JP2013254233A - テクスチャマッピング装置、テクスチャマッピング方法、プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】物体の質感情報を繋ぎ目なくマッピングすることが可能なテクスチャマッピング装置等を提供する。
【解決手段】テクスチャマッピング装置１は、撮影装置２を制御し、物体４０の部分領域ごとに多照明条件画像群を撮影し、多照明条件画像群を入力する（Ｓ１）。テクスチャマッピング装置１は、物体４０のポリゴンデータ５０を準備する（Ｓ２）。テクスチャマッピング装置１は、画像空間における第１拡散反射率を算出する（Ｓ３）。テクスチャマッピング装置１は、モデル空間における第２拡散反射率を特定する（Ｓ４）。テクスチャマッピング装置１は、第２拡散反射率を示すテクスチャをポリゴンデータ５０にマッピングする（Ｓ５）。
【選択図】図５

Description

本発明は、コンピュータグラフィックス（ＣＧ）における３次元モデルにテクスチャをマッピングするテクスチャマッピング装置等に関するものである。

３次元ＣＧ技術は、コンピュータに対して物体の形状、カメラの向きと画角と位置、光源の強度と位置などの情報を入力すると、コンピュータが３次元モデルを作成し、３次元モデルに基づいて最終的な画像をレンダリングする技術である。現実の物体の質感を忠実に再現するためには、現実の物体から取得される質感情報を示すテクスチャを、３次元モデルの表面にマッピングする必要がある。

特許文献１に記載の技術では、複数枚のテクスチャ画像を用いて３次元ポリゴンモデルにマッピングを行う際、テクスチャ画像間の重複箇所に係るブレンディング計算に優先度を設定する。これによって、特徴となる箇所をはっきりと表現できる。

また、特許文献２に記載の技術では、複数枚のテクスチャ画像を用いて３次元ポリゴンモデルにマッピングを行う際、物体と背景の境界に近い箇所のテクスチャ画像を参照しないようにマッピングする。これによって、背景色が混ざり込まないようにマッピングすることができる。

特許第４１０３４８３号公報 特許第４１２３７７４号公報

しかしながら、特許文献１や特許文献２などの公知の技術では、異なる照明条件下のテクスチャ画像をマッピングする場合、照明条件の違いに起因する繋ぎ目が表れてしまうという問題があった。

本発明は、前述した問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とすることは、物体の質感情報を繋ぎ目なくマッピングすることが可能なテクスチャマッピング装置等を提供することである。

前述した目的を達成するための第１の発明は、物体の部分領域ごとに撮影される多照明条件画像群を入力する入力手段と、前記部分領域ごとに、前記多照明条件画像群に基づいて、画像空間における計算格子単位の第１拡散反射率を算出する算出手段と、前記第１拡散反射率に基づいて、モデル空間におけるテクスチャ格子単位の第２拡散反射率を特定する特定手段と、前記第２拡散反射率を示すテクスチャを、前記物体のポリゴンデータにマッピングするマッピング手段と、を備えるテクスチャマッピング装置である。第１の発明に係るテクスチャマッピング装置は、従来技術のように、撮影画像自体をテクスチャ画像としてマッピングするのではなく、多照明条件画像群から算出される画像空間における第１拡散反射率に基づいて、モデル空間における第２拡散反射率を特定し、第２拡散反射率をマッピングする。これによって、物体の質感情報（拡散反射率）を繋ぎ目なくマッピングすることが可能となる。

前記特定手段は、前記部分領域ごとの代表画像群を表示し、前記代表画像同士の位置合わせを受け付け、前記代表画像同士の位置合わせの結果に従って、前記第２拡散反射率を特定することが望ましい。これによって、物体の質感情報（拡散反射率）を正確にマッピングすることが可能となる。

