JP2009015811A - デジタル拓本装置及び方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】2次元デジタルイメージが保存された絵板110上に紙を載せた後、電子鉛筆130で擦りながら2次元デジタルイメージを転写する。電子鉛筆130は、位置発信手段132と、印刷するマーキング手段133とを備えており、絵板110は、電子鉛筆130の位置発信手段132から出る信号の入力を受けて電子鉛筆130の位置を把握する電子鉛筆位置認識手段112と、電子鉛筆位置認識手段112で把握される電子鉛筆130の現在の位置座標から総体的なシステム遅延を勘案して印刷出力座標を計算し、印刷出力座標のピクセルを参照して印刷出力信号を計算し、印刷出力信号に変化がある場合、制御信号を電子鉛筆130へ送信するデジタル拓本装置を構成する。
【選択図】図3
Description
一方、デジタル拓本(Digital rubbing)は、伝統的な拓本やラビング画法をデジタル化したもので、図2に示すように、表面に物理的な凹凸パターンが刻印された物体の代わりに、2次元デジタルグラフィックイメージが内蔵された平らな絵板110を使用し、その上に紙120を載せた後、電子鉛筆130で擦って紙120上にグラフィックイメージ122を直接転写する、新しいグラフィックイメージの出力方法である。
デジタル拓本と類似した従来の発明としては、手で握ってイメージを紙に直接出力するハンドヘルドプリンター(hand−held printer)がある。ハンドヘルドプリンターに対する発明は、既に相当の数のものが存在している。このうち、関連性のある発明を挙げながら本発明との差を考察した。
Yamada(米国特許第5,927,872号)は、光センサを用いて印刷する間に印刷用紙の表面を動かし、ハンドヘルドプリンターの相対的な変位を測定して印刷する方式を提案した。ハンドヘルドプリンターの位置変化は、光センサから得られるナビゲーション情報を用いて実時間で把握された。印刷用紙表面のイメージは、所定時間間隔でキャプチャーされる。光センサは、紙の表面から反射される陰影の特徴点や微細なパターン変化を検出し、これに基づいてハンドヘルドプリンターの動きを計算した。
Saund(米国特許第6,517,266 B2号)は、保存されたイメージをホワイトボードの表面に印刷できるハンドヘルドプリンターを提案した。このプリンターシステムは、最小1個以上のプリンターヘッドからなるマーキングメカニズムを有している。グローバル位置認識システムが最小1個以上のプリンターヘッドの位置を把握し、これに基づいて、制御部がプリンターヘッドを動作させる。他の具現例では、印刷表面に対してプリンターヘッドの位置を相対的に把握できるローカル位置認識システムを含んでいる。
Denoueなど(米国特許第6,773,177 B2号)は、ソースメディアに存在するソースイメージ空間と、ターゲットメディアに存在するターゲットイメージ空間が定まっているとき、位置認識型フリーフォームプリンティング(context−aware freeform printing)を支援する方式を提案した。ソースイメージ空間で選択したイメージは、複写または選択的に加工されることで、ターゲットイメージ空間に伝達される。制御部は、選択されたソースイメージをキャプチャーし、イメージをメモリに保存する。イメージは、選択的に加工された後、フォーマットされて出力される。コントローラは、プリンティング装置がターゲットイメージ空間をフリーフォームで移動するとき、ターゲットメディアに合わせて加工されたイメージのレンダリングを調整し、ターゲットイメージ空間に適した形で加工されたイメージをフォーマットする。コントローラは、プリンターヘッドの動きを感知し、予測されるフリーフォーム方向に符合した形でイメージを調整し、プリンターヘッドが通り過ぎるフリーフォーム方向を予測する。
Bobry(米国特許第5,593,236号、第5,988,900号)は、封筒や紙などの印刷面に証印を出力できる一体型のハンドヘルドプリンターを考案した。プリンターは、いくつかのインクノズルを有し、コントローラは、印刷中の動きを感知し、出力されるイメージの歪曲を最小化するように補正した。また、このような考案を発展させて新しい特許(米国特許第6,229,565号)を出願したが、この特許には、デジタルカメラと印刷部とを一体化することで、紙に印刷されたイメージをスキャンして保存した後、再び紙に出力できる装置を考案した。
