JP2006223366A - 肌の凹凸状態を評価・模擬するシミュレーション装置及びシミュレーション方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 取り扱いが容易であり、簡単に肌の凹凸状態を評価・模擬するシミュレーション装置及びシミュレーション方法を提供することを目的とする。
【解決手段】 肌の凹凸状態を評価・模擬するシミュレーション装置１であって、ユーザからの要求に応じて、環境条件を設定する環境条件設定手段と、肌の凹凸状態を表す３次元の点群データおよび環境条件に応じて、肌の凹凸状態の評価および陰影の状態を模擬した三次元画像を作成する三次元画像作成手段とを有することにより上記課題を解決する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、肌の凹凸状態を評価・模擬するシミュレーション装置及びシミュレーション方法に係り、特に肌の凹凸状態を表す３次元の点群データから三次元画像を作成するシミュレーション装置及びシミュレーション方法に関する。

例えば肌の凹凸状態を評価する方法として、肌レプリカによる評価方法があった（特許文献１参照）。ここで言う肌レプリカとは、レプリカ剤を肌に塗布し、レプリカ剤が乾燥した後で肌から剥離させて採取したものである。肌レプリカは、肌の凹凸状態を表すのに有効な方法である。
特開平５−３１７２９２号公報

肌レプリカは、実際の皮膚の状態を表すものであり、あまり高いコストを掛けることなく、肌の凹凸状態を表現することができる。しかしながら、肌レプリカは時間経過により硬化し、形状が変化してしまう。したがって、肌レプリカは保存や保管等、取り扱いが容易でないという問題があった。

本発明は、上記の点に鑑みなされたもので、取り扱いが容易であり、簡単に肌の凹凸状態を評価・模擬するシミュレーション装置及びシミュレーション方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は、肌の凹凸状態を評価・模擬するシミュレーション装置であって、ユーザからの要求に応じて、環境条件を設定する環境条件設定手段と、肌の凹凸状態を表す３次元の点群データおよび前記環境条件に応じて、肌の凹凸状態の評価および陰影の状態を模擬した三次元画像を作成する三次元画像作成手段とを有することを特徴とする。

前記三次元画像作成手段は、陰，影及び半影の状態を模擬することを特徴としてもよい。

前記環境条件設定手段は、ユーザからの指示に応じて視点および光源の位置を設定することを特徴としてもよい。

前記光源の位置を緯度的又は経度的に変化させ、前記肌の皮丘又はキメの状態を表現することを特徴としてもよい。

前記肌の凹凸状態を表す３次元の点群データを計測する計測手段に接続され、前記計測手段から前記３次元の点群データを取得することを特徴としてもよい。

前記三次元画像と共に、前記環境条件をユーザに提示する提示手段を更に有することを特徴としてもよい。

前記肌の皮丘およびキメの状態に応じて前記肌を分類し、その分類に関連付けられている商品情報を提示することを特徴としてもよい。

また、本発明は、肌の凹凸状態を評価・模擬するシミュレーション方法であって、ユーザからの要求に応じて、環境条件を設定するステップと、肌の凹凸情報を表す３次元の点群データおよび前記環境条件に応じて、肌の凹凸状態の評価および陰影の状態を模擬した三次元画像を作成するステップとを有することを特徴とする。

本発明では、肌の凹凸状態を３次元の点群データで保持しておき、その点群データおよび環境条件に応じて肌の凹凸状態の評価および陰影の状態を模擬した三次元画像を作成する。肌の凹凸状態を３次元の点群データで保持しておくことで、取り扱いが容易となる。また、本発明では点群データおよび環境条件に応じて、肌の凹凸状態の評価および陰影の状態を模擬した三次元画像を簡単に作成できる。

本発明によれば、取り扱いが容易であり、簡単に肌の凹凸状態を評価・模擬するシミュレーション装置およびシミュレーション方法を提供可能である。

次に、本発明を実施するための最良の形態を、以下の実施例に基づき図面を参照しつつ説明していく。

図１は、本発明によるシミュレーションシステムの一実施例の構成図である。図１のシミュレーションシステムは、シミュレーション装置１，計測装置２を含む構成である。シミュレーション装置１は、計測装置２に接続されている。

