Step 8(基準設計のキャリブレーション)で対象とする MiniTIAS 実機の物理構成を定義する. 本ドキュメントは実機写真(REFERENCE/)と Fusion 360 設計データから読み取った構成を、シミュレーション側でどう表現するかの 認識合わせ を残すためのものである.
仕様確定前の暫定値(材料パラメータ・LED 強度等)はキャリブレーション反復で更新する.
実体は configs/scene_baseline.yaml.
| 面 | 法線 | Z 座標 | 構造 | 役割 |
|---|---|---|---|---|
| 表面(外側) | +Z 法線 | Z=-2.5〜+12.5(凹凸) | 楕円窓 + AR マーカー + カラーチャート | 撮影された画像で見える側.スマホで写真を撮るときに映る面 |
| 裏面(内側) | -Z 法線 | Z=-4.5(平面) | 平坦な取付面 | 照度均一性の評価対象面.LED 光がこの面に均一に届くことが MiniTIAS の設計目的 |
評価対象は内側(平坦面、-Z 法線面)の照度分布.照明ムラ評価とは「この面に届く光が空間的に均一かどうか」を測ること.
実機搭載 LED は LED Paradise「Ra98 SunLightLED 2835 チップ LED 4000K」(型番 LP-2835D90VW) に確定(商品ページ).以下は同商品ページから取得した規格値で、駆動条件は 規格通り 60 mA フル駆動 を前提とする.
| 項目 | 値 | 根拠 |
|---|---|---|
| 型番 | LP-2835D90VW | LED Paradise 商品ページ |
| パッケージ | SMD 2835 | 同上、REFERENCE/smd2835_datasheets.png |
| サイズ(外形) | 2.8 × 3.5 mm | 2835 命名規則どおり(現 YAML の size と一致) |
| 色温度 | 3800–4250 K(公称 4000 K) | LED Paradise |
| 演色性 Ra | 98(太陽光近似スペクトル) | 同上 |
| 順方向電圧 Vf | 3.1 V (typ) | 同上 |
| 順方向電流 If | 60 mA (max) | 同上.実機は規格通り 60 mA で運用する前提 |
| 全光束 Φv | 16–19 lm @ 60 mA(中央値 17.5 lm) | 同上 |
| 電気入力電力 | Vf × If ≈ 186 mW | 上記から算出 |
| 配光角(ビーム角) | 120°(半値全幅、Lambertian と数学的に整合) | 同上 |
| 詳細配光プロファイル(IES) | 未提供 | LED Paradise 商品ページにデータシート PDF 掲載なし |
| 分光分布(SPD) | グラフ未提供(4000K Ra98 と説明のみ) | 同上 |
※ Ra98 は太陽光のスペクトルに広帯域で近づけた高 CRI 品.本シミュは現状 RGB variant・無彩色等価で運用しており luma 指標には影響しないが、将来のスペクトル化(spectral variant)時に再評価する.
scene_baseline.yaml の radiance = 2807.247 W/(m²·sr) は実測 PNG mean=146.71 への線形アンカーで決まった校正値であり、規格値からの導出ではない.LED 物性が確定したので、規格値だけから radiance を独立に計算して校正値と並べる:
| ステップ | 値 | 備考 |
|---|---|---|
| 全光束 Φv(@60 mA、typ 中央値) | 17.5 lm | 16–19 lm の中央値 |
| LER(4000K 高 CRI 白色 LED の典型値) | ≈ 280 lm/W | 5000K で ~300、3000K で ~260、Ra98 で V(λ) ピーク外帯を多く含むため低め |
| 放射束 Φe = Φv / LER | 0.0625 W | 1 LED あたり |
| 発光面積 A | 9.8 × 10⁻⁶ m² | 2.8 × 3.5 mm |
| 半球 Lambertian 積分: Φe = L · A · π | ||
| 規格推定 radiance | L ≈ 2030 W/(m²·sr) | 駆動電流 60 mA・LER 280 lm/W・面光源 2835 想定 |
| 現状校正値(mean アンカー) | 2807 W/(m²·sr) | configs/scene_baseline.yaml:65 |
| 比 | 2807 / 2030 ≈ 1.38× |
サニティチェックとして電気→光のウォールプラグ効率を計算すると Φe / P = 0.0625 / 0.186 ≈ 33.6%(実用 LED として妥当範囲、Cree 等の高効率品で 40%・廉価品で 25–30%).規格→radiance の換算は物理的に整合しており、桁・係数とも合っている.
