柄癖可視化装置、柄癖可視化方法、及びプログラム
【課題】 表面に凹凸模様を有する媒体の柄癖を、画像にて確認可能な柄癖可視化装置、意匠確認方法、及びプログラムを提供する。
【解決手段】 柄癖可視化装置１において、制御部３は、入力されたハイトフィールドに対して、操作者により設定されるか、或いは予め定められた一つまたは複数の角度方向に視点及び光源により生じる陰影及びオクルージョンを画素毎に判定する。陰影及びオクルージョンとなる画素については輝度値を例えば０とする。陰影及びオクルージョンがない画素については、注目画素の周囲の画素からの影響を考慮して、光源からの拡散反射、鏡面反射の各成分を足し合わせた輝度値を算出する。更に制御部３は、算出された各画素の輝度値を、例えば濃淡情報や色相情報等として表した画像を出力する。この結果、陰影及びオクルージョンを考慮し、柄癖を正確に表した画像を生成できる。
【解決手段】 柄癖可視化装置１において、制御部３は、入力されたハイトフィールドに対して、操作者により設定されるか、或いは予め定められた一つまたは複数の角度方向に視点及び光源により生じる陰影及びオクルージョンを画素毎に判定する。陰影及びオクルージョンとなる画素については輝度値を例えば０とする。陰影及びオクルージョンがない画素については、注目画素の周囲の画素からの影響を考慮して、光源からの拡散反射、鏡面反射の各成分を足し合わせた輝度値を算出する。更に制御部３は、算出された各画素の輝度値を、例えば濃淡情報や色相情報等として表した画像を出力する。この結果、陰影及びオクルージョンを考慮し、柄癖を正確に表した画像を生成できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面に凹凸模様を有する媒体の表面深度データ（ハイトフィールド）を用いて、媒体の意匠の確認を支援する柄癖可視化装置等に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、表面に凹凸模様を有する壁紙や合成皮革等の媒体を製造するため、まずコンピュータ等を用いて所望の柄の表面深度データ（以下、ハイトフィールドという）を生成し、次に、このハイトフィールドに基づいて、金属または樹脂製のエンボス版に対して彫刻またはエッチング等を施すことにより、表面に凹凸模様を形成し、このエンボス版に上記媒体を押し当てることにより凹凸模様を写し取っていた。
エンボス版の製造に関しては、例えば、特許文献１等に記述がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−３５８６６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述のエンボス製品には柄癖が生じやすい。
柄癖とは、物体表面に照射された光によって生じた反射光や陰影により、光の強度が強い領域と弱い領域とが不均一に表れ、その不均一さが新たな柄に見える現象である。
このような柄癖のうち、意匠として不都合なものは製品に表れないように削除、修正されるが、従来は、柄癖があるか否かを確認するために、エンボス版を試作し、その後に確認作業を行っていた。エンボス版は彫刻やエッチング等の工程を経て得られるものであり、その製造には時間を要するものであった。また柄癖があれば、そのエンボス版はその後は使用されないため無駄となっていた。
【０００５】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、表面に凹凸模様を有する媒体の柄癖を、画像で確認可能な柄癖可視化装置、柄癖可視化方法、及びプログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前述した課題を解決するため第１の発明は、入力されたハイトフィールドに対して設定される視点及び光源により生じる陰影及びオクルージョンを反映して、前記ハイトフィールドの各画素の輝度値を算出し、所定の投影面へ投影した投影画像を生成する演算手段と、前記演算手段により生成された投影画像を出力する出力手段と、を備える柄癖可視化装置である。
【０００７】
ここで、オクルージョンとは、物体に遮られて視点位置から見えない領域をいう。
【０００８】
第１の発明の柄癖可視化装置によれば、入力されたハイトフィールドに対して設定される視点及び光源により生じる陰影及びオクルージョンを反映して、前記ハイトフィールドの各画素の輝度値を算出し、所定の投影面へ投影した投影画像を生成し、出力する。このため、表面に凹凸模様を有する媒体の柄癖を、画像で確認できるようになり、柄癖確認用のエンボス版を製造する必要がなくなる。また、視点方向や光源方向に応じた影及びオクルージョンを考慮するため、柄癖を正確に可視化できる。
【０００９】
また、前記演算手段は、前記ハイトフィールドの各画素について前記陰影またはオクルージョンか否かを判定する判定手段を備え、前記判定手段によって陰影またはオクルージョンがあると判定された画素については前記輝度値を０とするか、または他の画素より小さく算出することが望ましい。
これにより、陰影またはオクルージョンとなる画素を他の画素より暗くできるため、実環境と同様に柄癖を表現できる。
【００１０】
また、前記投影画像の各画素に対して、ぼかし処理を施すぼかし手段を更に備え、前記出力手段によって出力される画像は、前記ぼかし手段によるぼかし処理が施された画像を含むことが望ましい。
これにより、遠方から意匠を観察したような画像を出力でき、壁紙等の大判の対象についての柄癖確認作業に好適である。
【００１１】
また、前記投影画像は、前記演算手段により算出された各画素の輝度値を、濃淡情報、二値情報、または色相情報として表した画像であることが望ましい。
これにより、画像の濃淡、二値（白／黒等）、または色相によって柄癖の観察を行えるので、確認作業が容易となる。
【００１２】
第２の発明は、入力されたハイトフィールドに対して設定される視点及び光源により生じる陰影及びオクルージョンを反映して、前記ハイトフィールドの各画素の輝度値を算出し、所定の投影面へ投影した投影画像を生成する演算ステップと、前記演算ステップにより生成された投影画像を出力する出力ステップと、を含む柄癖可視化方法である。
【００１３】
ここで、前記演算ステップは、前記ハイトフィールドの各画素について前記陰影またはオクルージョンか否かを判定する判定ステップを備え、前記判定ステップにおいて陰影またはオクルージョンがあると判定された画素については前記輝度値を０とするか、または他の画素より小さく算出することが望ましい。
【００１４】
また、前記投影画像の各画素に対して、ぼかし処理を施すぼかしステップを更に備え、前記出力ステップによって出力される画像は、前記ぼかし処理が施された画像を含むことが望ましい。
【００１５】
また、前記投影画像は、前記演算ステップにより算出された各画素の輝度値を、濃淡情報、二値情報、または色相情報として表した画像であることが望ましい。
【００１６】
第３の発明は、コンピュータにより読み取り可能なプログラムであって、入力されたハイトフィールドに対して設定される視点及び光源により生じる陰影及びオクルージョンを反映して、前記ハイトフィールドの各画素の輝度値を算出し、所定の投影面へ投影した投影画像を生成する演算ステップと、前記演算ステップにより生成された投影画像を出力する出力ステップと、を含むことを特徴とするプログラムである。
【００１７】
第３の発明のプログラムによれば、コンピュータを用いて、入力されたハイトフィールドに対して設定される視点及び光源により生じる陰影及びオクルージョンを反映して、前記ハイトフィールドの各画素の輝度値を算出し、所定の投影面へ投影した投影画像を生成し、出力させることができる。このため、表面に凹凸模様を有する媒体の柄癖を、コンピュータにて確認きるようになる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明により、表面に凹凸模様を有する媒体の柄癖を、画像で確認可能な柄癖可視化装置、柄癖可視化方法、及びプログラムを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】柄癖可視化装置１のハードウエア構成図