図２は、シミュレーション装置１を実現する一例のハードウェア構成図である。図２のシミュレーション装置１は、それぞれバスＢで相互に接続されている入力装置１１と，出力装置１２と，ドライブ装置１３と，補助記憶装置１４と，メモリ装置１５と，演算処理装置１６と，インターフェース装置１７と，データベース（以下、ＤＢという）１８とを有するように構成される。なお、図２のシミュレーション装置１を構成する各種デバイスは１つの筐体に収容してもよいし、複数の筐体に分散して収容してもよい。

入力装置１１はキーボード，マウスなどで構成され、様々な操作指示を入力するために用いられる。出力装置１２はディスプレイなどで構成され、操作に必要な各種ウインドウやデータ等を表示する。また、インターフェース装置１７は計測装置２に接続する為のインターフェースである。

シミュレーション装置１を制御するプログラムは、ＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体１９によって提供される。記録媒体１９は、ドライブ装置１３にセットされ、プログラムが記録媒体１９からドライブ装置１３を介して補助記憶装置１４にインストールされる。なお、プログラムを記録した記録媒体１９は、ＣＤ−ＲＯＭ、フレキシブルディスク、光磁気ディスク（ＭＯ）等の様に情報を光学的，電気的或いは磁気的に記録する記録媒体、又はＲＯＭ、フラッシュメモリ等の様に情報を電気的に記録する半導体メモリ等、様々なタイプの記録媒体を用いることが可能である。

また、プログラムはネットワーク（図示せず）を介して接続される他のコンピュータの記録媒体等に記録されているものも含まれる。他のコンピュータの記録媒体等に記録されているプログラムは、ネットワークを介してダウンロードされて補助記憶装置１４にインストールされる。補助記憶装置１４は、インストールされたプログラムと、そのプログラムの処理に必要な各種ファイル等を格納する。

メモリ装置１５は、補助記憶装置１４からプログラムを読み出して格納する。演算処理装置１６は、メモリ装置１５に格納されたプログラムに従ってシミュレーション装置１の各種プロセス又は手段を実現する。

図３は、レーザスキャナの一例のイメージ図である。なお、レーザスキャナは計測装置２の一例である。レーザスキャナは、後述する肌レプリカをサンプリングし、肌の凹凸状態を表す３次元の点群データを取得できる。計測装置２は、レーザスキャナに限定されるものでなく、肌の凹凸状態を表す３次元の点群データを取得可能な如何なる装置であってもよい。

図４は、本発明によるシミュレーション方法の工程を示すフローチャートである。ステップＳ１に進み、肌の凹凸状態を表す点群データの取得が行われる。例えば点群データの取得は、図５のような肌レプリカ２１を採取し、計測装置２としての図３のレーザスキャナにより肌レプリカ２１をサンプリングすることで、肌レプリカ２１をデジタル化した点群データを取得できる。肌レプリカ２１をデジタル化した点群データで保管することにより、肌レプリカ２１のままで保管する場合と比べて取り扱いが容易となり、保管場所も狭くて済む。

図５は、肌レプリカ２１の一例のイメージ図である。図５の肌レプリカ２１は、レプリカ剤をモデル等の肌に塗布し、レプリカ剤が乾燥した後で、モデル等の肌から剥離させて採取したものである。肌レプリカ２１の一面には、肌の凹凸状態が表されている。

採取された図５の肌レプリカ２１は、図３のレーザスキャナにセットされ、サンプリングされる。なお、肌レプリカ２１は塗布面（肌の凹凸状態が表されている反対の面）が平らでないことが多い。そこで、肌レプリカ２１をサンプリングする前に、肌レプリカ２１の傾きを除去するための平滑化処理を行うことが望ましい。

図６は、３次元の点群データ２２の一例のイメージ図である。点群データ２２は、各点データをＸ，Ｙ及びＺ座標で表している。点群データ２２は肌の凹凸状態を表しているものであり、図７のような点群２３を表すことができる。図７は、肌の凹凸状態を表す点群２３の一例のイメージ図である。