Kagayamaなど(米国特許第5,861,877号)は、一般的なペンと類似した形態で、紙にデータを直接入出力できる電子ペンを提案した。この装置は、小型ノートブックPCなどの外蔵データ処理装置と一緒に使用することができる。電子ペンで書いた文字が外蔵データ処理装置を通して認識され、入力された文字は、再び電子ペンで紙の所望の位置に直接出力することができる。この電子ペンは、位置認識インターフェース、インクジェットプリンターヘッドからなる出力インターフェース、及び外蔵データ処理装置との通信部を備えている。
Doberenz(米国特許第6,626,593 B2号)は、インクディスペンサー、初期位置信号を発生するスイッチ、動き信号を生成する動きセンサ、及びイメージデータ/初期位置/動き信号に基づいてインクを噴射するための回路を構成した。ペンプリンターが印刷面を通り過ぎるとき、プリンターは、ピクセル単位で自体の動きを計算し、紙面にイメージを直接印刷するようになる。
Allesなど(米国特許第4,211,012号)は、別途の信号処理器の制御を通して紙面を動かしながら文字を印刷できるハンドヘルドプリンターを提案した。プリンターが紙面を通り過ぎるとき、内蔵された一つのペン先が紙面に対して左右往復または回転運動すると同時に、イメージ信号によって上下に動くことで、相対的に稠密なパターンを印刷するようになる。
上記のように、現在までいくつかのハンドヘルドプリンターが考案されており、PrintDreamsTM社のXyron Design RunnerTMのように商用化されたものもある。ハンドヘルドプリンターは、卓上型印刷機をハンドヘルド型に転換するのに力点を置いたもので、所望のターゲットメディアの適当な位置にソースイメージを出力できるので、卓上型プリンターに比べて印刷の直接性及び便宜性を向上させることができる。しかしながら、ほとんどのハンドヘルドプリンターは、手で握って使用すべきであるので、卓上用プリンターとは異なった構造を有するが、プリンターという側面では、従来の一般的な卓上型プリンタの用途および概念を相当の部分受け継いでいると見なされる。
デジタル拓本が現在までの一般的なハンドヘルドプリンターを通した印刷と異なる点は、ソースイメージ空間とターゲットイメージ空間とがXY平面上で一致し、ソースイメージとターゲットイメージの各ピクセルもXY平面上の絶対座標を基準にして同一である点にある。すなわち、デジタル拓本は、直ぐ下にある絵板のグラフィック情報を紙上にそのまま写し出すものである。
前記情報処理手段による印刷出力座標(X,Y)は、前記電子鉛筆の現在の位置座標(Xo,Yo)を含む最近の3点の位置座標を用いて、
X=Xo+(Velocity_X*Td)+(0.5*Acceleration_X*Td*Td)
Y=Yo+(Velocity_Y*Td)+(0.5*Acceleration_Y*Td*Td)(ここで、Tdは、総体的なシステム遅延である。)で計算される。
前記絵板は、RFIDタグのID認識手段をさらに含み、前記情報処理手段は、前記ID認識手段を通して認識されたRFIDタグのIDに対応するイメージを前記イメージ保存手段から呼び出してローディングし、前記印刷出力信号を計算するために使用する。
上記の技術的課題を達成するための本発明に係るデジタル拓本方法は、ソースイメージが保存された絵板上に紙を載せた後、電子鉛筆で前記紙を擦りながら前記ソースイメージを前記紙に転写するデジタル拓本方法として、前記絵板における電子鉛筆の位置を認識する第1段階と;前記電子鉛筆の現在の位置座標から総体的な遅延時間を勘案して印刷出力座標を計算する第2段階と;前記印刷出力座標に該当する前記ソースイメージピクセルを参照して印刷出力信号を計算する第3段階と;前記印刷出力信号に変化がある場合、前記電子鉛筆に制御信号を送信し、前記印刷出力信号に変化がない場合、前記絵板における電子鉛筆の位置を認識する第1段階に再び戻る第4段階と;前記制御信号で前記電子鉛筆内に設置されるアクチュエーターを駆動する第5段階と;前記アクチュエーターの駆動によって前記電子鉛筆内のマーキング手段が動作し、前記紙上に前記ソースイメージを転写する第6段階と;を含むことを特徴とする。
前記印刷出力座標を(X,Y)とし、前記電子鉛筆の現在の位置座標を(Xo,Yo)としたとき、前記第2段階での印刷出力座標(X,Y)は、現在の位置座標を含む最近の3点の位置座標を用いて、
X=Xo+(Velocity_X*Td)+(0.5*Acceleration_X*Td*Td)
Y=Yo+(Velocity_Y*Td)+(0.5*Acceleration_Y*Td*Td)(ここで、Tdは、総体的なシステム遅延である。)で計算される。
