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No.019:北海道大学 大学院 情報科学研究院 情報メディア環境学研究室

No.019:北海道大学 大学院 情報科学研究院 情報メディア環境学研究室

本連載では、アカデミックの世界に属してCG・映像関連の研究に携わる人々の姿をインダストリーの世界に属する人々に紹介していく。第19回では、高速化や逆問題といったCG全般の応用研究を推進し、映像制作の支援ツール開発を目指す北海道大学 大学院 情報科学研究院 情報メディア環境学研究室の土橋宜典教授に自身の研究室について語っていただいた。

※本記事は月刊『CGWORLD + digital video』vol. 259(2020年3月号)掲載の「ACADEMIC meets INDUSTRY 北海道大学 大学院 情報科学研究院 情報メディア環境学研究室」を再編集したものです。

TEXT_土橋宜典 / Yoshinori Dobashi
EDIT_尾形美幸 / Miyuki Ogata(CGWORLD)
取材協力_芸術科学会


中前栄八郎先生・西田友是先生の研究室でCGを基礎から勉強

北海道大学の土橋宜典と申します。この度は、縁あって本記事を執筆させていただくこととなりました。よろしくお願いします。

  • 土橋宜典
    北海道大学 大学院 情報科学研究院 教授
    工学博士
    専門分野:フォトリアリスティックレンダリング、リアルタイムレンダリング、流体シミュレーションとその応用、サウンドシミュレーション、デジタルファブリケーション
    ime.ist.hokudai.ac.jp


▲研究紹介映像/2018年制作(再生時にBGMがながれます)


私が初めて本格的な3次元CGに出会ったのは卒業研究を控えた学生のための研究室紹介のときでした。とある研究室の先生が1枚のCG画像をスクリーンに投影なされました。実写にしか見えないその画像が実写ではなく、計算機でつくられた現実には存在しない風景の画像であると知ったときの衝撃は大変なもので、即座にその研究室への配属を希望したのです。その研究室が、世界的に有名な中前栄八郎先生・西田友是先生の研究室とはまったく知りませんでした。

配属された研究室では、CGについて基礎から勉強することができました。中前先生・西田先生は、ラジオシティ法を世界に先駆けて開発するなど、当時すでに顕著な業績を上げていました[1]。偶然とはいえ、そのような研究室に所属できたのは幸運だったと思います。研究室では、卒業研究として水面のレンダリングに関する研究を行いました。その研究を進めるにあたり、西田先生が開発され、SIGGRAPHなどで発表された論文の計算例の作成に使われたプログラムを利用させていただき、CGを教科書からだけではなく、プログラムからも学んでいくことができました。当時のプログラムはFortran言語で記述されていましたが、その後、私はそれをC++に書き換えてライブラリ化し、今現在も私の研究室で活用しています。

[1]T. Nishita, E. Nakamae, "Continuous Tone Representation of Three-Dimensional Objects Taking Account of Shadows and Interreflection," Computer Graphics, Vol. 19, No. 3, 1985-7, pp. 23-30


さて、その後、私は大学院へ進学して博士号を取得し、広島市立大学に助手として就職しました。配属されたのは制御工学の研究室でしたが、上司の先生のご厚意で、CG研究を継続することができました。ただし、学生実験では、制御に関する実験を担当しなければなりませんでした。しかし、このときに勉強したPID制御という手法が後述する雲のシミュレーションの研究に活用できたのですから面白いものです。その後、2000年に北海道へと場所を変え、現在にいたっています。

研究分野はCG全般で、特に、フォトリアリスティックレンダリング、リアルタイムレンダリング、流体シミュレーションとその応用、サウンドシミュレーション、デジタルファブリケーションなどの研究を行なってきました。学会活動は画像電子学会情報処理学会が中心で、現在は情報処理学会CGVI研究会の主査も担当しています。

3次元空間の情報を自由に操作し、簡単にCG映像を作成するしくみを研究

北海道大学のメインキャンパスは札幌駅から徒歩数分の距離にあり非常に便利ですが、冬場は積雪が多いのが難点です。道路の両脇に1mほどの雪が積み上がっているのも珍しいことではありません。私は大学院 情報科学研究院・メディアネットワークコースに所属しています。本コースには、画像や音声、CGなどのいわゆるマルチメディア関連と、光ファイバーや5Gなどの通信関連の研究室が集まっています。各学年30名前後の学生が在籍しており、8つの研究室に分かれて研究を行なっています。