【図２】柄癖可視化処理の流れを説明するフローチャート
【図３】入力されるハイトフィールド２９の一例
【図４】光源方向、視点方向の設定の一例を示す図
【図５】影及びオクルージョンについて説明する図
【図６】注目画素についての影・オクルージョン判定について説明する図
【図７】影・オクルージョン判定処理の流れを説明するフローチャート
【図８】注目画素の法線ベクトルの一例を示す図、
【図９】媒体表面の視点ベクトル、光源ベクトル、法線ベクトル、正反射ベクトルの一例を示す図
【図１０】出力画像を色相情報で表現する際の色設定例を示す図
【図１１】出力画像の一例を示す図
【図１２】実際の柄癖確認作業における意匠の確認位置の例を示す図
【図１３】出力画像に更にぼかし処理を施した出力画像の一例を示す図
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面に基づいて本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。
図１は、本実施の形態の柄癖可視化装置１のハードウエア構成を示す図である。
【００２１】
柄癖可視化装置１は、図１に示すように、例えば、制御部３、記憶部５、メディア入出力部７、通信制御部９、入力部１１、表示部１３、周辺機器Ｉ／Ｆ部１５等がバス１７を介して接続されて構成される。
【００２２】
制御部３は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｓｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等により構成される。
ＣＰＵは、記憶部５、ＲＯＭ、記録媒体等に格納されるプログラムをＲＡＭ上のワークメモリ領域に呼び出して実行し、バス１７を介して接続された各部を駆動制御する。制御部３のＣＰＵは後述する柄癖可視化処理（図２参照）を実行する。
【００２３】
ＲＯＭは、コンピュータのブートプログラムやＢＩＯＳ等のプログラム、データ等を恒久的に保持する。ＲＡＭは、ロードしたプログラムやデータを一時的に保持するとともに、制御部３が各種処理を行うために使用するワークエリアを備える。
【００２４】
記憶部５は、ＨＤＤ（ハードディスクドライブ）であり、制御部３が実行するプログラムや、プログラム実行に必要なデータ、ＯＳ（オペレーティング・システム）等が格納されている。これらのプログラムコードは、制御部３により必要に応じて読み出されてＲＡＭに移され、ＣＰＵに読み出されて実行される。
【００２５】
メディア入出力部７（ドライブ装置）は、例えば、フロッピー（登録商標）ディスクドライブ、ＰＤドライブ、ＣＤドライブ、ＤＶＤドライブ、ＭＯドライブ等のメディア入出力装置であり、データの入出力を行う。
【００２６】
通信制御部９は、通信制御装置、通信ポート等を有し、ネットワーク１９との通信を媒介する通信インタフェースであり、通信制御を行う。
入力部１１は、例えば、キーボード、マウス等のポインティング・デバイス、テンキー等の入力装置であり、入力されたデータを制御部３へ出力する。
【００２７】
表示部１３は、例えば液晶パネル、ＣＲＴモニタ等のディスプレイ装置と、ディスプレイ装置と連携して表示処理を実行するための論理回路（ビデオアダプタ等）で構成され、制御部３の制御により入力された表示情報をディスプレイ装置上に表示させる。
【００２８】
周辺機器Ｉ／Ｆ部１５は、コンピュータに周辺機器を接続させるためのポートであり、周辺機器Ｉ／Ｆ部１５を介してコンピュータは周辺機器とのデータの送受信を行う。周辺機器Ｉ／Ｆ部１５は、ＵＳＢやＩＥＥＥ１３９４やＲＳ−２３２Ｃ等で構成されており、通常複数の周辺機器Ｉ／Ｆを有する。周辺機器との接続形態は有線、無線を問わない。
【００２９】
バス１７は、各装置間の制御信号、データ信号等の授受を媒介する経路である。
【００３０】
次に、図２〜図１３を参照して、柄癖可視化装置１の動作について説明する。
図２は、柄癖可視化装置１が行う柄癖可視化処理の流れを示すフローチャートである。
【００３１】
柄癖可視化装置１の制御部３は、記憶部５から図２の柄癖可視化処理に関するプログラム及びデータを読み出し、このプログラム及びデータに基づいて処理を実行する。
【００３２】
まず、柄癖可視化装置１に対して、処理対象とする媒体であるハイトフィールド２９のデータが入力される（ステップＳ１０１）。入力されるハイトフィールド２９の一例を図３に示す。図３では、ハイトフィールド２９の深さ方向の情報が濃淡で表現されている。
制御部３は、入力されたハイトフィールド２９に対して仮想的に光源方向及び視点方向を設定するための処理を実行する。光源方向及び視点方向の設定処理は、入力部１１及び表示部１３を利用したユーザとの対話的な処理によって行われることが望ましい（ステップＳ１０２）。
例えば、図４に示すように、ハイトフィールド２９に対して平行な投影面（ＸＹ平面）３３に対して投影方向は鉛直方向となるようにする。また光源方向及び視点方向は任意の方向に設定される。
【００３３】
次に、柄癖可視化装置１の制御部３は、ハイトフィールド２９の影及びオクルージョンの判定処理を実行する（ステップＳ１０３）。
【００３４】
ここで、図５を参照して、影及びオクルージョンについて説明する。
影とは、光源の光が直接反射されない領域をいい、オクルージョンとは、視点から見えない領域をいう。これらの領域は他の領域より暗くなる。
図５に示すように、表面に凹凸のある媒体（ハイトフィールド２９）に対して光源及び視点が所定の角度をもって設定されると、隣接する領域より深い領域では、影及びオクルージョンが発生することがある。本実施の形態では、影及びオクルージョンの領域については、輝度値を０または他の領域より小さい値とする。
【００３５】
ステップＳ１０３の影・オクルージョンの判定処理では、ハイトフィールド２９の各画素について影・オクルージョンがあるか否かを判定する。影・オクルージョンがあるか否かは、注目画素が光源位置から見えるか、或いは注目画素が視点位置から見えるかを判定すればよい。これを換言すると、任意の点Ｐから注目画素Ｑが見えるか否かの判定に他ならない。なお、光源と視点は、この判定処理においては同じものと定義する。
【００３６】
図６は、Ｘ，Ｙ，Ｚ平面に設定されたハイトフィールド２９に、任意の光源（または視点）Ｐが設定された図である。
視点Ｐから注目画素ＱへのベクトルをＰＱとし、点Ｑ、点ＰをＸＹ平面に垂直に投影した画素を画素Ｑ’、画素Ｐ’とし、画素Ｑ’と画素Ｐ’の高さをそれぞれＱｈ，Ｐｈとする。また、画素Ｑ’と画素Ｐ’を結ぶ直線上のある画素を走査対象とし、画素Ｒ’を走査画素と呼ぶこととする。走査画素Ｒ’をベクトルＰＱ（すなわち視線）上に垂直に投影した点を点Ｒとする。また、走査画素Ｒ’のハイトフィールド２９の高さをＲｈとする。
【００３７】
ステップＳ１０３の影・オクルージョンの判定処理では、制御部３は、注目画素Ｑ’を始点として画素Ｐ’までＸＹ平面の走査画素Ｒ’を走査する。走査方向はベクトルＱ’Ｐ’の方向とする。図７に、走査画素Ｒ’毎に行われる影・オクルージョン判定処理の流れを示す。
【００３８】
図７に示すように、まず制御部３は、ある走査画素Ｒ’の位置及び走査画素Ｒ’におけるハイトフィールド２９の高さＲｈを取得する（ステップＳ２０１）。
次に、制御部３は、ハイトフィールド２９から始点画素Ｑ’の高さＱｈを取得し、また、走査画素Ｒ’における視線ＰＱまでの距離（ベクトルＲＲ’の長さ）を算出する（ステップＳ２０２）。
走査画素Ｒ’におけるベクトルＲＲ’の長さは以下の式（１）によって算出する。
【００３９】
【数１】
【００４０】