前記絵板上に前記紙を載せる前に、前記絵板と紙との間にRFIDタグが内蔵された絵カードを載せる段階をさらに含み、この場合は、前記電子鉛筆の位置を認識する第1段階以前に、前記絵板が前記RFIDタグのIDを認識し、これに対応するソースイメージをローディングする段階をさらに含み、前記第3段階における印刷出力信号の計算は、前記RFIDタグのIDに対応するソースイメージを参照して行われる。
図3は、本発明に係るデジタル拓本装置を説明するためのブロック図で、図4は、図3によるデジタル拓本装置の動作フローチャートである。図3及び図4を参照すると、デジタル拓本装置は、電子鉛筆130及び絵板110によって構成される。電子鉛筆130は、鉛筆と同一の形態であり、その内部には、位置発信手段132、マーキング手段133、アクチュエーター134、及び制御信号受信手段135を含み、絵板110は、電子鉛筆位置認識手段112、情報処理手段113、イメージ保存手段114、及び制御信号送信手段115を含む。
絵板110内のイメージ保存手段114には、2次元デジタルイメージが保存されている。絵板110上に載せられた紙120上に電子鉛筆130を置くと、絵板110では、電子鉛筆位置認識手段112を通して、電子鉛筆130の位置発信手段132から出る信号入力を受けて電子鉛筆の位置を把握し、これを情報処理手段113に伝送する(S10)。
情報処理手段113は、マーキングメカニズム動作に至るまでに発生する総体的なシステム遅延を勘案した上で、電子鉛筆位置認識手段112で把握される電子鉛筆130の現在の位置座標(Xo,Yo)から印刷出力座標(X,Y)を計算し(S20)、イメージ保存手段114に存在するソースイメージにおける印刷出力座標(X,Y)のピクセルを参照して印刷出力信号を計算する(S30)。
印刷出力座標(X,Y)の計算においては、アクチュエーター134のオン・オフ状態によって予め測定したそれぞれの動作遅延時間Tdを適用し、最近読み込んだ3点の座標を用いて次のようにデッドレコニング(dead reckoning)アルゴリズムで計算する。
X=Xo+(Velocity_X*Td)+(0.5*Acceleration_X*Td*Td)
Y=Yo+(Velocity_Y*Td)+(0.5*Acceleration_Y*Td*Td)
上記のように実際に出力される印刷出力座標(X,Y)が計算されると、イメージ保存手段114に存在するソースイメージの該当座標(X,Y)のピクセルを参照して印刷出力信号を計算する。
情報処理手段113の印刷出力信号に変化がある場合、制御信号送信手段115を通して電子鉛筆130に制御信号が送信される。電子鉛筆130の制御信号受信手段135は、このような制御信号の入力を受けてアクチュエーター134を駆動する(S60)。マーキング手段133は、アクチュエーター134の駆動によって紙120上にイメージを印刷する(S70)。
本発明は、上記のように絵板110上に紙120を載せた後、紙120を電子鉛筆130で擦りながら、絵板110の2次元デジタルイメージを紙120にそのまま転写することを特徴とする。すなわち、拓本やコイン写しのように、ソースメディアに存在するソースイメージと、ターゲットメディアに存在するターゲットイメージとが空間的に同一の位置に重なることが最も大きな特徴であり、これは、上述した従来の発明とは異なる人間−機械の相互作用を可能にする。例えば、タブレットPCモニターにある絵上に紙を載せた後、ペンで擦ると、モニターにある絵が直ぐに紙上に転写される。
ところが、コイン写しのように、ペンを用いた単純な擦りによってソースイメージをターゲットメディアに転写するとき、人々は非常に速い速度で作業を行う。したがって、電子鉛筆の位置を迅速かつ正確に把握できない場合、絵板にあるデジタルグラフィックイメージと紙に転写されるターゲットイメージとの間に大きな不一致が発生し、デジタル拓本の具現が不可能になる。
実験によると、擦りの振幅によってペンの移動速度が増加する。すなわち、擦りの振幅が2cmである場合、ペンの移動速度が約10cm/secに達し、擦りの振幅が15cmである場合、ペンの移動速度が約50cm/secに達する。このような速い擦り速度に対応して、ターゲットメディアにソースイメージを正確に転写すべきである。このためには、ペンの位置情報を相当に迅速かつ正確にトラッキングする必要がある。
