システム情報工学研究科修士論文概要 - 筑波大学大学院 システム情報

システム情報工学研究科修士論文概要
年 度
平成 ２２ 年度
専 攻
コンピュータサイエンス
指導教員氏名
学位名
専攻
著者氏名
修士（ 工学 ）
岡田 直樹
James B. Cole
論文題目
Morpho Butterfly Rendering Based on High Accuracy Nano-Optical Simulation
（高精度ナノシミュレーションを用いたモルフォチョウのレンダリング）
論文概要
The male of a species of Morpho butterfly native to Central and South America, is known as the "jewel of the
Amazon," and displays a mysterious brilliant iridescent blue color, without any pigmentation. This Morpho
blue is due to optical interference in photonic crystal-like nano-structures on its scales, which selectively
reflects blue. Color without pigments is called ``structural color.'' Structural colors are difficult to render even
with advanced rendering methods, because most of these methods are based on geometric optics, such as the
ray tracing, which is invalid for nano-structures. One of the most interesting features of the Morpho butterfly
is a "backscattering" that it is not specularly reflected but instead reflects backwards to the light source. Hence
a rigorous nano-optical treatment is required to correctly render the Morpho butterfly color. In this paper, for
the first time, we introduce a new rendering method based on high accuracy nano-optical simulations using
what is called the nonstandard finite-difference time-domain algorithm. By comparing with optical
measurements of Morpho butterfly scales, we validated the simulation result and its rendering. Finally, we
succeeded to render the three-dimensional stereo vision of the Morpho butterfly.
（アマゾンの宝石として知られる中南米原産のオスのモルフォチョウは，色素とは異なる神秘的で美しい青色
を放つ．モルフォチョウの青色は，フォトニック結晶に似たナノ構造の光学干渉によって生み出される．このよ
うな光学的発色は，構造色と呼ばれている．構造色は，ナノ光学の現象に支配されているため，従来のレイ
トレーシングといった幾何光学に基づく手法が適用できない．モルフォチョウの青色はさらに特別であり，光
源方向に光を反射する後方散乱と呼ばれる現象を引き起こす．つまり，モルフォチョウのレンダリングには，
厳密なナノ光学の取り扱いが要求される．本研究では，Nonstandard 有限差分時間領域法を用いたナノ光
学シミュレーションに基づく，新たなレンダリング手法を提案する．シミュレーションとレンダリング結果の妥当
性は，実際の計測結果と比較することによって検証した．最終的には，モルフォチョウの３次元ステレオレン
ダリングに成功した．）
審査日
審査員
平成
２３年
２月
４日
（大学名 職名）
（学位）
（氏名）
主査
筑波大学 准教授
博士（工学）
蔡 東生
副査
筑波大学 准教授
Ph.D.（物理学）
ｺｰﾙ ｼﾞｪｰﾑｽ B
副査
筑波大学 助教
博士（情報理工学）
金森 由博