Correlation between perception of color, shadows, and surface textures and the realism of a scene in virtual reality

Abstract

Las Head-Up Displays nos permiten vivir experiencias inmersivas en la realidad virtual y se espera que estén presentes en cada vez más aplicaciones, tanto en campos recreativos como profesionales. En este contexto, los últimos años han presenciado avances significativos en las técnicas de renderizado que siguen modelos físicos de iluminación y sombreado.

El objetivo de este documento es verificar la fidelidad de la apariencia visual de objetos reales capturados mediante un escáner 3D, renderizados en una computadora personal y mostrados en un dispositivo de realidad virtual. Hemos comparado el renderizado directo versus el diferido en tiempo real utilizando dos iluminaciones diferentes y cinco réplicas de obras de arte. La encuesta contiene siete ítems para cada obra de arte (color, sombreado, textura, definición, geometría, aberración cromática y pixelación) y un ítem adicional relacionado con el realismo global.

Los resultados confirman los avances recientes en la realidad virtual, mostrando una considerable fidelidad visual de las imágenes generadas respecto a las del mundo real, con una tasa cercana a 4 en una escala perceptiva de 5 pasos. También muestran una alta correlación de la sensación de realismo con la fidelidad de la reproducción del color, la textura del material y la definición de las réplicas de las obras de arte. Además, se encuentran diferencias estadísticamente significativas entre los dos modos de renderizado, con un valor más alto de sensación de realismo en el modo de renderizado diferido.

Head-mounted displays allow us to go through immersive experiences in virtual reality and are expected to be present in more and more applications in both recreational and professional fields. In this context, recent years have witnessed significant advances in rendering techniques following physical models of lighting and shading. The aim of this paper is to check the fidelity of the visual appearance of real objects captured through a 3D scanner, rendered in a personal computer and displayed in a virtual reality device. We have compared forward versus deferred rendering in real-time computing using two different illuminations and five artwork replicas. The survey contains seven items for each artwork (color, shading, texture, definition, geometry, chromatic aberration, and pixelation) and an extra item related to the global realism. The results confirm recent advances in virtual reality, showing considerable visual fidelity of generated to real-world images, with a rate close to 4 in a 5-step perceptive scale. They also show a high correlation of the realism sensation with the fidelity of color reproduction, material texture, and definition of the artwork replicas. Moreover, statistically significant differences between two rendering modes are found, with a higher value of realism sensation in the deferred rendering mode.