現在、普遍的に利用可能なハンドヘルドプリンターまたは電子鉛筆の位置トラッキング方式のうち、高速で絶対座標情報を提供するものがタブレットであるが、この場合も、2次元座標のサンプリング周波数が約100〜200Hz程度であるので、サンプリング周期の間、電子ペンが約2.5〜5mm移動するようになる。また、出力信号を実行するためにアクチュエーターモジュールやマーキングメカニズムモジュールから発生しうる機械的な遅延を勘案するとき、拓本と同様に、鉛筆で紙上を擦ってグラフィックイメージを正確に出力することは容易でない。
電子鉛筆の擦り速度とは別途に、電子鉛筆の位置原点とマーキングメカニズムの軸とを一致させる必要がある。二つの位置が不一致である場合、電子鉛筆を握る方法によって転写イメージの位置が変わるので、厳密な意味でデジタル拓本が不可能になる。したがって、電子鉛筆の位置原点とマーキングメカニズムの軸とを一致させるか、マーキングメカニズムの正確な位置を把握できるようにすべきである。
本発明は、上記のような問題を、上述したデッドレコニングアルゴリズムで解決した。
図5は、図3によるデジタル拓本装置の具現例を示したもので、絵板110の全体システムがハウジング119内に含まれることで、絵板110が伝統的な画板と同一の形態になる。これによると、図6に示すように、絵板110をテーブル、机、出入り口、壁などに内蔵することで、使用者は、電子鉛筆130のみを持ち歩きながら、必要によって内蔵された絵板上に紙を載せ、隠されたグラフィック情報を転写することができる。
絵板110を伝統的な絵板、日常的な家具や壁面に内蔵する場合、必要によって周辺にグラフィックイメージ情報を残しておき、情報の受信者は、事物上に紙を載せた後、電子鉛筆で擦ってこれを確認するようになる。遍在的なコンピューティング環境が日々に一般化されており、今後は、日常の事物を通して人々の間にグラフィックイメージを送受信し、これを紙に印刷するためのデジタル拓本システムが広く活用されると見なされる。
アクチュエーター134としては、ソレノイドを使用することができ、マーキング手段133としては、電動機械式鉛筆を改造して使用することができる。電子鉛筆130の制御信号受信手段135と絵板110の制御信号送信手段115は、有線で連結された形態で示されたが、無線で連結されても構わない。
図7は、図3によるデジタル拓本装置の他の具現例を示した図で、タブレットモニター150をそのまま絵板として使用する場合を示している。この場合、図8に示すように、タブレットモニター150に表れるイメージ上に紙を載せた後、電子鉛筆130で擦るだけで、モニター150画面中のイメージを紙に転写することができる。
上記のように、タブレットモニターやタブレットコンピュータなどのペン基盤のコンピュータ機器を絵板として使用するデジタル拓本システムの場合、新しい人間−コンピュータ相互作用を可能にすると見なされる。モニターに電子鉛筆で作業を行い、その結果を紙に直ぐに転写して出力することができる。この場合、画面に表示されるソースイメージの所望の部分を、印刷しようとするターゲットメディアの所望の場所と方向に直接印刷することができる。
一方、図9に示すように、RFIDタグが付着された絵カード160を用いてソースイメージを設定することもでき、図10は、図9によるデジタル拓本装置の動作フローチャートである。この場合、グラフィックイメージが印刷された絵カード160にRFIDタグ161が含まれており、絵カード160を絵板110上に載せた後、その上に転写紙120を載せる。そうすると、絵板110にあるID認識手段162が絵カード160のIDを認識し、これを情報処理手段113に伝送する(S80)。情報処理手段113は、ID認識手段162を通して認識されたIDに対応するイメージをイメージ保存手段114から呼び出してローディングし、前記印刷出力信号を計算するために使用する(S90)。結局、既に紙に印刷された絵を、電子鉛筆を用いて新しい紙にそのまま転写する。
上記のようなデジタル拓本システムの場合、子供の遊び道具として広く活用されると見なされる。幼児期の子供たちは、無作為な手動作を通した乱画形式の絵描きを楽しみ、児童たちは、本に描いてある絵を見ながら絵を学ぶ。絵描きに慣れていない子供たちに絵カードを含むデジタル拓本システムを提供する場合、単純な擦りによって自分自身のタッチが加味された素晴しい絵を容易に描くことができ、絵描きに対する興味を増強させることができる。
図11は、本発明を用いてデジタル拓本を採った事例を示した図である。図11の(b)は、絵板に保存された魚イメージ(a)を電子鉛筆を用いて転写したもので、図11の(d)は、2次元パターン(c)上に紙を載せてひまわりを描いたものである。図11の(d)のような技法をフロッタージュ(frottage)というが、デジタル拓本装置を用いると、自由にパターンを変えながら絵を描くことができる。
