Perceptual Model for Adaptive Local Shading and Refresh Rate (2021) 

### Perceptual Model for Adaptive Local Shading and Refresh Rate (Akshay, 2021) 

https://www.cl.cam.ac.uk/research/rainbow/projects/alsarr/


#### Q:この論文の概要を教えてください
#### A:
この論文は、制約のあるレンダリング予算下でアニメーションコンテンツの品質を最大化するための新しい手法を提案しています。提案された手法は、テクスチャコンテンツ、モーションベクトル、輝度、およびディスプレイ解像度を分析し、表示される画像の異なる領域にシェーディングレートを割り当てることで、変動レートシェーディング（VRS）による品質の低下を最小限に抑えます。また、VRSは、各16×16画像タイル内でのシェーディング計算の分布を細かく制御することで、計算リソースの効率的な利用を可能にし、表示のネイティブ解像度での可視性計算を維持しながら、品質を向上させます。

この手法は、画面空間イメージをVRSタイルに分割し、各タイルごとに異なるシェーディングレートを割り当てることで、与えられた予算制約内で品質を最大化することを目指しています。また、運動品質モデルを分析し、テクスチャコンテンツ、モーションベクトル、輝度、およびディスプレイ解像度などの要因を考慮することで、異なる領域に最適なシェーディングレートを決定します。

この論文は、制約のあるレンダリング予算下でアニメーションコンテンツの品質を最大化するための革新的な手法を提案し、VRSを活用してシェーディングリソースを効果的に配分することで、視覚的品質を向上させることを目的としています。


#### Q:この論文の主な貢献を3つ挙げてください

#### A:
この論文の主な貢献は以下の3つです：

**新しいアダプティブローカルシェーディングおよびリフレッシュレートの知見の提供**： この論文では、制約のあるレンダリング予算下でアニメーションコンテンツの品質を最大化するための新しい手法を提案しています。従来の研究では十分に研究されていなかったシェーディングレートや持続性などの要因を考慮し、VRSを活用してシェーディングリソースを効果的に配分することで、視覚的品質を向上させる新たな知見を提供しています。

**VRSの効果的な活用と品質最適化**： 論文では、VRSを用いて各16×16画像タイルごとに異なるシェーディングレートを割り当てることで、シェーディング計算の分布を細かく制御し、品質を最適化する手法を提案しています。このアプローチにより、計算リソースの効率的な利用と可視性計算の維持を実現し、制約のある予算下での品質向上を実現しています。

**人間の視覚システムに基づく最適化**： 論文では、人間の視覚システムの限界を考慮し、テクスチャコンテンツ、モーションダイナミクス、輝度などの要因を分析して、VRSを活用してシェーディングリソースを適切に配分することで、視覚的品質を最大化する最適化戦略を提供しています。このアプローチにより、異なる領域において最適なシェーディングレートを決定し、品質の均一性を確保しています。

これらの貢献により、本論文は制約のあるレンダリング予算下でのアニメーションコンテンツの品質向上に向けた新たなアプローチを提供し、VRSを活用した効果的なシェーディングリソースの配分により、視覚的品質の最適化を実現しています。


#### Q:この論文の研究内容の限界と今後の課題はなんですか

#### A:
この論文の研究内容の限界と今後の課題は以下のように考えられます：

**実世界への適用性の検証**： 現在の研究は、制約のあるレンダリング予算下でのアニメーションコンテンツの品質最適化に焦点を当てていますが、実世界の多様なアプリケーションや環境における適用性を検証する必要があります。さまざまなデバイスやコンテンツに対する提案手法の汎用性や効果を評価し、実用的なシナリオでの有効性を確認することが重要です。

**ユーザー主観評価の統合**： 本研究では、物理的な要因や視覚システムの特性に基づいてシェーディングリソースを配分する手法が提案されていますが、ユーザーの主観的な評価や好みを考慮した評価が不足しています。今後は、ユーザーの視覚体験や好みに基づいた主観評価を組み込み、提案手法の品質向上に対するユーザーの反応を評価する必要があります。

**リアルタイム性と計算コストの課題**： VRSを活用したシェーディングリソースの効率的な配分は、リアルタイムレンダリングにおいて重要ですが、計算コストや処理時間の観点から課題が残されています。今後の研究では、リアルタイム性を維持しつつ、計算コストを最適化する方法や効率的なアルゴリズムの開発が求められます。

**他の要因の考慮**： 本研究では、テクスチャコンテンツやモーションダイナミクスなどの要因に焦点を当てていますが、他の要因（例：照明条件、色彩表現、視野角など）が品質に与える影響も考慮する必要があります。今後の研究では、さらなる要因の分析や統合を通じて、より包括的な品質最適化手法の開発が重要です。

これらの課題を克服するために、将来の研究では実世界の応用に焦点を当て、ユーザー主観評価や計算コストの最適化、さらなる要因の考慮などに取り組むことが重要です。

#### Q:提案された方法は、どのようにして与えられたフレームに対するシェーディングバジェットの最適な配分を決定するのですか？

#### A:
提案手法は、異なるシェーディングレートに対応する帯域幅と品質をそれぞれ持つVRSタイルにスクリーン空間画像を分割することにより、与えられたフレームのシェーディングバジェットの最適な分布を決定する。本手法は、品質予測に基づいて各タイルのシェーディングレートを選択することで、制約のあるレンダリング予算の下で品質を最大化することを目的とし、同時に、すべてのタイルの帯域幅の合計がフレームあたりの最大許容帯域幅を超えないようにする。

