类型a
主要作者与机构及发表信息
本研究的主要作者包括Killian Duay（东京工业大学信息与通信工程系）、Yoko Mizokami（千叶大学成像科学系）和Takehiro Nagai（东京工业大学信息与通信工程系）。该研究于2025年2月3日发表在《Journal of Vision》第25卷第2期。
学术背景
本研究属于虚拟现实（Virtual Reality, VR）和色彩科学领域，特别是VR头戴式显示器（Head-Mounted Display, HMD）的色彩校准问题。VR技术因其能够突破传统实验中物理条件的限制而被广泛应用于视觉科学研究。然而，HMD的色彩校准面临诸多挑战，例如硬件测量困难、软件渲染管线复杂等。这些问题导致标准校准方法难以实施。近年来，一些研究提出了通过禁用色调映射（tone mapping）或使用无光照材质（unlit materials）来实现校准的解决方案，但这些方法存在局限性，如场景不真实或无法适应复杂实验需求。因此，本研究旨在提出一种新的校准方法，克服现有技术的不足，同时利用Three.js这一新型VR引擎，为研究人员提供更多选择。
研究流程
本研究包含三个主要实验设置，分别用于验证全局启用色调映射、局部禁用色调映射（选项B）以及全局禁用色调映射（选项A）的效果。
全局启用色调映射
在此设置中，色调映射对整个场景和目标对象均启用。研究使用HTC Vive Pro Eye作为示例设备，通过光谱辐射计（Topcon SR-5000 HM）测量RGB反射率与亮度输出的关系。实验包括以下步骤：
局部禁用色调映射（选项B）
在此设置中，色调映射对整个场景启用，但对目标对象禁用。研究测量了HTC Vive Pro Eye、Meta Quest Pro和Meta Quest 3三种HMD的性能。实验步骤与上述类似，但增加了对不同镜头区域的色差分析。
全局禁用色调映射（选项A）
在此设置中，色调映射对整个场景和目标对象均禁用。研究仅进行验证过程，使用选项B的校准数据预测测量值并计算验证分数。
实验涉及的关键技术和算法包括：
- Three.js引擎：基于WebGL开发，支持实时渲染高图形质量的VR体验；
- 模块化色调映射：通过简单代码实现对特定对象的色调映射控制；
- 校准模型：基于线性插值构建查找表，并通过XYZ三刺激值与RGB反射率之间的关系进行校准。
主要结果
1. 全局启用色调映射的结果
实验显示，全局启用色调映射导致亮度线性关系较差、亮度可加性不足、通道恒定性不稳定以及色度恒定性不佳。验证分数（ΔE00）高达11.482，表明颜色预测与测量之间存在显著差异。这说明全局启用色调映射会破坏标准校准所需的条件。
局部禁用色调映射（选项B）的结果
选项B的校准结果显示，HTC Vive Pro Eye表现优异，验证分数为0.889，低于人眼感知差异的单位阈值（1.0），表明校准成功。Meta Quest Pro表现良好（ΔE00=3.039），而Meta Quest 3表现较差（ΔE00=5.675）。此外，镜头中心区域的校准效果优于边缘区域，尤其是Meta Quest Pro和Meta Quest 3的边缘区域色差显著增加。
全局禁用色调映射（选项A）的结果
选项A的校准结果与选项B相似，HTC Vive Pro Eye仍表现出色（ΔE00=0.905），Meta Quest Pro表现一般（ΔE00=3.102），Meta Quest 3表现最差（ΔE00=5.684）。这表明两种选项在校准目标对象时效果相近。
结论与意义
本研究提出了一种灵活且高效的HMD色彩校准方法，克服了现有技术的局限性。通过模块化色调映射，该方法能够在保持场景自然感的同时精确控制目标对象的颜色。此外，使用Three.js引擎为研究人员提供了更多选择，并简化了实验设置。研究结果表明，HTC Vive Pro Eye在色彩校准和再现方面表现最佳，Meta Quest Pro次之，而Meta Quest 3不适合需要精确颜色控制的实验。
研究亮点
1. 提出了模块化色调映射的概念，允许对特定对象禁用色调映射；
2. 使用Three.js引擎实现校准，为VR研究引入新工具；
3. 对比分析了三种HMD的性能，揭示了设备间的显著差异；
4. 强调了镜头中心与边缘区域在校准效果上的差异，为实验设计提供了重要参考。
其他有价值内容
本研究还探讨了Three.js相较于Unity和Unreal Engine的优势，包括透明性、便携性和易用性。此外，研究提供了完整的源代码，便于其他研究人员复现和应用该方法。这些贡献不仅推动了VR色彩校准技术的发展，也为视觉科学研究提供了新思路。