また、前記特定手段は、前記第１拡散反射率に基づいて同一の照明条件によるレンダリングを行うことにより、前記代表画像群を作成することが望ましい。これによって、テクスチャマッピング装置は、ユーザに代表画像を選択させたり、予め条件を設定させたりすることなく、同一の照明条件による代表画像を表示することができる。更に、同一の照明条件による代表画像同士であれば、位置合わせが容易となる。

また、前記特定手段は、前記代表画像同士の一部の領域が重なる場合には、両方の前記代表画像に係る前記第１拡散反射率に基づいて、前記第２拡散反射率を特定することが望ましい。これによって、物体の質感情報（拡散反射率）を、全ての領域において矛盾なく特定することができる。

第２の発明は、コンピュータが、物体の部分領域ごとに撮影される多照明条件画像群を入力する入力ステップと、前記部分領域ごとに、前記多照明条件画像群に基づいて、画像空間における計算格子単位の第１拡散反射率を算出する算出ステップと、前記第１拡散反射率に基づいて、モデル空間におけるテクスチャ格子単位の第２拡散反射率を特定する特定ステップと、前記第２拡散反射率を示すテクスチャを、前記物体のポリゴンデータにマッピングするマッピングステップと、を実行するテクスチャマッピング方法である。第２の発明に係るテクスチャマッピング方法は、従来技術のように、撮影画像自体をテクスチャ画像としてマッピングするのではなく、多照明条件画像群から算出される画像空間における第１拡散反射率に基づいて、モデル空間における第２拡散反射率を特定し、第２拡散反射率をマッピングする。これによって、物体の質感情報（拡散反射率）を繋ぎ目なくマッピングすることが可能となる。

第３の発明は、コンピュータを、物体の部分領域ごとに撮影される多照明条件画像群を入力する入力手段と、前記部分領域ごとに、前記多照明条件画像群に基づいて、画像空間における計算格子単位の第１拡散反射率を算出する算出手段と、前記第１拡散反射率に基づいて、モデル空間におけるテクスチャ格子単位の第２拡散反射率を特定する特定手段と、前記第２拡散反射率を示すテクスチャを、前記物体のポリゴンデータにマッピングするマッピング手段と、を備えるテクスチャマッピング装置として機能させるためのプログラムである。第３の発明を汎用のコンピュータにインストールすることによって、第１の発明のテクスチャマッピング装置を得ることができるとともに、第２の発明のテクスチャマッピング方法を実行することができる。

本発明により、物体の質感情報を繋ぎ目なくマッピングすることが可能なテクスチャマッピング装置等を提供することができる。ひいては、現実の物体の質感を忠実に再現した自然な画像を生成することができる。

テクスチャマッピングシステム１００の構成図 撮影装置２の側面図 撮影装置２の正面図 回転範囲Ｒ及び計測範囲Ｍを説明する図 テクスチャマッピング処理の流れを示すフローチャート 多照明条件画像の撮影処理を説明する図 ポリゴンデータ５０の一例を示す図 第１拡散反射率の算出単位を説明する図 第１拡散反射率データ６０の一例を示す図 第２拡散反射率の特定処理の流れを示すフローチャート 代表画像同士の位置合わせ処理を説明する図 第２拡散反射率の特定単位を説明する図 第２拡散反射率データ７０の一例を示す図

本発明のテクスチャマッピング装置は、コンピュータグラフィックス（ＣＧ）における３次元モデルにテクスチャをマッピングする装置である。テクスチャは、物体の質感情報を示すものであり、特に、物体の拡散反射率を示すものである。以下図面に基づいて、本発明の実施形態を詳細に説明する。

図１は、テクスチャマッピングシステム１００の構成図である。テクスチャマッピングシステム１００は、自動的に物体の質感情報を取得し、質感情報を示すテクスチャを３次元モデルにマッピングするためのシステムである。テクスチャマッピングシステム１００は、テクスチャマッピング装置１と撮影装置２とによって構成される。