計測装置２から点群データ２２を取得すると、シミュレーション装置１はステップＳ１に続いてステップＳ２に進み、後述するライティングシミュレーション機能に必要な環境条件としてノイズ除去や不要データのトリミング、倍率の値をユーザからの要求に基づき設定する。ステップＳ２に続いてステップＳ３に進み、シミュレーション装置１は肌の凹凸状態を表す点群データ２２および環境条件に応じて、肌の凹凸状態を再現した図８のようなポリゴンデータによる三次元画像２４を作成する。

図８は、ポリゴンデータによる三次元画像２４を表す一例のイメージ図である。図８のポリゴンデータによる三次元画像２４は、肌の凹凸状態を表す点群データ２２、ノイズ除去や不要データのトリミング、倍率といった環境条件に応じたレンダリングを行ったものであり、様々な方向からの観察（回転）やステレオ視による立体表示が可能である。シミュレーション装置１は、三次元画像２４を利用して、後述するビューア機能，データ出力機能，断面表示／計測機能，ライティングシミュレーション機能を実現する。

図９は、ビューア機能のイメージを表す画面図である。図９のビューア機能では、任意の角度から任意の大きさで肌の凹凸状態を表現できる。また、データ出力機能は肌レプリカ２１を再構成可能な光造形システムや立体視が可能な立体視システムへ点群データ２２より生成されるポリゴンデータを供給できる。例えば光造形システムは、点群データ２２より生成されるポリゴンデータから光造形法により触れる肌形状模型を作成できる。光造形システムでは、紫外線に反応して硬化する液状の樹脂を、紫外線レーザにより硬化、積層して精密な肌形状模型を作成する。図１０は、断面表示／計測機能のイメージを表す画面図である。図１０の断面表示／計測機能では、二点間距離計測や水平垂直断面計測を行なうことができる。

しかしながら、図９のビューア機能および図１０の断面表示／計測機能は、光によってできる肌のキメや毛穴などの凹凸状態の陰影が、肌の見え方にどのように影響しているかの解明に適していない。そこで、本発明によるシミュレーション装置１ではライティングシミュレーション機能を実現している。ライティングシミュレーションとは、凹凸の大小や視点および光源の位置に応じた陰影（表面反射変化）の状態を模擬するものである。

ここで、シミュレーション装置１により実現するライティングシミュレーション機能について説明する。図１１は、ＣＧ（コンピュータグラフィックス）による陰影表現を表した一例のイメージ図である。ＣＧによる陰影表現は、陰（Shade）及び影（Shadow）を考慮しなければならない。

しかしながら、一般的なレンダリング手法では画像生成の高速化の為に影を考慮していない。ここで、レンダリング手法とは、３次元の点群データ２２より生成されるポリゴンデータから肌の凹凸状態を表す三次元画像２４を作成する技法である。このような一般的なレンダリング手法には、例えばＺバッファ法，スキャンライン法が該当する。影を考慮しない一般的なレンダリング手法はリアリティ性が低く、光によってできる肌のキメや毛穴などの凹凸状態の陰影が、肌の見え方にどのように影響しているかの解明に適していなかった。

そこで、本発明によるシミュレーション装置１では、陰だけでなく影も考慮できるレイトレーシング法の適用を検討した。ここで、レイトレーシング法とは、視点から光源へ向けて光を逆追跡して三次元画像を生成する手法である。その結果、半影も含めて陰影を考慮できる分散レイトレーシング法を、本発明によるシミュレーション装置１のライティングシミュレーション機能に適用した。ここで、分散レイトレーシング法とは、レイトレーシング法を改良し、視点から光源方向へ幅を持たせて、複数回数、光を逆追跡して三次元画像２４を生成する手法である。

図１２は、レンダリング手法による陰影の見え方の違いを表したイメージ図である。ここでは、くぼみの右上方向に光源がある例を表している。図１２中、左側のくぼみは一般的なレンダリング手法を利用したものであり、陰のみを考慮している。図１２中、真ん中のくぼみはレイトレーシング法を利用したものであり、陰及び影を考慮している。図１２中、右側のくぼみは分散レイトレーシング法を利用したものであり、陰，影及び半影を考慮している。図１２では、陰，影及び半影を考慮した右側のくぼみのリアリティ性が最も高く、陰のみを考慮した左側のくぼみのリアリティ性が最も低い。