112 電子鉛筆位置認識手段
113 情報処理手段
114 イメージ保存手段
115 制御信号送信手段
119 ハウジング
120 紙
130 電子鉛筆
132 位置発信手段
133 マーキング手段
134 アクチュエーター
135 制御信号受信手段
160 絵カード
161 RFIDタグ
162 ID認識手段
Claims (6)
- 2次元デジタルイメージが保存された絵板上に紙を載せた後、前記紙を電子鉛筆で擦りながら前記紙に前記2次元デジタルイメージを転写するデジタル拓本装置として、
前記電子鉛筆は、位置発信手段と、制御信号受信手段と、前記制御信号受信手段に制御信号が入力されると、前記制御信号によって駆動されるアクチュエーターと、前記アクチュエーターの駆動によって前記紙にイメージを印刷するマーキング手段と、を備えており、
前記絵板は、前記電子鉛筆の位置発信手段から出る信号の入力を受けて前記電子鉛筆の位置を把握する電子鉛筆位置認識手段と、前記2次元デジタルイメージが保存されるイメージ保存手段と、前記電子鉛筆位置認識手段で把握される電子鉛筆の現在の位置座標から総体的なシステム遅延を勘案して印刷出力座標を計算し、前記イメージ保存手段にあるソースイメージにおける前記印刷出力座標のピクセルを参照して印刷出力信号を計算する情報処理手段と、前記情報処理手段の印刷出力信号に変化がある場合、制御信号を前記電子鉛筆の制御信号受信手段に送信する制御信号送信手段と、を備えることを特徴とするデジタル拓本装置。 - 前記情報処理手段による印刷出力座標(X,Y)は、前記電子鉛筆の現在の位置座標(Xo,Yo)を含む最近の3点の位置座標を用いて、
X=Xo+(Velocity_X*Td)+(0.5*Acceleration_X*Td*Td)
Y=Yo+(Velocity_Y*Td)+(0.5*Acceleration_Y*Td*Td)(ここで、Tdは、総体的なシステム遅延である。)で計算されることを特徴とする請求項1に記載のデジタル拓本装置。 - 前記絵板は、RFIDタグのID認識手段をさらに含み、前記情報処理手段は、前記ID認識手段を通して認識されたRFIDタグのIDに対応するイメージを前記イメージ保存手段から呼び出してローディングし、前記印刷出力信号を計算するために使用することを特徴とする請求項1に記載のデジタル拓本装置。
- ソースイメージが保存された絵板上に紙を載せた後、電子鉛筆で前記紙を擦りながら前記ソースイメージを前記紙に転写するデジタル拓本方法において、
前記絵板における電子鉛筆の位置を認識する第1段階と;
前記電子鉛筆の現在の位置座標から総体的な遅延時間を勘案して印刷出力座標を計算する第2段階と;
前記印刷出力座標に該当する前記ソースイメージピクセルを参照して印刷出力信号を計算する第3段階と;
前記印刷出力信号に変化がある場合、前記電子鉛筆に制御信号を送信し、前記印刷出力信号に変化がない場合、前記絵板における電子鉛筆の位置を認識する第1段階に再び戻る第4段階と;
前記制御信号で前記電子鉛筆内に設置されるアクチュエーターを駆動する第5段階と;
前記アクチュエーターの駆動によって前記電子鉛筆内のマーキング手段が動作し、前記紙上に前記ソースイメージを転写する第6段階と;を含むことを特徴とするデジタル拓本方法。 - 前記印刷出力座標を(X,Y)とし、前記電子鉛筆の現在の位置座標を(Xo,Yo)としたとき、前記第2段階における印刷出力座標(X,Y)は、現在の位置座標を含む最近の3点の位置座標を用いて、
X=Xo+(Velocity_X*Td)+(0.5*Acceleration_X*Td*Td)
Y=Yo+(Velocity_Y*Td)+(0.5*Acceleration_Y*Td*Td)(ここで、Tdは、総体的なシステム遅延である。)で計算されることを特徴とする請求項4に記載のデジタル拓本方法。 - 前記絵板上に前記紙を載せる前に、前記絵板と紙との間にRFIDタグが内蔵された絵カードを載せる段階をさらに含み、前記電子鉛筆の位置を認識する第1段階以前に、前記絵板が前記RFIDタグのIDを認識し、これに対応するソースイメージをローディングする段階をさらに含み、前記第3段階における印刷出力信号の計算は、前記RFIDタグのIDに対応するソースイメージを参照して行われることを特徴とする請求項4に記載のデジタル拓本方法。
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