次に、制御部３は、ベクトルＲＲ’の長さと走査画素Ｒ’の高さＲｈを比較する（ステップＳ２０３）。ＲＲ’＜Ｒｈならば（ステップＳ２０３；Ｙｅｓ）、点Ｑから点Ｐは画素Ｒ’の高さＲｈによって妨げられ、見えないことを意味し、点Ｑは影またはオクルージョンである旨の判定結果を出力する（ステップＳ２０４）。制御部３は、本判定処理を終了して判定結果を図２のステップＳ１０３へ返す。ステップＳ１０３において、注目画素Ｑ’が影またはオクルージョンであるという判定結果を得た場合は、この画素Ｑ’の輝度値は、影またはオクルージョンの輝度値に設定される。本実施の形態では、影及びオクルージョンの輝度値は、０または他の領域より小さい値とする。
【００４１】
一方、図７のステップＳ２０３の比較処理において、ＲＲ’がＲｈ以上ならば（ステップＳ２０３；Ｎｏ）、点Ｑから点Ｐは見えると判断される。制御部３は、走査線Ｐ’Ｑ’上の全ての画素について走査が終了したか否かを判定し（ステップＳ２０５）、走査終了していなければ（ステップＳ２０５；Ｎｏ）走査画素Ｒ’の位置を次の画素に移し（ステップＳ２０６）、次の走査画素Ｒ’について、ステップＳ２０１〜ステップＳ２０５の処理を繰り返し実行する。
【００４２】
繰り返し処理にて、走査画素Ｒ’が影またはオクルージョンと判定された場合（ステップＳ２０３；Ｙｅｓ）には、点Ｑは影またはオクルージョンとなる。一方、走査線Ｐ’Ｑ’上の全ての画素Ｒ’について、影またはオクルージョンと判定されなければ（ステップＳ２０５；Ｙｅｓ）、点Ｑは影またはオクルージョンでない旨の判定結果を図２のステップＳ１０３へ返し（ステップＳ２０７）、本判定処理を終了する。
【００４３】
図２のステップＳ１０３において、注目画素が影でもオクルージョンでもないと判定された場合は、その注目画素の輝度値を算出する（ステップＳ１０５）。
【００４４】
輝度値の算出処理において、柄癖可視化装置１の制御部３は、注目画素と隣接する周囲４近傍の画素との高度差を示す接線ベクトルを算出する。図８に示すように、右側の隣接画素との接線ベクトルをＴｒ、下側の隣接画素との接線ベクトルをＴｄ、左側の隣接画素との接線ベクトルをＴｌ、上側の隣接画素との接線ベクトルをＴｕとし、位置（ｘ，ｙ）での表面形状の高度をｚｘ，ｙ、左右に隣接する画素との距離、すなわちハイトフィールドの幅方向をΔｘ、上下に隣接する画素との距離、すなわちハイトフィールドの縦方向をΔｙとすると、各接線ベクトルは、次の式（２）〜（５）で表される。
【００４５】
Ｔｒ＝（Δｘ，０，（ｚｘ＋１，ｙ−ｚｘ，ｙ））・・・・（２）
Ｔｄ＝（０，Δｙ，（ｚｘ，ｙ＋１−ｚｘ，ｙ））・・・・（３）
Ｔl＝（−Δｘ，０，（ｚｘ―１，ｙ−ｚｘ，ｙ））・・・・（４）
Ｔｕ＝（０，−Δｙ，（ｚｘ，ｙ―１−ｚｘ，ｙ））・・・・（５）
【００４６】
次に、制御部３は、注目画素の周囲４近傍の法線ベクトルの平均である法線ベクトルＮｉ，ｊを算出する。
まず制御部３は、注目画素の４近傍の接線ベクトルＴｒ、Ｔｄ、Ｔｌ、Ｔｕの外積から次の式（６）〜（９）で表される法線ベクトルを算出する。
【００４７】
Ｎｌｕ＝Ｔｌ×Ｔｕ・・・・（６）
Ｎｕｒ＝Ｔｕ×Ｔｒ・・・・（７）
Ｎｒｄ＝Ｔｒ×Ｔｄ・・・・（８）
Ｎｄｌ＝Ｔｄ×Ｔｌ・・・・（９）
【００４８】
そして、制御部３は、上述の法線ベクトルＮｌｕ，Ｎｕｒ，Ｎｒｄ，Ｎｄｌの平均を算出し、注目画素の法線ベクトルＮｉ，ｊとする。注目画素の法線ベクトルＮｉ，ｊは以下の式（１０）で表される。
【００４９】
Ｎｉ，ｊ＝（Ｎｌｕ＋Ｎｕｒ＋Ｎｒｄ＋Ｎｄｌ）／４ ・・・・（１０）
【００５０】
次に、制御部３は、ステップＳ１０２の光源方向・視点方向設定処理にて設定した光源方向から、図９に示す光源ベクトルＬを算出する。光源の仰角をθ、方位角をφとすると、光源ベクトルＬは次の式（１１）のように表される。
【００５１】
Ｌ＝（ｃｏｓθｃｏｓφ，ｃｏｓθｓｉｎφ，ｓｉｎθ）・・・・（１１）
【００５２】
制御部３は、注目画素の法線ベクトルＮと光源ベクトルＬから、光線の正反射ベクトルＲを算出する。正反射ベクトルＲは次の式（１２）のように表される。
【００５３】
Ｒ＝（２×Ｎ）×（Ｌ・Ｎ）−Ｌ ・・・・（１２）
【００５４】
視点方向の視点ベクトルＷについても、光源ベクトルＬと同様に、ステップＳ１０２で設定した視点方向から式（１１）のように表される。
【００５５】
次に制御部３は、視点ベクトルＷと正反射ベクトルＲのなす角の余弦を算出する。ここで、視点ベクトルＷと正反射ベクトルＲのなす角をαとする。余弦ｃｏｓαは次の式（１３）により算出される。
【００５６】
ｃｏｓα＝（Ｗ・Ｒ）／（｜Ｗ｜×｜Ｒ｜） ・・・（１３）
【００５７】
次に制御部３は、法線ベクトルＮと光源ベクトルＬのなす角の余弦を算出する。ここで、法線ベクトルＮと光源ベクトルＬのなす角をβとする。余弦ｃｏｓβは次の式（１４）により算出される。
【００５８】
ｃｏｓβ＝（Ｌ・Ｎ）／（｜Ｌ｜×｜Ｎ｜） ・・・（１４）
【００５９】
光源から照射された光による媒体の各画素の輝度値は、拡散反射と鏡面反射の各成分を足し合わせることにより求められる。
【００６０】
拡散反射光による輝度値Ｉｄは、ランバートの余弦則に基づき、次の式（１５）で表される。
【００６１】
Ｉｄ＝Ｉｉ・ｋｄ・ｃｏｓβ ・・・（１５）
【００６２】
また、鏡面反射光による輝度値Ｉｓは、フォンの反射モデルに基づき、次の式（１６）で表される。
【００６３】
Ｉｓ＝Ｉｉ・ｋｓ・ｃｏｓｎα ・・・（１６）
【００６４】
ここで、入射光の強さをＩｉ、拡散反射光による輝度値をＩｄ、鏡面反射光による輝度値をＩｓ、反射の強さを表す拡散反射率をｋｄ、光沢の強さを表す鏡面反射率をｋｓ、光沢の鋭さを表す係数をｎとしている。
入射光の強さＩｉ、拡散反射率ｋｄ、鏡面反射率ｋｓ、光沢の鋭さを表す係数ｎは定数で、固定値としてもよいし、ユーザが設定するようにしてもよい。これらは媒体の材質によって定まるものである。
【００６５】
以上より、制御部３は、光源から照射された光による媒体の各画素の輝度値Ｉoを、次の式（１７）により算出する。
【００６６】
Ｉo＝Ｉｄ＋Ｉｓ＝Ｉｉ（ｋｄｃｏｓβ＋ｋｓｃｏｓｎα） ・・・（１７）
【００６７】
以上の演算により各画素に輝度値が設定されると、次に、柄癖可視化装置１の制御部３は、ステップＳ１０４またはＳ１０５で算出した各画素の輝度値を媒体の鉛直方向に投影変換する（ステップＳ１０６）。
平行投影の場合、変換前後で注目画素のｘ、ｙ座標は変わらないため、算出した輝度値を元の画素のｘ、ｙ位置での値とする。なお、投影変換は、平行投影に限らず、例えば、透視投影でもよい。
制御部３は投影変換後の画素の輝度値を輝度データメモリに格納する（ステップＳ１０７）。
【００６８】
次に、柄癖可視化装置１の制御部３は、ハイトフィールド２９の全画素についてステップＳ１０３〜ステップＳ１０７の処理が終了したか否かを判定し（ステップＳ１０８）、全画素の処理が終了していなければ、次の画素に移動し（ステップＳ１０９）、ステップＳ１０３〜ステップＳ１０７の処理を繰り返し実行する。繰り返し処理によってハイトフィールド２９の全画素についてステップＳ１０３〜ステップＳ１０７の処理が行われると（ステップＳ１０８；Ｙｅｓ）、制御部３は、輝度データメモリに格納された各画素の輝度値に応じた画像を出力画像として出力する（ステップＳ１１０）。
【００６９】
ステップＳ１１０において、柄癖可視化装置１の制御部３は、輝度値を階調数に応じた値（例えば、０から２５５といった所定範囲の整数や０か１の整数等）に正規化し、グレースケール画像または色相画像として表示したり、ファイル出力したり、印刷装置に印刷させたりする。
【００７０】
輝度値を０から２５５の整数に正規化し、その数値を濃度値に変換して出力した場合は、２５６階調のグレースケール画像が出力される。また輝度値を０か１の整数に正規化した場合は、２値画像として出力される。
【００７１】