私はその中の情報メディア環境学研究室に所属しています。本研究室は山本 強先生が2000年に起ち上げたもので、私はまさにその年に本学に異動しました。その後、山本先生は退官され、現在は私が切り盛りしています。山本先生はCG業界だけでなく産業界でも有名な方で、まだ誰もCGを知らなかった頃にCGの教科書[2]を執筆されており、その教科書で勉強された方も多いようです。現在は本学内に新たにITプロトタイプラボという別の研究室を起ち上げており、私も兼任しています。

[2]山本 強, "The 3 Dimensional Computer Graphics -パソコンによる3次元CGの実際," CQ出版, 1983


さて、本研究室には、学生は3年次の後期に配属され、4年次に卒業研究を行なった後、そのほとんどが修士課程へと進学します。博士課程に進学する学生は残念ながら多くはありません。学部から修士までは、各学年4名ほど在籍しています。現在、博士の学生は留学生1名のみです。スタッフは、私のほかに音声処理を専門とする助教の青木直史先生と秘書1名です。本研究室では、CG、画像・動画像、大量データの可視化、音声など幅広い分野の研究を行なっています。本記事ではCGを中心に紹介します。

近年、CGは飛躍的に発展し、エンターテインメント分野の映像制作をはじめ、社会の様々な場面で活用されています。しかし、3DCGのような3次元情報の操作は簡単ではなく、形状・カメラ・照明・材質などに関する膨大なパラメータを人間が用意しなくてはなりません。さらに物理法則に基づいた精密な映像を作成するためには、長い計算時間がかかります。そのため、映像制作のような創作活動を支援する技術として、簡単に使いこなすことはできないのが現状です。

本研究室では、3次元空間の情報を自由に操作し、簡単にCG映像を作成するしくみを研究しています。具体的には、1. 物理ベースビジュアルシミュレーションとそのコントロール、2. 効率的でリアルな輝度計算と編集、3. 物理シミュレーションに基づく効果音の生成、4. デジタルファブリケーションなどの研究に取り組んでおり、物理方程式をベースにした流体シミュレーション技術の研究開発には特に力を入れています。流体シミュレーションはCGに限らず流体力学の分野でも使われており、この分野ではより現実に即した厳密なシミュレーションが求められます。一方、CGの場合はどちらかというと映像表現が主なターゲットになるので、アートやクリエイティブな現場での映像制作を支援するツールの開発を目指しています。

他大学や企業との共同研究も積極的に推進しています。国内では、東京大学、九州大学、和歌山大学、静岡大学、芝浦工業大学、富山大学などの諸先生方やドワンゴ、プロメテック・ソフトウェア、OLMデジタルの企業の研究者の方々と共同研究を行なっています。プロメテック・ソフトウェアにはプロメテックCGリサーチ研究所が設立されており、私は副研究所長を務めています。和歌山大学の岩崎 慶先生と富山大学の佐藤周平先生とは、特に密に共同研究を行なっています。岩崎先生は前述の西田先生が東京大学在籍時の研究室で博士号を取得しており、学生当時から共同研究を行なっています。また、佐藤先生は本研究室にて博士号を取得しており、私が指導教官でした。海外でも、スタンフォード大学やカルフォルニア大学デービス校、ノーザンブリア大学、ピクサー・アニメーション・スタジオの研究者の方々との共同研究を行なってきました。

学生の就職先は、残念ながら、ほとんどが有名メーカーや通信系の企業で、ゲーム会社や映像プロダクションへの就職を目指す学生はほとんどいません。都心部とちがって北海道では、なかなかそういった現場を見る機会がなく、情報不足な面もあるのかもしれません。しかし、せっかくCGを勉強したのですから、その知識と技術を活かせるよう積極的に映像産業とのつながりを強くしていきたいと考えています。


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興味の中心は、逆問題などの応用研究