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Applied Optics誌の4月分のTop download 10が発表されている.前回,Top 10圏内すれすれの9位まで下がっていたのだが,なんと,1ランクアップしているではないか! うれしい限りである.

この際,半年ぐらいはランキングに残っていてほしいものである.

  1. 2011年12月 第4位 (Top10初登場!)
  2. 2012年01月 第5位 (↓ )
  3. 2012年02月 第9位 (↓ )
  4. 2012年03月 第9位 (→ )
  5. 2012年04月 第8位 (↑ )


 

全くの偶然であるが,当研究室の二つの論文がほぼ同時にオンライン版として上梓された.

これも偶然であるが,上記の論文は二つともかなりの難産であった. 論文中に記載されている日付を見て頂ければわかるが,私の英文論文の受付日は9月30日なので,オンライン版出版まで約7か月である.オンライン版としてはかなり異例の長さではないかと思う.これには事情があり,投稿後,ほぼ3か月間Topcial Editorに捨ておかれたのである.通常の手順のPeer Review(査読)に回されることもなく,「ただ今考え中」としてEditorの手元に据え置かれたのである.推測だが,Journal of Electronic Imaging誌は,通常はCGHによる3D画像技術を扱うような雑誌ではないので(CGHの論文が掲載された例がないわけではない),そもそも査読するべきかどうか判断がつかず取扱いが後回しになったのではないかと思う.投稿論文のオンライン追跡システムのステータスが"Under Consideration"からいっこうに変化しないのに我慢しきれず,私が抗議のメールを送ってやっと査読に動き出したようである.結果,Reviewer(査読者)がなんと5人もついたが,全員非常に好意的な反応を示し,あっさり掲載の運びとなった.査読者のコメントを読むと,どうも,論文に付けた再生像ビデオのインパクトが決定的だったようである.
→論文に掲載されているビデオの一つへのリンク

コンピュータホログラフィ(CGH)の論文投稿は大変であると思う.なにしろ,査読者が私が参加するような学会や国際会議に来ている人とは限らないので,実物を見ずに判定することになる.写真をみただけでは,単なる画像なので,おそらく価値や意味が分からない.その意味で再生像ビデオは強力な武器である.上手に撮れば,おっと思ってもらえるようである.

もう一つの中村君の和文論文にいたっては,受付日は2011年2月7日なので,出版までなんと1年と2か月以上を要している.こちらは,やはり査読者の不足が大きいであろう.この学会誌にはホログラム系がわかる査読者はほとんどいないようである.私も経験があるが,自分の専門とずれた分野の査読は非常につらいものである.そのためであろうが,査読の返事が規定の期限を超えても戻って来ず,またコメントから見てあきらかにCGHの分野の方ではなかった.さらに修正した原稿に対する判定が異常に遅いということが積み重なった.もちろん,こちらも差し戻し原稿に対する修正が期限ぎりぎりになったという事情もある.

いずれにせよ,CGHの論文投稿において,提案手法の効果の証明が難しいことと査読者の不足の2点は,頭の痛いところである.

またまた自慢ネタで恐縮である.我々のコンピュータホログラムが,マサチューセッツ工科大学博物館(MITミュージアム)で展示されることが決定した.MITミュージアムは,MITでの学問や研究成果を幅広く社会と結びつけることを主なミッションとしているが,世界有数のホログラムコレクションでも知られている.そのMITミュージアムにおいて,2012年の6月より最先端ホログラム技術を主題とした展示が始まる.期間は15か月で2012年9月まで展示される予定である.また,これにあわせてMITメディアラボシンポジウム(International Sympsium on Display Holography, ISDH2012)が6月に開催される.

コンピュータホログラム3部作

メディアラボの研究グループから,このホログラム展示企画の連絡が届いたのは,2011年の夏の終わりのことであった.展示のプロポーザルを募集しているが,限られた展示スペースなので特別委員会で選定・推薦を行い,ミュージアムの側で最終決定を行うとのことであった.ただ,この時点では展示期間や展示可能作品数があまりはっきりせず,詳細は追って知らせるのでとりあえず応募してほしいとの内容であった.