また、輝度値を例えば０から２５５の整数に正規化し、その数値を図１０に示すようなＲ・Ｇ・Ｂの組み合わせからなる色相データに変換して出力した場合は、色相画像が出力される。
【００７２】
図１１に示す出力画像は、図３に示す織物調の意匠のハイトフィールド２９に対して本柄癖可視化処理を施し、柄癖が表現された画像である。図３の入力画像には本柄癖可視化処理の効果を分かり易くするために、本来の意匠とは異なる柄癖として、アルファベットの大文字「Ａ」の模様をすり込んでいる。すり込むための具体的な方法は、大文字「Ａ」の部分は光の強度が強くなる形状を含む傾向を高くし、大文字「Ａ」以外の領域では光の強度が強くなる形状を含む傾向を低くしている。図１１をディスプレイ装置上で目視すると、視点角度によっては部分的に濃淡が浮き出し、アルファベットの大文字「Ａ」が柄癖として認識できる。図１１は柄癖を濃淡で示しているが、色相の変化で表現すれば、より明確に認識できる。
【００７３】
実際の柄癖確認作業では、図１２に示す３パターンの位置からの意匠の確認が行われる。
（ａ）意匠の施された壁紙から所定距離（数メートル程度）離れた位置に確認者が立ち、斜め方向（γ１＝１５°程度）から光をあて、その反対の方向（γ２＝１５°程度）から確認者が目視する。
（ｂ）壁紙の配置を９０度回転させて、上述の（ａ）と同様に確認者が目視する。
（ｃ）光源の位置は（ａ）と同様にし、視点は光源の方位角と９０度をなす方向とする。
【００７４】
従って、図２の柄癖可視化処理のステップＳ１０２で設定する光源方向及び視点方向も、図１２（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すパターンで、光源方向及び視点方向を設定することが望ましい。ただし、この他の光源方向及び視点方向に設定することを妨げるものではなく、必要に応じて適当な光源方向及び視点方向の設定が行われることが望ましい。
【００７５】
また、通常、壁紙等は、数メートル離れた位置から視認されることが多いため、柄癖を見る際には視覚的にぼやけることがある。
そこで、図１１の出力画像に対して、更に、ぼかし処理を施すようにしてもよい。
【００７６】
ぼかし処理とは、例えば、注目画素の周辺の画素（ぼかすときの範囲）に重みをかけた後、足し合わせ、画素数で除した値とすることである。このぼかすときの範囲、すなわちフィルタの形状は正方形、長方形、円形、楕円形などが一般的であるが、本発明の柄癖可視化装置１においては、楕円形を採用することが好適である。これは、観察者が壁紙を見るときの視点位置が壁紙に対して斜め方向にあるため、観察者が投影面での円を見ていても、壁紙では楕円形の領域が投影されているからである。すなわち、観察者は楕円形の領域の輝度値を積算した値を観察しているとみなせる。
図１３は、図１１の出力画像に対して、ぼかし処理を施した画像である。本来の意匠とは異なる柄癖であるアルファベットの大文字「Ａ」が中央に確認できる。
【００７７】
以上説明したように、本発明の実施の形態に係る柄癖可視化装置１は、媒体表面に対する光源方向と視点方向を設定し、媒体のハイトフィールド２９、設定された光源方向、視点方向を用いて、影及びオクルージョンを考慮した輝度値を算出し、投影面３３に投影し、この投影画像を出力する。出力される投影画像は、グレースケール画像、二値画像、または色相画像等の出力画像に変換して出力される。よって、媒体表面の凹凸により生じる柄癖を画像として確認できるようになり、柄癖確認用のエンボス版を製造する必要がなくなる。また、視点方向や光源方向に応じた影及びオクルージョンを考慮するため、柄癖を正確に可視化できる。
【００７８】
また、制御部３は、ハイトフィールド２９の各画素について陰影またはオクルージョンが有るか否かを判定し、陰影またはオクルージョンがあると判定された画素については、その画素の輝度値を０とするか、または他の画素より小さく設定するので、陰影またはオクルージョンとなる画素を他の領域より暗くでき、実環境と同様に柄癖を表現できる。
【００７９】
また、出力画像にぼかし処理を施せば、遠方から意匠を観察したような画像を出力でき、壁紙等の大判の対象についての柄癖確認作業に好適である。
また、出力画像は、濃淡情報、二値情報、または色相情報として表されるため、画像の濃淡、二値（白／黒）、または色相によって柄癖の観察を容易に行うことが可能となる。
【００８０】
以上、添付図面を参照して、本発明に係る柄癖確認装置等の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されない。当業者であれば、本願で開示した技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【符号の説明】
【００８１】
１・・・・・・柄癖可視化装置
３・・・・・制御部
５・・・・・記憶部
７・・・・・メディア入出力部
９・・・・・通信制御部
１１・・・・入力部
１３・・・・表示部
１５・・・・周辺機器Ｉ／Ｆ部
１７・・・・バス
１９・・・・ネットワーク
２９・・・・ハイトフィールド
３３・・・・投影面
Ｐ・・・・・視点（光源）
Ｑ・・・・・注目画素のハイトフィールド
Ｑ’・・・・・注目画素
Ｒ・・・・・走査画素Ｒ’における視線ＰＱの高さ位置
Ｒ’・・・・・走査画素
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面に凹凸模様を有する媒体の表面深度データ（ハイトフィールド）を用いて、媒体の意匠の確認を支援する柄癖可視化装置等に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、表面に凹凸模様を有する壁紙や合成皮革等の媒体を製造するため、まずコンピュータ等を用いて所望の柄の表面深度データ（以下、ハイトフィールドという）を生成し、次に、このハイトフィールドに基づいて、金属または樹脂製のエンボス版に対して彫刻またはエッチング等を施すことにより、表面に凹凸模様を形成し、このエンボス版に上記媒体を押し当てることにより凹凸模様を写し取っていた。
エンボス版の製造に関しては、例えば、特許文献１等に記述がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−３５８６６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述のエンボス製品には柄癖が生じやすい。
柄癖とは、物体表面に照射された光によって生じた反射光や陰影により、光の強度が強い領域と弱い領域とが不均一に表れ、その不均一さが新たな柄に見える現象である。
このような柄癖のうち、意匠として不都合なものは製品に表れないように削除、修正されるが、従来は、柄癖があるか否かを確認するために、エンボス版を試作し、その後に確認作業を行っていた。エンボス版は彫刻やエッチング等の工程を経て得られるものであり、その製造には時間を要するものであった。また柄癖があれば、そのエンボス版はその後は使用されないため無駄となっていた。
【０００５】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、表面に凹凸模様を有する媒体の柄癖を、画像で確認可能な柄癖可視化装置、柄癖可視化方法、及びプログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前述した課題を解決するため第１の発明は、入力されたハイトフィールドに対して設定される視点及び光源により生じる陰影及びオクルージョンを反映して、前記ハイトフィールドの各画素の輝度値を算出し、所定の投影面へ投影した投影画像を生成する演算手段と、前記演算手段により生成された投影画像を出力する出力手段と、を備える柄癖可視化装置である。
【０００７】
ここで、オクルージョンとは、物体に遮られて視点位置から見えない領域をいう。
【０００８】