本発明によるシミュレーション装置１では、光によってできる肌のキメや毛穴などの凹凸状態の陰影が、肌の見え方にどのように影響しているかを解明する為に、計算量は多いが陰影のリアリティ性が最も高い分散レイトレーシング法を適用している。

図１３は、ライティングシミュレーション機能のメイン画面を表す一例のイメージ図である。図１３のメイン画面１００ではカメラ及びライトの位置を切り換えながら、レンダリング処理により陰影の状態を確認できる。メイン画面１００は、ビューウインドウ１０１，カメラ・ライト位置情報１０２，カメラ情報１０３，ライト情報１０４を含むように構成されている。

ビューウインドウ１０１は、レンダリング結果を表示する。カメラ・ライト位置情報１０２は、カメラ及びライトの位置を視覚的に表示する。カメラ・ライト位置情報１０２ではそれぞれの位置を極座標表示により表現しており、紙面に垂直な方向を緯度方向、水平な方向の円周に沿って経度をとる。この座標の中心に三次元画像を設置している。カメラ情報１０３は、設定されているカメラのパラメータを表形式で表示する。ライト情報１０４は、設定されているライトのパラメータを表形式で表示する。

ユーザは、カメラ・ライト位置情報１０２，カメラ情報１０３，ライト情報１０４を利用して、カメラ及びライトの位置を設定できる。図１４は、カメラ・ライト位置情報の一例の拡大図である。図１４のカメラ・ライト位置情報１０２は、四角に囲まれた数字がカメラの位置を表し、丸に囲まれた数字がライトの位置を表している。

ユーザは、カメラ及びライトの位置を設定したあと、そのカメラ及びライトの位置に応じたレンダリングを行なう。そして、ユーザはカメラ及びライトの位置に応じたレンダリング結果をビューウインドウ１０１で確認する。

以下、ライティングシミュレーション機能を利用して、光によってできる肌のキメや毛穴などの凹凸状態の陰影が、肌の見え方にどのように影響しているかを解明する処理の一例について説明する。

図１５〜図２３は、ライトの位置を緯度的に変化させた場合のビューウインドウ１０１及びカメラ・ライト位置情報１０２の遷移を表している。例えば図１５は、肌の左方向にライトがある例を表している。図１９は、肌の上方向にライトがある例を表している。図２３は、肌の右方向にライトがある例を表している。言い換えれば、図１５〜図２３は光を照射する仰角を段階的に変化させたときの遷移を表していると言うこともできる。

図２４〜図３０は、ライトの位置を経度的に変化させた場合のビューウインドウ１０１及びカメラ・ライト位置情報１０２の遷移を表している。例えば図２４〜図３０は、反時計回りにライトの位置を変化させる例を表している。言い換えれば、図２４〜図３０は光を照射する経度的な角度を段階的に変化させたときの遷移を表していると言うこともできる。

ライトの位置を緯度的又は経度的に変化させると、肌の丘皮又はキメの状態を表現することができる。特に、ライトの位置を緯度的に変化させた場合は、皮丘の状態をよりよく表現できる。また、ライトの位置を経度的に変化させた場合は、キメの状態をよりよく表現できる。

このように、ユーザは図１５〜図３０を利用して肌の丘皮やキメの状態である凹凸状態の度合いや陰影感を認識できる。

図３１は、キメが細かい肌へ光を照射するライトの位置を変化させた場合のレンダリング結果の遷移を表している。図３１のレンダリング結果を参照すると、キメに方向性があることを認識できる。したがって、ユーザは図３２に示すように、肌に照射する光の角度を変化させることにより、キメの方向性がわかりやすいレンダリング結果を選んで見ることができる。

また、図３３は毛穴が目立つ肌へ光を照射するライトの位置を変化させた場合のレンダリング結果の遷移を表している。図３３のレンダリング結果を参照すると、毛穴の目立ち方に差があることが分かる。したがって、ユーザは肌に照射する光の角度を変化させることにより、毛穴の目立ち方がわかりやすいレンダリング結果を選んで見ることができる。