それではと,何点か応募しようと思い立ったわけである.既存の作品でも良いが,どうせなら最新の技術を駆使したものを新たに制作しようと考え,中原先生はじめ院生有馬君,西君,小川君たちと相談した.結局,新しい技術を一つの作品に詰め込むのは難しいので,下記のコンピュータホログラム3部作(!)として応募することにした.

応募後,いくらかの紆余曲折はあったが(企画自体の中止の報も一時は届いた),結局,3月に企画のゴーが決定したとの連絡があった.ただし,今の時点ではスペースの関係で3部作全部を展示できるかどうかはわからず,少なくとも下記のBrothersは確実に展示するとの連絡であった.それ以外の2作品が展示されるかどうかは今のところ(4月中旬の時点では)まだ連絡がない.

Brothers

Brothers.jpg3Dレーザスキャナで計測した人顔データを二つ(娘と息子)使い,ポリゴン法とシルエット法を用いた現時点で世界最高レベルの高品位コンピュータホログラム.デザイン・プログラムは松島自身が担当した200億ピクセル規模の超大型作品.
→再生像とメーキングビデオ

 

 

Penguin

Penguin.jpgAppl. Opt. に載せた論文が好評を博しているデジタル化ホログラフィ(Digitized Holography)のテクニックを用いた実物体光波を埋め込んだコンピュータホログラム.論文に掲載したBear IIの2倍規模の80億ピクセル作品であり,撮影実験・デザイン・プログラミングは全て院生有馬君.
→再生像とメーキングビデオ

 

Rose in Ring

RoseInRing.jpg現リコー勤務の中村君が院生時代に考案したスイッチ・バック法を用いて複雑な形状の隠面消去を試みた作品.モデルは,松島がバラ曲線を3次元化してデザインし,院生西君の鏡面性曲面レンダリング技術を用い,院生小川君が分散処理技術でプログラミングした170億ピクセル作品.
→再生像とメーキングビデオ

自慢ネタで恐縮であるが,昨年の12月にApplied Optics誌に掲載された我々の論文Bear-II.jpg

Digitized holography: modern holography for 3D imaging of virtual and real objects, Appl. Opt. 50, H278-H284 (2011),

が,この3月もApplied Opics誌のTop download 10に居座り続けている.Top10の履歴はこんなカンジである.

2011年12月 第4位 (Top10初登場!)

いきなり第4位に登場であった.第1位~3位は純粋な研究論文ではなく,サーベイ/レビュー論文等なので,テクニカルなレポートとしては実質トップと考えても良いであろう.ぱちぱち.ただし,ちょっとしたコツもあって,オプションのお金を払って「Open Access」に指定してもらっておくと,無料で誰でも読めるのでランキングに入りやすい気がする.

ちなみに第1位は,2009年に書かれたMulti-Viewpoint Imageに関するサーベイ論文で,私の記憶の限りでは,登場以来ずっとトップを続けているというスゴい論文である.この年の同じ号には拙論文の「Extremely High-Definition Full-Parallax Computer-Generated Hologram Created by the Polygon-Based Method」(ホログラムThe Venusを発表した論文)も載っており,これもしばらくTop10に入っていたが,現在では見る影もない・・・ 

2012年1月 第5位 (↓ )

1ランクダウンしたが,拙論文より上位にあるのはやはり全てサーベイ論文であって研究論文ではトップであった.ちなみに12月の時点では拙論文より上位にあった3Dディスプレイのレビュー論文は拙論文より下位に落ちている.

新たに上位に入ってきた論文は1963年や1983年に書かれた古い論文である.これは,どうやらApplied Optics誕生50周年記念企画として公表された「過去50年に最も引用された論文のリスト」に掲載された過去の論文が再ダウンロードされているためのようである.