校正値が規格推定より 1.38× 高い差分は、間接照明設計(LED は評価板から見て反対側を向いており、評価板輝度は 反射率の累積積を経由した経路でしか決まらない、後述)の下で LED 単体側ではなく反射率累積側で説明可能:
→ 校正値 2807 と規格推定 2030 の差は反射率 0.85→0.89 で説明可能.現状の暫定 0.85 はやや低めに見積もっていた可能性がある.
LED の絶対 radiance は 線形ゲインなので CoV / 勾配 / C/P など無次元の形状指標には不変.したがって規格値 2030 への置換は形状指標残差(実測との 1.6–1.9× 差)を解消しない.本ドキュメントの「radiance を規格推定値で記録する」と「形状指標の残差を詰める」は 独立な作業であり、前者は物理妥当性の担保・後者は ISP モデル化(既知差分 #6 LSC)が本筋.
direction ベクトルが示す向き側.裏面は完全に発光しない)direction は z 軸マイナス方向 (0, 0, -1) で全 18 個共通.意図的な間接照明設計:LED 直接光は評価板に届かず、白筐体内壁の多重反射経由でのみ評価板を照らす.これにより評価板輝度は LED radiance と反射率累積の積で決まり、絶対値(mean)と相対分布(CoV/勾配/C/P)の感度は別物になるradiance は現状 2807.247 W/(m²·sr)(実測 mean=146.71 への線形アンカー校正値).規格値からの独立推定は ≈ 2030 W/(m²·sr)(前項参照).差 1.38× は反射率 0.85→0.89 で説明可能で物理範囲内
Φ [W] = radiance × area × π(Lambertian 半球積分)2.8 × 3.5 = 9.8 mm² = 9.8e-6 m²scripts/extract_led_positions_from_stl.py の SpotLight クラスを用いて,LED の配光をデータシート FWHM 120° に従う Mitsuba spot emitter で表現する試行を実施.configs/scene_baseline_spot.yaml に 18 LED 分の spot 設定を並列保持.
| 項目 | 設定 |
|---|---|
| type | spot |
cutoff_angle | 90°(半球内のみ発光) |
beam_width | 30°(中央フラット領域) |
| 半値 (FWHM) | (90 + 30) / 2 = 60° → 配光角 120° と一致 |
intensity (I_0) | 0.026784 W/sr(flux Φ=0.0864 W/LED を保存する数値積分から) |
結果: X 方向の対称性が部分改善(目視).数値指標は微悪化.Y 方向の中央ピークは LSC が必要.詳細は TEST_01 Step 8-10.LSC モデル化との組み合わせで本格採用可否を判断する.
Step 8-10 の spot を データシート規格値 + 同等品配光プロファイル で更に詰めた版を configs/scene_baseline_datasheet.yaml に並列保持.
| 項目 | 設定 | 出典 |
|---|---|---|
| LED type | spot | Step 8-10 から踏襲 |
cutoff_angle | 85° | 同等品 SMD 2835 の典型配光 cos^1.2 を表現 |
beam_width | 26.72° | 同上.半値 55.86° (FWHM 111.72°) |
| I_0 | 0.021951 W/sr | 規格 Φv=17.5 lm / LER 280 lm/W = 0.0625 W,配光積分 K=2.847 sr |
printer_white.reflectance | 0.89 | Step 8-6 で導出した規格 radiance との物理整合点 |
結果: Step 8-10 と 8-9 の中間値(CoV 0.183, 勾配 26.79%, C/P 1.366).形は依然 Y 軸単調勾配.データシート従順度を上げても形は実機に近づかないことを確定.副次的に「規格値だけで mean を実機に合わせることはできず,校正値 (radiance=2807) には他のレバーの累積吸収が含まれる」が再確認された.詳細は TEST_01 Step 8-11.
実機の LED 基板は 前側のでっぱりの直角部分 に取り付けられている.3 基板を Z 軸まわりに ±90° 回転で配置:
| 基板 | LED 基板カバー中心 mm | LED 並び方向 | 個数 |
|---|---|---|---|
| 下(Y-) | (0, -70.25, -65.35) | X 軸 | 6 |
| 右(X+) | (+65.25, -14.97, -65.27) | Y 軸 | 6 |
| 左(X-) | (-65.26, -15.00, -65.27) | Y 軸 | 6 |
各基板上の LED 6 個は 3 個 + 中央ギャップ + 3 個 の配置(LED 同士 4.2 mm 間隔,中央 10.8 mm ギャップ).中央ギャップは電流制限抵抗 2 個分のスペースに対応(実機写真 REFERENCE/led_board_closeup.jpg で確認).total 18 個.