本発明によるシミュレーション装置１は、前述したビューア機能，データ出力機能，断面表示／計測機能，ライティングシミュレーション機能を利用して、肌レプリカ２１を評価することもできる。例えば肌レプリカ２１を評価するパラメータは、肌全体，キメ部位及び皮丘部位に分類できる。そして、各パラメータの数値の大小によって肌を分類することができる。

肌全体に関するパラメータは、基準面からの深さの分類及び統計量（個数、平均値、分散、尖度、歪度など）を含む。キメ部位に関するパラメータは、深さの分布，総体積・総周囲長、曲率の変化、方向性、連続性、及びこれらの分布の仕方を表す統計量（個数、平均値、分散、尖度、歪度など）を含む。また、皮丘部位に関するパラメータは表面積の分布，体積，曲率，形状（水平経、垂直経、円形度、周囲長など）、及びこれらの分布の仕方を表す統計量（個数、平均値、分散、尖度、歪度など）を含む。そして、肌レプリカ２１の評価結果に応じて肌を分類し、その分類と商品情報とを対応付けてデータベース化しておくことにより、ユーザへの商品の提案が容易となる。

なお、上記したステップＳ１の説明では、レーザスキャナにより肌レプリカ２１をサンプリングすることで、肌レプリカ２１をデジタル化した点群データ２２を取得するレプリカ法を例に説明したが、この方法に限るものではない。例えばレーザ法、光投影法など非接触三次元計測法を用いた計測装置２により肌の凹凸状態を表す点群データ２２を取得する場合、顧客の肌から点群データ２２を直接取得できる。したがって、デパート等の化粧品売場店頭に本発明によるシミュレーションシステムを設置しておき、肌の凹凸状態を切り口にした肌のカウンセリングが可能となる。

また、計測装置２によって取得された三次元の点群データは、本発明のシミュレーション装置１によって編集、解析され、肌の凹凸状態の評価および肌の凹凸状態を表すレンダリング結果（ポリゴン画像）を顧客に提示できる。提示した内容は、顧客個人の肌の特徴を表しており、それぞれの肌への化粧品の効果や選択法などのカウンセリングに活用できる。

例えばスキンケアであれば、化粧水や乳液、クリームなどスキンケア化粧品の使用前後におけるキメや毛穴などの凹凸状態の変化を元に、化粧品の効果を顧客に提示し、理解を深めることができる。ファンデーションであれば、前述した各パラメータ（キメや毛穴の大きさ、分布パターンなど）からパウダリーファンデーション、リキッドファンデーションおよび、これらと下地の組合せなど肌の状態にあった最適な剤型の選択を行なうこともできる。

また、本発明ではレーザスキャナにより肌レプリカ２１をサンプリングし、肌レプリカ２１をデジタル化した点群データ２２を取得できる。また、肌レプリカ２１をデジタル化した点群データ２２からは肌形状模型を製造できる。したがって、本発明では肌レプリカ２１をデジタル保管することができ、必要なときに肌の凹凸状態の評価が可能となる。