第１の発明の柄癖可視化装置によれば、入力されたハイトフィールドに対して設定される視点及び光源により生じる陰影及びオクルージョンを反映して、前記ハイトフィールドの各画素の輝度値を算出し、所定の投影面へ投影した投影画像を生成し、出力する。このため、表面に凹凸模様を有する媒体の柄癖を、画像で確認できるようになり、柄癖確認用のエンボス版を製造する必要がなくなる。また、視点方向や光源方向に応じた影及びオクルージョンを考慮するため、柄癖を正確に可視化できる。
【０００９】
また、前記演算手段は、前記ハイトフィールドの各画素について前記陰影またはオクルージョンか否かを判定する判定手段を備え、前記判定手段によって陰影またはオクルージョンがあると判定された画素については前記輝度値を０とするか、または他の画素より小さく算出することが望ましい。
これにより、陰影またはオクルージョンとなる画素を他の画素より暗くできるため、実環境と同様に柄癖を表現できる。
【００１０】
また、前記投影画像の各画素に対して、ぼかし処理を施すぼかし手段を更に備え、前記出力手段によって出力される画像は、前記ぼかし手段によるぼかし処理が施された画像を含むことが望ましい。
これにより、遠方から意匠を観察したような画像を出力でき、壁紙等の大判の対象についての柄癖確認作業に好適である。
【００１１】
また、前記投影画像は、前記演算手段により算出された各画素の輝度値を、濃淡情報、二値情報、または色相情報として表した画像であることが望ましい。
これにより、画像の濃淡、二値（白／黒等）、または色相によって柄癖の観察を行えるので、確認作業が容易となる。
【００１２】
第２の発明は、入力されたハイトフィールドに対して設定される視点及び光源により生じる陰影及びオクルージョンを反映して、前記ハイトフィールドの各画素の輝度値を算出し、所定の投影面へ投影した投影画像を生成する演算ステップと、前記演算ステップにより生成された投影画像を出力する出力ステップと、を含む柄癖可視化方法である。
【００１３】
ここで、前記演算ステップは、前記ハイトフィールドの各画素について前記陰影またはオクルージョンか否かを判定する判定ステップを備え、前記判定ステップにおいて陰影またはオクルージョンがあると判定された画素については前記輝度値を０とするか、または他の画素より小さく算出することが望ましい。
【００１４】
また、前記投影画像の各画素に対して、ぼかし処理を施すぼかしステップを更に備え、前記出力ステップによって出力される画像は、前記ぼかし処理が施された画像を含むことが望ましい。
【００１５】
また、前記投影画像は、前記演算ステップにより算出された各画素の輝度値を、濃淡情報、二値情報、または色相情報として表した画像であることが望ましい。
【００１６】
第３の発明は、コンピュータにより読み取り可能なプログラムであって、入力されたハイトフィールドに対して設定される視点及び光源により生じる陰影及びオクルージョンを反映して、前記ハイトフィールドの各画素の輝度値を算出し、所定の投影面へ投影した投影画像を生成する演算ステップと、前記演算ステップにより生成された投影画像を出力する出力ステップと、を含むことを特徴とするプログラムである。
【００１７】
第３の発明のプログラムによれば、コンピュータを用いて、入力されたハイトフィールドに対して設定される視点及び光源により生じる陰影及びオクルージョンを反映して、前記ハイトフィールドの各画素の輝度値を算出し、所定の投影面へ投影した投影画像を生成し、出力させることができる。このため、表面に凹凸模様を有する媒体の柄癖を、コンピュータにて確認きるようになる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明により、表面に凹凸模様を有する媒体の柄癖を、画像で確認可能な柄癖可視化装置、柄癖可視化方法、及びプログラムを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】柄癖可視化装置１のハードウエア構成図
【図２】柄癖可視化処理の流れを説明するフローチャート
【図３】入力されるハイトフィールド２９の一例
【図４】光源方向、視点方向の設定の一例を示す図
【図５】影及びオクルージョンについて説明する図
【図６】注目画素についての影・オクルージョン判定について説明する図
【図７】影・オクルージョン判定処理の流れを説明するフローチャート
【図８】注目画素の法線ベクトルの一例を示す図、
【図９】媒体表面の視点ベクトル、光源ベクトル、法線ベクトル、正反射ベクトルの一例を示す図
【図１０】出力画像を色相情報で表現する際の色設定例を示す図
【図１１】出力画像の一例を示す図
【図１２】実際の柄癖確認作業における意匠の確認位置の例を示す図
【図１３】出力画像に更にぼかし処理を施した出力画像の一例を示す図
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面に基づいて本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。
図１は、本実施の形態の柄癖可視化装置１のハードウエア構成を示す図である。
【００２１】
柄癖可視化装置１は、図１に示すように、例えば、制御部３、記憶部５、メディア入出力部７、通信制御部９、入力部１１、表示部１３、周辺機器Ｉ／Ｆ部１５等がバス１７を介して接続されて構成される。
【００２２】
制御部３は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｓｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等により構成される。
ＣＰＵは、記憶部５、ＲＯＭ、記録媒体等に格納されるプログラムをＲＡＭ上のワークメモリ領域に呼び出して実行し、バス１７を介して接続された各部を駆動制御する。制御部３のＣＰＵは後述する柄癖可視化処理（図２参照）を実行する。
【００２３】
ＲＯＭは、コンピュータのブートプログラムやＢＩＯＳ等のプログラム、データ等を恒久的に保持する。ＲＡＭは、ロードしたプログラムやデータを一時的に保持するとともに、制御部３が各種処理を行うために使用するワークエリアを備える。
【００２４】
記憶部５は、ＨＤＤ（ハードディスクドライブ）であり、制御部３が実行するプログラムや、プログラム実行に必要なデータ、ＯＳ（オペレーティング・システム）等が格納されている。これらのプログラムコードは、制御部３により必要に応じて読み出されてＲＡＭに移され、ＣＰＵに読み出されて実行される。
【００２５】
メディア入出力部７（ドライブ装置）は、例えば、フロッピー（登録商標）ディスクドライブ、ＰＤドライブ、ＣＤドライブ、ＤＶＤドライブ、ＭＯドライブ等のメディア入出力装置であり、データの入出力を行う。
【００２６】
通信制御部９は、通信制御装置、通信ポート等を有し、ネットワーク１９との通信を媒介する通信インタフェースであり、通信制御を行う。
入力部１１は、例えば、キーボード、マウス等のポインティング・デバイス、テンキー等の入力装置であり、入力されたデータを制御部３へ出力する。
【００２７】
表示部１３は、例えば液晶パネル、ＣＲＴモニタ等のディスプレイ装置と、ディスプレイ装置と連携して表示処理を実行するための論理回路（ビデオアダプタ等）で構成され、制御部３の制御により入力された表示情報をディスプレイ装置上に表示させる。
【００２８】
周辺機器Ｉ／Ｆ部１５は、コンピュータに周辺機器を接続させるためのポートであり、周辺機器Ｉ／Ｆ部１５を介してコンピュータは周辺機器とのデータの送受信を行う。周辺機器Ｉ／Ｆ部１５は、ＵＳＢやＩＥＥＥ１３９４やＲＳ−２３２Ｃ等で構成されており、通常複数の周辺機器Ｉ／Ｆを有する。周辺機器との接続形態は有線、無線を問わない。
【００２９】
バス１７は、各装置間の制御信号、データ信号等の授受を媒介する経路である。
【００３０】
次に、図２〜図１３を参照して、柄癖可視化装置１の動作について説明する。
図２は、柄癖可視化装置１が行う柄癖可視化処理の流れを示すフローチャートである。