2012年2月 第9位 (↓ )

4ランクダウン.3か月目で急落である.さすがに賞味期限が切れてきたか・・・

やはり上位は大半がレビュー論文であり相当古いものが多いが,トロント大のProf. Keigo Iizukaの新しい研究論文が上位に入っている! どうやら,あの「光工学」の著者である飯塚啓吾先生のようである.だとしたら相当なお歳のはずなので,これは驚愕である.恐るべし飯塚先生!

2012年3月 第9位 (→ )

正直,もう圏外と思っていたので,まだTop10に残っていたのは驚きであった.実験を担当してくれた院生A君とモデルのクマに感謝! 上位はすべてレビュー論文等や10年以上前の古い論文である.21世紀に公表された研究論文としてはトップである・・と自画自賛しておこう.

さて,来月はどうなるのであろうか・・

 

前回の失敗の要因

前回の失敗をT君と相談したところ,問題点はCUDAのダイナミックリンクライブラリ命名方法にあることがわかった.なんと,CUDAではdll名そのものにバージョン番号が含まれているのである(一般的にはフォルダ名にバージョン番号を入れると思うのだが・・).CWFLのビルド時には,CUDAのインポートライブラリを読み込む.この(バージョン番号を含んでいる)ライブラリ名が実行時に呼び出すdll名になる.つまり,CWFLのビルドに用いたCUDAと同じバージョンのCUDAでしかCWFLは実行できないことになる.今回インストールしようとしているのはCUDA 4.0でビルドしたCWFLなので,前回インストールしたCUDA 4.1では実行できないのである.

CWFLの配布という点からすると,これはかなりやっかいな問題である.CUDAのバージョンが変わる毎にCWFLを再ビルドして配布し,インストールしてもらう必要がある.いまのところ解決策は思いつかないので,とりあえず,CWFL配布時にはCUDAのバージョンを指定することにする.

第3日目

CUDA 4.1のアンインストール

今回はCuda4.0対応のビルド済みのCWFLを試すことにする.そのため,前回一度インストールしたCUDAのファイルをアンインストールした.CUDAはバージョンごとにインストールディレクトリが異なるので,特にアンインストールする必要はないと思われるが,念のためである.まず,CUDA Toolkit 4.1をアンインストール.次にGPU Computing SDK 4.1をアンインストールしようとしたところ,やや,「指定されたモジュールが見つかりません」というエラーが出るではないか! 一応,前回確かめておいたGPU Computing SDK 4.1のインストールポイントを調べたところ,そのまますべてのファイルが残っている.

CUDA 4.0のインストール

アンインストールのトラブルはとりあえず無視して,CUDA Toolkit Archiveに行き,4.0の関連ファイルをダウンロードした.前回と同じWindows 64bitで, 

  • CUDA Toolkit 4.0
  • GPU Computering SDK 4.0
  • Developer Drivers 4.0

である.Toolkitのインストールの種類も前回と同様「Complete」とした.

インストールポイントは,予想できる通り,4.1が4.0に代わっているだけである.つまり,

  • C:\Program Files\NVIDIA GPU Computing Toolkit\CUDA\v4.0
  • C:\ProgramData\NVIDIA Corporation\NVIDIA GPU Computing SDK 4.0

となっていた.SDK4.1のアンインストールができなかったので,PATHを調べると4.1へのPATHも残っていた.特に問題ないが,一応,手動で消しておくことにした.この段階で,C:\ProgramData\NVIDIA Corporation\NVIDIA GPU Computing SDK 4.0\C\bin\win64\Releaseに入っているビルド済みのCUDAサンプルプログラムからbandwidthTest.exeを試してみたところ,問題なく実行できた.

Visual Studioの設定

次にVisual Studioの「ツール>オプション>プロジェクトおよびソリューション>VC++ディレクトリ」のインクルードディレクトリの設定も変更する.前回の設定から4.1→4.0とするだけであり,具体的には下記のとおりにする.