LED 18 個の正確な座標は Step 8-9 で Fusion 360 設計 (configs/meshes/SmTIASv3.stl) から抽出 し,scripts/extract_led_positions_from_stl.py 経由で configs/scene_baseline.yaml の lights セクションを更新済み.抽出値は configs/leds_extracted.yaml を参照.既知差分 #2 はこれで解消(TEST_01 Step 8-9).
評価板の 内側(平坦面)の照度マップを 2D 画像として直接取得 するため、orthographic(平行投影)センサを使う.
| 項目 | 値 | 意図 |
|---|---|---|
type | orthographic | パースペクティブ歪みを排除し、評価板の各位置の輝度を pixel と 1 対 1 対応させる |
position | (0, 0, -50) mm | 評価板の裏面(Z=-4.5)より少し離れ、かつ LED 基板(Z=-65.3)より評価板側.ray の経路に LED が入らない位置 |
target | (0, 0, 0) mm | 評価板の方向(+Z)を見る |
ortho_scale | (50, 52) mm | 評価板の bbox(X=99, Y=102 mm)に余裕を持たせた半幅 |
カメラ位置が評価板に近すぎる(Z=-10 等)と Mitsuba の orthographic の near_clip 内に入って何も映らないので注意.
orthographic 投影の向きは scene/sensors.py の look_at(position, target, up) @ scale(sx, sy, 1) で一意に決まる.3D ビューア投影機能(visualize/projection.py)の実装時に output/baseline/luminance.npy で実測検証した結果、baseline センサ設定での対応は:
clip_x = world_x / sx_m, clip_y = world_y / sy_m、画像行 row = (1 - clip_y) / 2 · H注意: セッション中に「画像左=物理 X+」と表現されたことがあるが X 軸が逆(正しくは画像右=X+).権威ある定義は sensors.py(look_at@scale)であり、projection.py の投影テストで担保されている.※ これはシミュ orthographic カメラの向き.Step 8 の実測 PNG ROI 物理対応で適用した「X 反転+Y 反転」は別カメラ(スマホ実機)の話で混同しないこと.
Mitsuba 3 の path tracer(モンテカルロ光線追跡)を使用し、多重反射(インターリフレクション)まで含めて計算する.
| 項目 | 値 | 意味 |
|---|---|---|
integrator | path | 多重反射を考慮した path tracing.LED → 内壁 → 評価板 のような間接照明経路もすべて積分する |
max_depth | 16 | ray の最大反射回数.Step 8-14 候補 α 前半 (2026-06-03) で d=16 に更新.5 値スイープ {8,12,16,20,28} の結果 d=16 で形状指標 4 つすべてが実用的に収束(d=16→28 で CoV 改善は 1.3% のみで MC ノイズ同等).理論累積 92.6%.d=8 時代に比べて勾配を 24.01→20.59% に改善.既知差分 #6 解消(TEST_01 § Step 8-14 候補 α 前半 参照) |
spp | 1024 | pixel あたりサンプル数.大きいほどノイズ減・計算重.spp 校正済み(下記「キャリブレーション経過」参照).llvm_ad_rgb・512×512 で 1 レンダ約 9.6 分 |
variant | llvm_ad_rgb | LLVM JIT による RGB レンダリング.LLVM-C.dll が PATH(または DRJIT_LIBLLVM_PATH)で参照可能なこと |
LED 光が評価板に届く経路は以下のすべてが計算される:
MiniTIAS は 白い筐体内壁の多重反射で照明を均一化 する設計のため、多重反射の正確な計算が CoV 値の再現に必須.