【００３１】
柄癖可視化装置１の制御部３は、記憶部５から図２の柄癖可視化処理に関するプログラム及びデータを読み出し、このプログラム及びデータに基づいて処理を実行する。
【００３２】
まず、柄癖可視化装置１に対して、処理対象とする媒体であるハイトフィールド２９のデータが入力される（ステップＳ１０１）。入力されるハイトフィールド２９の一例を図３に示す。図３では、ハイトフィールド２９の深さ方向の情報が濃淡で表現されている。
制御部３は、入力されたハイトフィールド２９に対して仮想的に光源方向及び視点方向を設定するための処理を実行する。光源方向及び視点方向の設定処理は、入力部１１及び表示部１３を利用したユーザとの対話的な処理によって行われることが望ましい（ステップＳ１０２）。
例えば、図４に示すように、ハイトフィールド２９に対して平行な投影面（ＸＹ平面）３３に対して投影方向は鉛直方向となるようにする。また光源方向及び視点方向は任意の方向に設定される。
【００３３】
次に、柄癖可視化装置１の制御部３は、ハイトフィールド２９の影及びオクルージョンの判定処理を実行する（ステップＳ１０３）。
【００３４】
ここで、図５を参照して、影及びオクルージョンについて説明する。
影とは、光源の光が直接反射されない領域をいい、オクルージョンとは、視点から見えない領域をいう。これらの領域は他の領域より暗くなる。
図５に示すように、表面に凹凸のある媒体（ハイトフィールド２９）に対して光源及び視点が所定の角度をもって設定されると、隣接する領域より深い領域では、影及びオクルージョンが発生することがある。本実施の形態では、影及びオクルージョンの領域については、輝度値を０または他の領域より小さい値とする。
【００３５】
ステップＳ１０３の影・オクルージョンの判定処理では、ハイトフィールド２９の各画素について影・オクルージョンがあるか否かを判定する。影・オクルージョンがあるか否かは、注目画素が光源位置から見えるか、或いは注目画素が視点位置から見えるかを判定すればよい。これを換言すると、任意の点Ｐから注目画素Ｑが見えるか否かの判定に他ならない。なお、光源と視点は、この判定処理においては同じものと定義する。
【００３６】
図６は、Ｘ，Ｙ，Ｚ平面に設定されたハイトフィールド２９に、任意の光源（または視点）Ｐが設定された図である。
視点Ｐから注目画素ＱへのベクトルをＰＱとし、点Ｑ、点ＰをＸＹ平面に垂直に投影した画素を画素Ｑ’、画素Ｐ’とし、画素Ｑ’と画素Ｐ’の高さをそれぞれＱｈ，Ｐｈとする。また、画素Ｑ’と画素Ｐ’を結ぶ直線上のある画素を走査対象とし、画素Ｒ’を走査画素と呼ぶこととする。走査画素Ｒ’をベクトルＰＱ（すなわち視線）上に垂直に投影した点を点Ｒとする。また、走査画素Ｒ’のハイトフィールド２９の高さをＲｈとする。
【００３７】
ステップＳ１０３の影・オクルージョンの判定処理では、制御部３は、注目画素Ｑ’を始点として画素Ｐ’までＸＹ平面の走査画素Ｒ’を走査する。走査方向はベクトルＱ’Ｐ’の方向とする。図７に、走査画素Ｒ’毎に行われる影・オクルージョン判定処理の流れを示す。
【００３８】
図７に示すように、まず制御部３は、ある走査画素Ｒ’の位置及び走査画素Ｒ’におけるハイトフィールド２９の高さＲｈを取得する（ステップＳ２０１）。
次に、制御部３は、ハイトフィールド２９から始点画素Ｑ’の高さＱｈを取得し、また、走査画素Ｒ’における視線ＰＱまでの距離（ベクトルＲＲ’の長さ）を算出する（ステップＳ２０２）。
走査画素Ｒ’におけるベクトルＲＲ’の長さは以下の式（１）によって算出する。
【００３９】
【数１】
【００４０】
次に、制御部３は、ベクトルＲＲ’の長さと走査画素Ｒ’の高さＲｈを比較する（ステップＳ２０３）。ＲＲ’＜Ｒｈならば（ステップＳ２０３；Ｙｅｓ）、点Ｑから点Ｐは画素Ｒ’の高さＲｈによって妨げられ、見えないことを意味し、点Ｑは影またはオクルージョンである旨の判定結果を出力する（ステップＳ２０４）。制御部３は、本判定処理を終了して判定結果を図２のステップＳ１０３へ返す。ステップＳ１０３において、注目画素Ｑ’が影またはオクルージョンであるという判定結果を得た場合は、この画素Ｑ’の輝度値は、影またはオクルージョンの輝度値に設定される。本実施の形態では、影及びオクルージョンの輝度値は、０または他の領域より小さい値とする。
【００４１】
一方、図７のステップＳ２０３の比較処理において、ＲＲ’がＲｈ以上ならば（ステップＳ２０３；Ｎｏ）、点Ｑから点Ｐは見えると判断される。制御部３は、走査線Ｐ’Ｑ’上の全ての画素について走査が終了したか否かを判定し（ステップＳ２０５）、走査終了していなければ（ステップＳ２０５；Ｎｏ）走査画素Ｒ’の位置を次の画素に移し（ステップＳ２０６）、次の走査画素Ｒ’について、ステップＳ２０１〜ステップＳ２０５の処理を繰り返し実行する。
【００４２】
繰り返し処理にて、走査画素Ｒ’が影またはオクルージョンと判定された場合（ステップＳ２０３；Ｙｅｓ）には、点Ｑは影またはオクルージョンとなる。一方、走査線Ｐ’Ｑ’上の全ての画素Ｒ’について、影またはオクルージョンと判定されなければ（ステップＳ２０５；Ｙｅｓ）、点Ｑは影またはオクルージョンでない旨の判定結果を図２のステップＳ１０３へ返し（ステップＳ２０７）、本判定処理を終了する。
【００４３】
図２のステップＳ１０３において、注目画素が影でもオクルージョンでもないと判定された場合は、その注目画素の輝度値を算出する（ステップＳ１０５）。
【００４４】
輝度値の算出処理において、柄癖可視化装置１の制御部３は、注目画素と隣接する周囲４近傍の画素との高度差を示す接線ベクトルを算出する。図８に示すように、右側の隣接画素との接線ベクトルをＴｒ、下側の隣接画素との接線ベクトルをＴｄ、左側の隣接画素との接線ベクトルをＴｌ、上側の隣接画素との接線ベクトルをＴｕとし、位置（ｘ，ｙ）での表面形状の高度をｚｘ，ｙ、左右に隣接する画素との距離、すなわちハイトフィールドの幅方向をΔｘ、上下に隣接する画素との距離、すなわちハイトフィールドの縦方向をΔｙとすると、各接線ベクトルは、次の式（２）〜（５）で表される。
【００４５】
Ｔｒ＝（Δｘ，０，（ｚｘ＋１，ｙ−ｚｘ，ｙ））・・・・（２）
Ｔｄ＝（０，Δｙ，（ｚｘ，ｙ＋１−ｚｘ，ｙ））・・・・（３）
Ｔl＝（−Δｘ，０，（ｚｘ―１，ｙ−ｚｘ，ｙ））・・・・（４）
Ｔｕ＝（０，−Δｙ，（ｚｘ，ｙ―１−ｚｘ，ｙ））・・・・（５）
【００４６】
次に、制御部３は、注目画素の周囲４近傍の法線ベクトルの平均である法線ベクトルＮｉ，ｊを算出する。
まず制御部３は、注目画素の４近傍の接線ベクトルＴｒ、Ｔｄ、Ｔｌ、Ｔｕの外積から次の式（６）〜（９）で表される法線ベクトルを算出する。
【００４７】
Ｎｌｕ＝Ｔｌ×Ｔｕ・・・・（６）
Ｎｕｒ＝Ｔｕ×Ｔｒ・・・・（７）
Ｎｒｄ＝Ｔｒ×Ｔｄ・・・・（８）
Ｎｄｌ＝Ｔｄ×Ｔｌ・・・・（９）
【００４８】
そして、制御部３は、上述の法線ベクトルＮｌｕ，Ｎｕｒ，Ｎｒｄ，Ｎｄｌの平均を算出し、注目画素の法線ベクトルＮｉ，ｊとする。注目画素の法線ベクトルＮｉ，ｊは以下の式（１０）で表される。
【００４９】
Ｎｉ，ｊ＝（Ｎｌｕ＋Ｎｕｒ＋Ｎｒｄ＋Ｎｄｌ）／４ ・・・・（１０）
【００５０】
次に、制御部３は、ステップＳ１０２の光源方向・視点方向設定処理にて設定した光源方向から、図９に示す光源ベクトルＬを算出する。光源の仰角をθ、方位角をφとすると、光源ベクトルＬは次の式（１１）のように表される。
【００５１】
Ｌ＝（ｃｏｓθｃｏｓφ，ｃｏｓθｓｉｎφ，ｓｉｎθ）・・・・（１１）
【００５２】
制御部３は、注目画素の法線ベクトルＮと光源ベクトルＬから、光線の正反射ベクトルＲを算出する。正反射ベクトルＲは次の式（１２）のように表される。
【００５３】
Ｒ＝（２×Ｎ）×（Ｌ・Ｎ）−Ｌ ・・・・（１２）
【００５４】
視点方向の視点ベクトルＷについても、光源ベクトルＬと同様に、ステップＳ１０２で設定した視点方向から式（１１）のように表される。
【００５５】