  • C:\Program Files\NVIDIA GPU Computing Toolkit\CUDA\v4.0\include
  • C:\ProgramData\NVIDIA Corporation\NVIDIA GPU Computing SDK 4.0\CUDALibraries\common\inc

CWFLを用いたサンプルソースのコンパイルテスト

sample.bmpCWFLを用いる適当なサンプルソースをT君の研究フォルダから拾い,コンパイルを試してみた.問題なく,ビルドができる.ここまでは,前回もたどりついたところである.さらに実行を試みる.

OKである! 円形開口の回折像を計算するサンプルソースであったが,右図のとおり,問題なく計算できている.

(注) 用いたサンプルソースでは4倍拡張を行っていないため,若干だが,円状畳み込みによるエイリアシングが発生している.WFLでも4倍拡張を行わないと同じ結果になる.

院生T君もいよいよ卒業で残すとこ後一か月である.彼の「作品」であるCuda WaveField Lib(CWFL)やWaveField Graphics Lib(WFGL)をこのサイトにアップロードする前に,やはりまずは自分のコンピュータに入れて試してみる必要がある.卒論・修論の大騒ぎのシーズンも終わったので,あわてて,これらのライブラリを自分のPCにインストールすることにした.

第1日目

GPUの取り付け(交換)

これはGTX-280(古い方).新しいGTX-580はぼぼ同じサイズだが,残念なことにわずかに厚い.まずは,GPUそのものをインストールする必要がある.昔むかし,そもそもT君が研究室に来る前に自分でGPUを試していた頃,GTX280なる当時最先端のGPUをPCに入れてある.しかし,CWFLはComputeCapability2.0を要求する仕様となっているので,これではダメ.最新のGTX580に入れ替えることにする.

GPU,特に高性能のGPUは,電力を大食いする.しかし幸い,GTX280を入れた時に電源を大型のものに換装してあるので,その点は大丈夫のハズである.しかし・・・,入れようとしたGTX580は,わずかだがGTX280よりデカい! なんとHDDと干渉してうまくPCI-Eに刺さらないではないか.泣く泣く,HDDの場所を入れ替えることにする.しかも,RAID1でペアとなっている別のHDDとのケーブルの関係上,一つのHDDの場所替えではダメで二つ変える必要がある.PCの中身をちょこっといじるだけのつもりだったのが,作業が大掛かりになってしまった.念のため行ったHDDのバックアップに時間がかかったため帰宅が深夜に(涙).

第2日目

CWFLのインストール

いろいろと他に仕事があり,なかなか続きができなかった(大学の教員はなかなか忙しいのです).まず何はともあれ,研究室のサーバーにあるCWFLのセットアップを起動.インストールは問題なく進んだが,あれ,マニュアルはインストーラに入ってないのだな.これは改良が必要かも.

CUDA関係のいろいろをインストール

CWFL自体がライブラリであるが,下請けのCUDAライブラリを呼び出すので,使用するためにはCUDAライブラリもインストールする必要がある.まずは,CUDAのサイト(http://developer.nvidia.com/)に行く.Toolsメニューから「CUDA Toolkit & SDK」というページに移動.今回,CUDA Toolkit 4.1のWindows 64bitというのをダウンロードした.Windowsが,「ダウンロード数が少なくて危険」とのたまうが無視.いきなりmsiファイルなので,これを実行.インストールの種類を「Typcal」,「Custom」,「Complete」の3種類から選ばなければならないが,とりあえず,Completeを選択.

 T君のマニュアルではGPU Computering SDKも必要とあるので,続いてこれをダウンロード&インストール.こちらのインストールにはやたら長い時間がかかった.CUDAのサイトにはさらにDeveloper Driversというのが置いてあるが,これが必要とはマニュアルには書いていない.しかし,一応念のため,ダウンロードしておいた.なお,CWFLはWFLと協調して動作するため,WFL3以上を事前にインストールしておくことは当然必要である.