mode="direct"(直接照度のみ・後方互換)に加え mode="path"(scalar_rgb・完全シーン・コサイン重点 hemisphere MC による多重反射込み per-face 照度)を実装済み.3D ビューア(sm-visualize)の既定は全メッシュ path ベイク統一着色で、評価板も多重反射込みで色付く.ただし per-face ベイクはメッシュ境界の継ぎ目・粗メッシュのブロック感・低 samples の MC ノイズ・scalar_rgb の遅さ(高 samples は非現実的)という方式特性があり、評価面の精細な照度マップ評価は引き続き 2D の sm-render/sm-evaluate(path tracer)で行う(こちらが校正済みの定量結果).シーム解消には全メッシュ UV 統合のシームレスライトマップ基盤が必要(将来の別タスク).max_depth は --bake-max-depth(既定 16)で render 設定(max_depth: 16)から独立設定する.本ドキュメント記載の「depth=8 は均一化に効く後段多重反射を取りこぼし空間差を過大評価」の知見に基づき、3D ベイクは depth≥12 で内壁照度を物理どおり均一に近づける(2D の sm-render は Step 8-14 で d=16 へ更新済み、独立変更は不要).--cull-outward)**=法線がシーン外を向く「外向き面」を非描画にする.筐体の外向き面は空洞外=入射照度 ≈0 で、これを半透明描画すると暗殻の濁り・内壁との見かけ段差を生む(調査で判明:隣接内壁の照度自体は同一手法ベイクで ~1〜2 倍以内とほぼ均一.段差の主因は外向き ≈0 面の混在).カリングで内向き面のみ描画し、共有 clim も可視内向き面に密着させる.max_depth を超える反射は無視される.現状 d=16 では 0.85^16 ≈ 7.4% の最終 bounce 寄与で、理論累積の 92.6% を取り込み.d=16→28 (98.7%) の追加改善は CoV 1.3% で MC ノイズ同等のため d=16 で実用収束.参考: 過去 d=8 では 0.85^8 ≈ 27% 減衰で キャリブ実測で無視できなかった(depth=8→12 で勾配が linear 24.65→22.08 / sRGB 12.57→11.16).Step 8-14 候補 α 前半で d=8 → 16 へ更新.キャリブ用途は depth≥16 を使うこと.実機の筐体構造物(前側 / 後側 / LED 基板カバー / 評価板)は すべて同じ 3D プリンタ白素材(PLA / PETG / ABS の白フィラメント)で造形されている.スマホホルダのみ別素材.多重反射で照明を均一化する設計.
| 部品 | 材料定義名 | 材料モデル | reflectance | 備考 |
|---|---|---|---|---|
| 前側 / 後側(筐体) | printer_white | diffuse | 0.85 | 3D プリンタ白フィラメント(暫定値.実物の素材データシートで再校正) |
| LED 基板カバー 3 枚(下 / 右 / 左) | printer_white | diffuse | 0.85 | 同じ 3D プリンタ白素材.不透明な白プラの枠で LED の周囲を囲む構造.Step 8-9 で 1 枚(下基板用)から 3 枚構成(下/右/左の各基板用) に展開.meshes/LED基板カバー{下,右,左}.stl(configs/meshes/SmTIASv3.stl から scripts/extract_led_positions_from_stl.py --export-covers で抽出) |
| 評価板 | printer_white | diffuse | 0.85 | 3D プリンタ白.照度マップ上の輝度から照度への換算は E ≈ pixel × π / 0.85 |
| スマホホルダ | holder_dark | diffuse | 0.50 | 別素材(推定.要確認) |
| スマホ本体(SH-02M) | phone_body_dark | diffuse | 0.05 | 樹脂・金属の黒系 |
当初 thindielectric(半透明 PMMA)でディフューザーとしてモデル化していたが、実機は 3D プリンタ白素材(不透明)であることが判明したため diffuse 0.85 に変更した.これにより:
本シーンの評価方法論(ROI / OETF / メトリクス / 可視化),キャリブレーション目標と経過要約は SPEC_04_評価仕様 に集約した.以下を参照:
本書 (SPEC_03) は 物理構成(位置・材料・LED・カメラ・レンダ設定)と既知差分 に範囲を限定する.
以下は実機と一致する挙動として 意図的にそのままにしている 項目:
Step 8 進行中に把握した、実機との未解消の差分:
0.85 だが、実物のフィラメント(PLA / PETG / ABS のどれか)と分光反射率データで再校正が必要.configs/meshes/SmTIASv3.stl(Fusion 360 アセンブリ全体エクスポート)から 18 LED 位置を scripts/extract_led_positions_from_stl.py で抽出し,configs/scene_baseline.yaml の lights セクションを更新.主な変更: 下基板内 LED 配置を「等間隔 8.7mm」→「3+ギャップ+3 (4.2mm+10.8mm+4.2mm)」へ訂正.左右基板も実位置 X=±66.0, Y=-12 付近に修正.direction は (0,0,-1) で不変(実機写真の中央電流制限抵抗 2 個と整合).形状指標は ~1% 以内のほぼ不変(多重反射が支配的,LED 数 mm 誤差は ROI 上で平滑化).TEST_01 Step 8-9 参照.holder_dark (0.50).実物確認が必要.sm-evaluate に正規実装して解消(evaluation/oetf.py + EvaluationConfig.oetf、configs/eval_baseline.yaml で有効化).以降の比較は OETF 後ドメインで行う.※ 旧版でここを「主因は ISP レンズシェーディング」としていたのは OETF を抜かした誤り.configs/eval_baseline.yaml = pixel (24,37,464,450))、sm-evaluate は実測 PNG に対し MiniTias-Evaluation と小数点 14 桁レベルで一致を確認済み.評価ロジック起因の差はない.