次に制御部３は、視点ベクトルＷと正反射ベクトルＲのなす角の余弦を算出する。ここで、視点ベクトルＷと正反射ベクトルＲのなす角をαとする。余弦ｃｏｓαは次の式（１３）により算出される。
【００５６】
ｃｏｓα＝（Ｗ・Ｒ）／（｜Ｗ｜×｜Ｒ｜） ・・・（１３）
【００５７】
次に制御部３は、法線ベクトルＮと光源ベクトルＬのなす角の余弦を算出する。ここで、法線ベクトルＮと光源ベクトルＬのなす角をβとする。余弦ｃｏｓβは次の式（１４）により算出される。
【００５８】
ｃｏｓβ＝（Ｌ・Ｎ）／（｜Ｌ｜×｜Ｎ｜） ・・・（１４）
【００５９】
光源から照射された光による媒体の各画素の輝度値は、拡散反射と鏡面反射の各成分を足し合わせることにより求められる。
【００６０】
拡散反射光による輝度値Ｉｄは、ランバートの余弦則に基づき、次の式（１５）で表される。
【００６１】
Ｉｄ＝Ｉｉ・ｋｄ・ｃｏｓβ ・・・（１５）
【００６２】
また、鏡面反射光による輝度値Ｉｓは、フォンの反射モデルに基づき、次の式（１６）で表される。
【００６３】
Ｉｓ＝Ｉｉ・ｋｓ・ｃｏｓｎα ・・・（１６）
【００６４】
ここで、入射光の強さをＩｉ、拡散反射光による輝度値をＩｄ、鏡面反射光による輝度値をＩｓ、反射の強さを表す拡散反射率をｋｄ、光沢の強さを表す鏡面反射率をｋｓ、光沢の鋭さを表す係数をｎとしている。
入射光の強さＩｉ、拡散反射率ｋｄ、鏡面反射率ｋｓ、光沢の鋭さを表す係数ｎは定数で、固定値としてもよいし、ユーザが設定するようにしてもよい。これらは媒体の材質によって定まるものである。
【００６５】
以上より、制御部３は、光源から照射された光による媒体の各画素の輝度値Ｉoを、次の式（１７）により算出する。
【００６６】
Ｉo＝Ｉｄ＋Ｉｓ＝Ｉｉ（ｋｄｃｏｓβ＋ｋｓｃｏｓｎα） ・・・（１７）
【００６７】
以上の演算により各画素に輝度値が設定されると、次に、柄癖可視化装置１の制御部３は、ステップＳ１０４またはＳ１０５で算出した各画素の輝度値を媒体の鉛直方向に投影変換する（ステップＳ１０６）。
平行投影の場合、変換前後で注目画素のｘ、ｙ座標は変わらないため、算出した輝度値を元の画素のｘ、ｙ位置での値とする。なお、投影変換は、平行投影に限らず、例えば、透視投影でもよい。
制御部３は投影変換後の画素の輝度値を輝度データメモリに格納する（ステップＳ１０７）。
【００６８】
次に、柄癖可視化装置１の制御部３は、ハイトフィールド２９の全画素についてステップＳ１０３〜ステップＳ１０７の処理が終了したか否かを判定し（ステップＳ１０８）、全画素の処理が終了していなければ、次の画素に移動し（ステップＳ１０９）、ステップＳ１０３〜ステップＳ１０７の処理を繰り返し実行する。繰り返し処理によってハイトフィールド２９の全画素についてステップＳ１０３〜ステップＳ１０７の処理が行われると（ステップＳ１０８；Ｙｅｓ）、制御部３は、輝度データメモリに格納された各画素の輝度値に応じた画像を出力画像として出力する（ステップＳ１１０）。
【００６９】
ステップＳ１１０において、柄癖可視化装置１の制御部３は、輝度値を階調数に応じた値（例えば、０から２５５といった所定範囲の整数や０か１の整数等）に正規化し、グレースケール画像または色相画像として表示したり、ファイル出力したり、印刷装置に印刷させたりする。
【００７０】
輝度値を０から２５５の整数に正規化し、その数値を濃度値に変換して出力した場合は、２５６階調のグレースケール画像が出力される。また輝度値を０か１の整数に正規化した場合は、２値画像として出力される。
【００７１】
また、輝度値を例えば０から２５５の整数に正規化し、その数値を図１０に示すようなＲ・Ｇ・Ｂの組み合わせからなる色相データに変換して出力した場合は、色相画像が出力される。
【００７２】
図１１に示す出力画像は、図３に示す織物調の意匠のハイトフィールド２９に対して本柄癖可視化処理を施し、柄癖が表現された画像である。図３の入力画像には本柄癖可視化処理の効果を分かり易くするために、本来の意匠とは異なる柄癖として、アルファベットの大文字「Ａ」の模様をすり込んでいる。すり込むための具体的な方法は、大文字「Ａ」の部分は光の強度が強くなる形状を含む傾向を高くし、大文字「Ａ」以外の領域では光の強度が強くなる形状を含む傾向を低くしている。図１１をディスプレイ装置上で目視すると、視点角度によっては部分的に濃淡が浮き出し、アルファベットの大文字「Ａ」が柄癖として認識できる。図１１は柄癖を濃淡で示しているが、色相の変化で表現すれば、より明確に認識できる。
【００７３】
実際の柄癖確認作業では、図１２に示す３パターンの位置からの意匠の確認が行われる。
（ａ）意匠の施された壁紙から所定距離（数メートル程度）離れた位置に確認者が立ち、斜め方向（γ１＝１５°程度）から光をあて、その反対の方向（γ２＝１５°程度）から確認者が目視する。
（ｂ）壁紙の配置を９０度回転させて、上述の（ａ）と同様に確認者が目視する。
（ｃ）光源の位置は（ａ）と同様にし、視点は光源の方位角と９０度をなす方向とする。
【００７４】
従って、図２の柄癖可視化処理のステップＳ１０２で設定する光源方向及び視点方向も、図１２（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すパターンで、光源方向及び視点方向を設定することが望ましい。ただし、この他の光源方向及び視点方向に設定することを妨げるものではなく、必要に応じて適当な光源方向及び視点方向の設定が行われることが望ましい。
【００７５】
また、通常、壁紙等は、数メートル離れた位置から視認されることが多いため、柄癖を見る際には視覚的にぼやけることがある。
そこで、図１１の出力画像に対して、更に、ぼかし処理を施すようにしてもよい。
【００７６】
ぼかし処理とは、例えば、注目画素の周辺の画素（ぼかすときの範囲）に重みをかけた後、足し合わせ、画素数で除した値とすることである。このぼかすときの範囲、すなわちフィルタの形状は正方形、長方形、円形、楕円形などが一般的であるが、本発明の柄癖可視化装置１においては、楕円形を採用することが好適である。これは、観察者が壁紙を見るときの視点位置が壁紙に対して斜め方向にあるため、観察者が投影面での円を見ていても、壁紙では楕円形の領域が投影されているからである。すなわち、観察者は楕円形の領域の輝度値を積算した値を観察しているとみなせる。
図１３は、図１１の出力画像に対して、ぼかし処理を施した画像である。本来の意匠とは異なる柄癖であるアルファベットの大文字「Ａ」が中央に確認できる。
【００７７】
以上説明したように、本発明の実施の形態に係る柄癖可視化装置１は、媒体表面に対する光源方向と視点方向を設定し、媒体のハイトフィールド２９、設定された光源方向、視点方向を用いて、影及びオクルージョンを考慮した輝度値を算出し、投影面３３に投影し、この投影画像を出力する。出力される投影画像は、グレースケール画像、二値画像、または色相画像等の出力画像に変換して出力される。よって、媒体表面の凹凸により生じる柄癖を画像として確認できるようになり、柄癖確認用のエンボス版を製造する必要がなくなる。また、視点方向や光源方向に応じた影及びオクルージョンを考慮するため、柄癖を正確に可視化できる。
【００７８】
また、制御部３は、ハイトフィールド２９の各画素について陰影またはオクルージョンが有るか否かを判定し、陰影またはオクルージョンがあると判定された画素については、その画素の輝度値を０とするか、または他の画素より小さく設定するので、陰影またはオクルージョンとなる画素を他の領域より暗くでき、実環境と同様に柄癖を表現できる。
【００７９】
また、出力画像にぼかし処理を施せば、遠方から意匠を観察したような画像を出力でき、壁紙等の大判の対象についての柄癖確認作業に好適である。
また、出力画像は、濃淡情報、二値情報、または色相情報として表されるため、画像の濃淡、二値（白／黒）、または色相によって柄癖の観察を容易に行うことが可能となる。
【００８０】
