで見られます。


Photo by Wikipedia




CG上で体験しよう

 UE4で簡単なプロジェクトをおこしてみましょう。仕掛けはシンプルで、
  ・カメラを2台用意しました。
   設定は焦点距離がそれぞれ80mm(オレンジ)、200mm(イエロー)です。
  ・1輪の花を配置します。これを、2台のカメラから同じ大きさで捉えます。「同じ大きさ」ということは、
   「オレンジとイエローの幅が被写体である花の位置で一致している」ということを言います。

 このとき、背景の樹木はどうなっているのかに注目してください。今、花は同じ大きさにカメラを合わせたのに、この時点で映り込む樹木の本数が異なることが理解できそうです。

 では実際にCG上でレンズを切り替えしてみましょう。
 花の大きさは確かに同じですが、背景の詰まり具合が全然違いますね。

デモ

 デモプロジェクトです。WebGLです。DoF効かないの~!
 圧縮効果デモ(Demonstration for Lens Compression) – christinayan



作例

 大したあれではないですが、今までに撮ったもので圧縮効果が顕著に現れている写真をいくつか挙げさせてもらいます。

 いかがでしたか。他にもカメラや光学の特性をCG(WebGLとか)を使って体験できるようにしてみたいと思います。

参考サイト

272Eレンズテクノロジー – TAMRON
レンズ選定(視野、撮影距離など) – 画像処理ソリューション
Perspective distortion (photography) – Wikipedia

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