なお、本発明は上記の実施例に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変形や変更が可能である。

本発明によるシミュレーションシステムの一実施例の構成図である。 シミュレーション装置を実現する一例のハードウェア構成図である。 レーザスキャナの一例のイメージ図である。 本発明によるシミュレーション方法の工程を示すフローチャートである。 肌レプリカの一例のイメージ図である。 ３次元の点群データの一例のイメージ図である。 肌の凹凸状態を表す点群の一例のイメージ図である。 三次元画像を表す一例のイメージ図である。 ビューア機能のイメージを表す画面図である。 断面表示／計測機能のイメージを表す画面図である。 ＣＧ（コンピュータグラフィックス）による陰影表現を表した一例のイメージ図である。 レンダリング手法による陰影の見え方の違いを表したイメージ図である。 ライティングシミュレーション機能のメイン画面を表す一例のイメージ図である。 カメラ・ライト位置情報の一例の拡大図である。 ライトの位置を緯度的に変化させた場合のビューウインドウ及びカメラ・ライト位置情報の遷移を表している。 ライトの位置を緯度的に変化させた場合のビューウインドウ及びカメラ・ライト位置情報の遷移を表している。 ライトの位置を緯度的に変化させた場合のビューウインドウ及びカメラ・ライト位置情報の遷移を表している。 ライトの位置を緯度的に変化させた場合のビューウインドウ及びカメラ・ライト位置情報の遷移を表している。 ライトの位置を緯度的に変化させた場合のビューウインドウ及びカメラ・ライト位置情報の遷移を表している。 ライトの位置を緯度的に変化させた場合のビューウインドウ及びカメラ・ライト位置情報の遷移を表している。 ライトの位置を緯度的に変化させた場合のビューウインドウ及びカメラ・ライト位置情報の遷移を表している。 ライトの位置を緯度的に変化させた場合のビューウインドウ及びカメラ・ライト位置情報の遷移を表している。 ライトの位置を緯度的に変化させた場合のビューウインドウ及びカメラ・ライト位置情報の遷移を表している。 ライトの位置を経度的に変化させた場合のビューウインドウ及びカメラ・ライト位置情報の遷移を表している。 ライトの位置を経度的に変化させた場合のビューウインドウ及びカメラ・ライト位置情報の遷移を表している。 ライトの位置を経度的に変化させた場合のビューウインドウ及びカメラ・ライト位置情報の遷移を表している。 ライトの位置を経度的に変化させた場合のビューウインドウ及びカメラ・ライト位置情報の遷移を表している。 ライトの位置を経度的に変化させた場合のビューウインドウ及びカメラ・ライト位置情報の遷移を表している。 ライトの位置を経度的に変化させた場合のビューウインドウ及びカメラ・ライト位置情報の遷移を表している。 ライトの位置を経度的に変化させた場合のビューウインドウ及びカメラ・ライト位置情報の遷移を表している。 キメが細かい肌へ光を照射するライトの位置を変化させた場合のレンダリング結果の遷移を表している。 キメの方向性がわかりやすいレンダリング結果の一例のイメージ図である。 毛穴が目立つ肌へ光を照射するライトの位置を変化させた場合のレンダリング結果の遷移を表している。

符号の説明

１ シミュレーション装置
２ 計測装置
２１ 肌レプリカ
２２ 点群データ
２３ 点群
２４ 三次元画像
１００ メイン画面
１０１ ビューウインドウ
１０２ カメラ・ライト位置情報
１０３ カメラ情報
１０４ ライト情報

Claims (8)

1. 肌の凹凸状態を評価・模擬するシミュレーション装置であって、
   ユーザからの要求に応じて、環境条件を設定する環境条件設定手段と、
   肌の凹凸状態を表す３次元の点群データおよび前記環境条件に応じて、肌の凹凸状態の評価および陰影の状態を模擬した三次元画像を作成する三次元画像作成手段と、
   を有するシミュレーション装置。
2. 前記三次元画像作成手段は、陰，影及び半影の状態を模擬することを特徴とする請求項１記載のシミュレーション装置。
3. 前記環境条件設定手段は、ユーザからの指示に応じて視点および光源の位置を設定することを特徴とする請求項１記載のシミュレーション装置。
4. 前記光源の位置を緯度的又は経度的に変化させ、前記肌の皮丘又はキメの状態を表現することを特徴とする請求項３記載のシミュレーション装置。
5. 前記肌の凹凸状態を表す３次元の点群データを計測する計測手段に接続され、前記計測手段から前記３次元の点群データを取得することを特徴とする請求項１乃至４何れか一項記載のシミュレーション装置。
6. 前記三次元画像と共に、前記環境条件をユーザに提示する提示手段を更に有することを特徴とする請求項１乃至５何れか一項記載のシミュレーション装置。
7. 前記肌の皮丘およびキメの状態に応じて前記肌を分類し、その分類に関連付けられている商品情報を提示することを特徴とする請求項１乃至６何れか一項記載のシミュレーション装置。
8. 肌の凹凸状態を評価・模擬するシミュレーション方法であって、
   ユーザからの要求に応じて、環境条件を設定するステップと、
   肌の凹凸情報を表す３次元の点群データおよび前記環境条件に応じて、肌の凹凸状態の評価および陰影の状態を模擬した三次元画像を作成するステップと
   を有するシミュレーション方法。