以上、添付図面を参照して、本発明に係る柄癖確認装置等の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されない。当業者であれば、本願で開示した技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【符号の説明】
【００８１】
１・・・・・・柄癖可視化装置
３・・・・・制御部
５・・・・・記憶部
７・・・・・メディア入出力部
９・・・・・通信制御部
１１・・・・入力部
１３・・・・表示部
１５・・・・周辺機器Ｉ／Ｆ部
１７・・・・バス
１９・・・・ネットワーク
２９・・・・ハイトフィールド
３３・・・・投影面
Ｐ・・・・・視点（光源）
Ｑ・・・・・注目画素のハイトフィールド
Ｑ’・・・・・注目画素
Ｒ・・・・・走査画素Ｒ’における視線ＰＱの高さ位置
Ｒ’・・・・・走査画素
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力されたハイトフィールドに対して設定される視点及び光源により生じる陰影及びオクルージョンを反映して、前記ハイトフィールドの各画素の輝度値を算出し、所定の投影面へ投影した投影画像を生成する演算手段と、
前記演算手段により生成された投影画像を出力する出力手段と、
を備える柄癖可視化装置。
【請求項２】
前記演算手段は、
前記ハイトフィールドの各画素について前記陰影またはオクルージョンか否かを判定する判定手段を備え、
前記判定手段によって陰影またはオクルージョンがあると判定された画素については前記輝度値を０とするか、または他の画素より小さく算出することを特徴とする請求項１に記載の柄癖可視化装置。
【請求項３】
前記投影画像の各画素に対して、ぼかし処理を施すぼかし手段を更に備え、
前記出力手段によって出力される画像は、前記ぼかし手段によるぼかし処理が施された画像を含むことを特徴とする請求項１に記載の柄癖可視化装置。
【請求項４】
前記投影画像は、前記演算手段により算出された各画素の輝度値を、濃淡情報、二値情報、または色相情報として表した画像であることを特徴とする請求項１に記載の柄癖可視化装置。
【請求項５】
入力されたハイトフィールドに対して設定される視点及び光源により生じる陰影及びオクルージョンを反映して、前記ハイトフィールドの各画素の輝度値を算出し、所定の投影面へ投影した投影画像を生成する演算ステップと、
前記演算ステップにより生成された投影画像を出力する出力ステップと、
を含む柄癖可視化方法。
【請求項６】
前記演算ステップは、
前記ハイトフィールドの各画素について前記陰影またはオクルージョンか否かを判定する判定ステップを備え、
前記判定ステップにおいて陰影またはオクルージョンがあると判定された画素については前記輝度値を０とするか、または他の画素より小さく算出することを特徴とする請求項５に記載の柄癖可視化方法。
【請求項７】
前記投影画像の各画素に対して、ぼかし処理を施すぼかしステップを更に備え、
前記出力ステップによって出力される画像は、前記ぼかし処理が施された画像を含むことを特徴とする請求項５に記載の柄癖可視化方法。
【請求項８】
前記投影画像は、前記演算ステップにより算出された各画素の輝度値を、濃淡情報、二値情報、または色相情報として表した画像であることを特徴とする請求項５に記載の柄癖可視化方法。
【請求項９】
コンピュータにより読み取り可能なプログラムであって、
入力されたハイトフィールドに対して設定される視点及び光源により生じる陰影及びオクルージョンを反映して、前記ハイトフィールドの各画素の輝度値を算出し、所定の投影面へ投影した投影画像を生成する演算ステップと、
前記演算ステップにより生成された投影画像を出力する出力ステップと、
を含むことを特徴とするプログラム。
【請求項１】
入力されたハイトフィールドに対して設定される視点及び光源により生じる陰影及びオクルージョンを反映して、前記ハイトフィールドの各画素の輝度値を算出し、所定の投影面へ投影した投影画像を生成する演算手段と、
前記演算手段により生成された投影画像を出力する出力手段と、
を備える柄癖可視化装置。
【請求項２】
前記演算手段は、
前記ハイトフィールドの各画素について前記陰影またはオクルージョンか否かを判定する判定手段を備え、
前記判定手段によって陰影またはオクルージョンがあると判定された画素については前記輝度値を０とするか、または他の画素より小さく算出することを特徴とする請求項１に記載の柄癖可視化装置。
【請求項３】
前記投影画像の各画素に対して、ぼかし処理を施すぼかし手段を更に備え、
前記出力手段によって出力される画像は、前記ぼかし手段によるぼかし処理が施された画像を含むことを特徴とする請求項１に記載の柄癖可視化装置。
【請求項４】
前記投影画像は、前記演算手段により算出された各画素の輝度値を、濃淡情報、二値情報、または色相情報として表した画像であることを特徴とする請求項１に記載の柄癖可視化装置。
【請求項５】
入力されたハイトフィールドに対して設定される視点及び光源により生じる陰影及びオクルージョンを反映して、前記ハイトフィールドの各画素の輝度値を算出し、所定の投影面へ投影した投影画像を生成する演算ステップと、
前記演算ステップにより生成された投影画像を出力する出力ステップと、
を含む柄癖可視化方法。
【請求項６】
前記演算ステップは、
前記ハイトフィールドの各画素について前記陰影またはオクルージョンか否かを判定する判定ステップを備え、
前記判定ステップにおいて陰影またはオクルージョンがあると判定された画素については前記輝度値を０とするか、または他の画素より小さく算出することを特徴とする請求項５に記載の柄癖可視化方法。
【請求項７】
前記投影画像の各画素に対して、ぼかし処理を施すぼかしステップを更に備え、
前記出力ステップによって出力される画像は、前記ぼかし処理が施された画像を含むことを特徴とする請求項５に記載の柄癖可視化方法。
【請求項８】
前記投影画像は、前記演算ステップにより算出された各画素の輝度値を、濃淡情報、二値情報、または色相情報として表した画像であることを特徴とする請求項５に記載の柄癖可視化方法。
【請求項９】
コンピュータにより読み取り可能なプログラムであって、
入力されたハイトフィールドに対して設定される視点及び光源により生じる陰影及びオクルージョンを反映して、前記ハイトフィールドの各画素の輝度値を算出し、所定の投影面へ投影した投影画像を生成する演算ステップと、
前記演算ステップにより生成された投影画像を出力する出力ステップと、
を含むことを特徴とするプログラム。
【図１】
【図２】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１２】
【図３】
【図１１】
【図１３】
【図２】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１２】
【図３】
【図１１】
【図１３】
【公開番号】特開２０１１−１０３０９７（Ｐ２０１１−１０３０９７Ａ）
【公開日】平成２３年５月２６日（２０１１．５．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２５８５０１（Ｐ２００９−２５８５０１）
【出願日】平成２１年１１月１２日（２００９．１１．１２）
【出願人】（０００００２８９７）大日本印刷株式会社 (14,506)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年５月２６日（２０１１．５．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１１月１２日（２００９．１１．１２）
【出願人】（０００００２８９７）大日本印刷株式会社 (14,506)
【Ｆターム（参考）】
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