インストールポイントを調べてみると,CUDA Toolkitは「\Program Files\NVIDIA GPU Computing Toolkit」に,CUDA Computing SDKは「\ProgramData\NVIDIA Corporation\NVIDIA GPU Computing SDK 4.1」となっており異なった場所にインストールされている.しかし,ダイナミックリンクライブラリの呼出しに必要なPATHの設定はToolkitのインストーラが自動的にやっていてくれているので簡単であった.

CWFLを用いたプログラムをコンパイルするためにはCUDAのランタイムAPI等のヘッダファイルが必要であるが,そのディレクトリを設定しないと,そのままではVisual Studioから呼び出せない.そこで,Visual Studioの「ツール>オプション>プロジェクトおよびソリューション>VC++ディレクトリ」から,インクルードディレクトリを設定する.今回のインストールでは,

  1. C:\Program Files\NVIDIA GPU Computing Toolkit\CUDA\v4.1\include
  2. C:\ProgramData\NVIDIA Corporation\NVIDIA GPU Computing SDK 4.1\CUDALibraries\common\inc

の二つのインクルードディレクトリの設定が必要であった.この辺りはかなり煩雑である.Nvidiaもインクルードディレクトリぐらい統一しておいてくれたら好いのに・・・とぼやく.

ここまでで,CWFLのサンプルソースのコンパイルは通るようになった.しかし,実行すると,「dllが呼び出せない」エラーが出る.あれれ,必要なPATHはCUDAのインストーラが設定してくれたのじゃないの??とまたぼやく.やはり,Developer Driversが必要なのかと考え,先ほどダウンロードしておいたファイルを実行してインストール.が,しかし,やはりダメである.必要なDLLが呼び出せない.

とりあえず,ここで一旦ギブアップ.

「CGH(Computer-Generated Hologram)」はこの分野ではおなじみの言葉で,広く使われている.これは直訳すれば「コンピュータで発生したホログラム」である.ローマンが創作した用語であるが,3次元立体画像というよりも,どちらかというとホログラムの波面変換機能を用いた光学素子を指す用語として用いられてきた経緯がある.

そこで(というわけでもないが),立体画像あるいはディスプレイ用途のホログラムを計算機で作成する技術を指す言葉として,コンピュータグラフィックスに対応させ,コンピュータホログラフィという用語を提案している.このアイデアはすでにHodic Circular誌や光アライアンス誌,SPIE Newsroom,あるいは先日のIWH2011等で発表させていただいている.ここでは,IWH2011の発表資料に基づいて少しまとめておきたい.

コンピュータホログラフィは,CGHにとって代わる用語ではなく,CGHの立体画像という側面を強調した言葉であり,CGHを拡張あるいは明確化した概念と考えていただきたい.

 ComputerHolo1.png

上図はコンピュータホログラフィの概念をあらわしている.コンピュータホログラフィは,ポリゴンメッシュ等の数値モデルであらわされる3次元物体,写真・イラスト等の2次元のデジタル画像,さらにはデジタルホログラフィ技術でキャプチャされた実物体光波多視点画像などの素材を3Dシーン中に配置してホログラムを作成する技術である.下図にその3Dシーンの概念をあらわす.

 ComputerHolo2.png

コンピュータホログラフィの個々の素材データの光波は,数値合成あるいはキャプチャされ,光波ベースでデジタル編集されて3Dシーンを構成する.コンピュータホログラフィでは,最終的にシーン全体からの光波を計算して適当な参照光と数値的に干渉させることにより干渉縞パターンを求め,CGHとしてそれをホログラム化する.

このように作成されるコンピュータホログラムは,10億画素を超えるような十分なディスプレイ解像度で表示されると,古典的なホログラムに匹敵するような深い奥行き感を示す美しい空間像を再生することができる.基本的にはその干渉縞はデジタル画像データであるので,デジタルメディアにより蓄積,伝送などが可能である.

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