これを達成するために、この方法は問題をナップザック問題として定式化し、与えられた予算制約の範囲内で、各タイルの品質を最大化するシェーディングレートを見つけることを目標とする。本手法は、各シェーディング率に対する品質予測と利用可能な予算を考慮しながら、効率的に最適解を近似するために貪欲なソルバーを使用する。

モーション品質モデルを分析し、テクスチャコンテンツ、モーションベクトル、ディスプレイ解像度などの要因を考慮することで、この方法は、可変レートシェーディング（VRS）による品質劣化を最小化するために、フレームの異なる領域にシェーディングレートをインテリジェントに割り当てます。

#### Q:フレームの異なる領域にシェーディング率を割り当てる際、この方法はどのような要素を考慮するのか？

#### A:
フレームの異なる領域にシェーディングレートを割り当てる際、提案手法は、可変レートシェーディング（VRS）による品質劣化を最小化し、制約のあるレンダリング予算の下でアニメーションコンテンツの全体的な品質を最大化するために、いくつかの要因を考慮する。これらの要素には以下が含まれます：

**テクスチャコンテンツ**： この方法はフレームのテクスチャコンテンツを分析し、VRSによるシェーディングアーティファクトの影響を受けやすい高周波テクスチャを特定します。高い頻度のテクスチャを持つ領域は、品質を維持するために、より高いシェーディングレートを割り当てることができます。

**モーションベクトル**： フレーム内のモーションベクトルを調査することにより、この方法はディスプレイのリフレッシュレート、シェーディング解像度、ディスプレイの持続性、および画像速度によって品質がどのように変化するかを予測します。この情報は、動きの特性に基づいて、さまざまな領域に最適なシェーディングレートを決定するのに役立ちます。

**輝度**： 輝度はVRSによって導入されるシェーディングアーチファクトの可視性に影響を与える可能性があるため、この方法はフレームの異なる領域における輝度レベルを考慮に入れます。輝度の変化に基づいてシェーディングレートを調整することで、全体的な品質を向上させることができます。

**角度ディスプレイ解像度**： 角度ディスプレイの解像度を考慮することは、フレーム全体のシェーディングバジェットの最適な配分を決定するのに役立ち、異なる領域間で一貫して品質が維持されるようにします。

これらの要因を分析し、コントラスト感度の心理物理学的モデルから導き出されたジャダー、エイリアシング、およびブラーのコンテンツ適応メトリックを利用することにより、この方法は、限られたレンダリングバジェットの下で品質を最適化するために、フレームの異なる領域にシェーディングレートをインテリジェントに割り当てます。


#### Q:バリアブル・レート・シェーディング（VRS）は、限られたレンダリング予算の中でアニメーションコンテンツの品質を向上させる上で、どのような役割を果たしているのでしょうか？

#### A:

バリアブル・レート・シェーディング(VRS)は、各16x16画像タイル内のシェーディング計算の分布に対する細かい制御を提供することによって、限られたレンダリング予算の下でアニメーションコンテンツの品質を向上させる上で重要な役割を果たします。この機能により、ネイティブ解像度で可視性計算を維持しながら、計算リソースをより効率的に利用することができます。

以下は、VRSがレンダリング予算に制約のあるアニメーションコンテンツの品質を向上させるいくつかの方法です：

**柔軟なシェーディング解像度**： VRSは、シェーディング計算と可視性計算を切り離し、オブジェクトの可視性を維持しながら、より低い解像度でシェーディング計算を実行できるようにします。この柔軟性により、シェーディングリソースをより効率的に割り当てることができ、パフォーマンスと品質の向上につながります。

**きめ細かい制御**： 特定の要件に合わせてシェーディングワークロードを最適化する以前の技術とは異なり、VRSは、ピクセルの各16x16タイルが異なるシェーディングレートを持つことを可能にすることにより、はるかにきめ細かい制御を提供します。この制御レベルにより、品質向上が最も必要とされる領域へのシェーディングリソースのターゲット割り当てが可能になります。

**アーティファクトの削減**： フル解像度でラスタライズし、低解像度でシェーディングすることで、VRSはアーティファクトを最小限に抑えながらピクセルシェーディングの負荷を軽減します。この技術により、オブジェクトのエッジと可視性が維持され、限られたレンダリング予算の下でも高品質なビジュアル体験が保証されます。

**クオリティの最適化**： VRSは、フォーベーション、シーンコンテンツ、モーション特性などの要因に基づいてシェーディングバジェットをインテリジェントに分配することにより、人間の視覚システムの限界を活用します。この最適化戦略は、利用可能なシェーディングリソースが与えられた制約の中で知覚品質を最大化する方法で割り当てられることを保証します。

要約すると、VRSはレンダリングシステムがコンテンツ特性、モーションダイナミクス、およびディスプレイ特性に基づいて適応的にシェーディングレートを調整する力を与え、最終的に、限られたレンダリングバジェットの下で動作している場合でも、アニメーションコンテンツの品質向上につながる。


### 所感
テクスチャ、モーションベクトルなどCGの文脈でperceptionを考慮する場合に必要そうな項目が包括的に用いられている．これは自分で読む必要あり．