テクスチャマッピング装置１は、制御部１１、記憶部１２、表示部１３、入力部１４、Ｉ／Ｏ１５などを備える。

制御部１１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）などから構成される。ＣＰＵは、記憶部１２、ＲＯＭ、記憶媒体など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、各装置を駆動制御し、テクスチャマッピング装置１が行う後述する処理を実現する。ＲＯＭは、不揮発性メモリであり、テクスチャマッピング装置１のブートプログラムやＢＩＯＳなどのプログラム、データなどを恒久的に保持している。ＲＡＭは、揮発性メモリであり、記憶部１２、ＲＯＭ、記憶媒体などからロードしたプログラム、データなどを一時的に保持するとともに、制御部１１が各種処理を行う為に使用するワークエリアを備える。

記憶部１２は、例えば、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）であり、制御部１１が実行するプログラム、プログラム実行に必要なデータ、ＯＳ（Operating System）などが格納される。プログラムに関しては、ＯＳに相当する制御プログラムや、後述する処理をテクスチャマッピング装置１に実行させるためのアプリケーションプログラムが格納されている。これらの各プログラムコードは、制御部１１により必要に応じて読み出されてＲＡＭに移され、ＣＰＵに読み出されて各種の手段として実行される。

表示部１３は、液晶パネルなどのディスプレイ装置、ディスプレイ装置と連携してテクスチャマッピング装置１のビデオ機能を実現するための論理回路など（ビデオアダプタなど）を有する。入力部１４は、データの入力を行い、例えば、キーボード、マウスなどのポインティングデバイス、テンキーなどの入力装置を有する。入力部１４を介して、テクスチャマッピング装置１に対して、操作指示、動作指示、データ入力などを行うことができる。尚、表示部１３及び入力部１４は、タッチパネルディスプレイのように、一体となっていても良い。

Ｉ／Ｏ１５は、テクスチャマッピング装置１に周辺機器（カメラ２１、光源２２ａ〜２２ｉ、及びアーム回転用モータ２３など）を接続するためのポートや送受信機である。テクスチャマッピング装置１は、Ｉ／Ｏ１５を介して周辺機器とのデータの送受信を行う。Ｉ／Ｏ１５の一例としては、ＵＳＢ、ＩＥＥＥ１３９４、ＲＳ−２３２Ｃなどのポートや、記憶媒体を読み書きするためのドライブ装置や、無線ＬＡＮ機器や、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）送受信機などがある。周辺機器との接続形態は、有線、無線を問わない。

撮影装置２が具備するカメラ２１、光源２２ａ〜２２ｉ、及びアーム回転用モータ２３は、Ｉ／Ｏ１５を介して、テクスチャマッピング装置１の制御部１１からの制御信号を受信可能となっている。また、カメラ２１は、Ｉ／Ｏ１５を介して、撮影画像のデータを、テクスチャマッピング装置１の制御部１１に送信可能となっている。

図２は、撮影装置２の側面図である。図２に示すように、撮影装置２は、三脚２４、支持台２５、カメラ支持部２６及びアーム支持部２７と、カメラ２１と、アーム２８と、複数の光源２２ａ〜２２ｉと、を具備する。以下、光源２２ａ〜２２ｉを総称するときは、「光源２２」と表記する場合もある。

三脚２４は、支持台２５を支持する。三脚２４の高さ（支持体の高さ）は可変であることが望ましい。三脚２４の高さを可変とすることによって、物体の高さに応じて、カメラ２１の位置を決定することができる。三脚２４の高さを可変とするためには、例えば、三脚高さ調整つまみ２９を設ければ良い。

支持台２５は、カメラ支持部２６及びアーム支持部２７を支持する。カメラ支持部２６は、カメラ２１を支持する。アーム支持部２７は、アーム２８を支持する。以下、三脚２４、支持台２５、カメラ支持部２６及びアーム支持部２７を総称するときは、単に「支持体」と表記する場合もある。

カメラ２１は、カメラ支持部２６（支持体）に戴置される。カメラ２１は、計測範囲Ｍに位置する物体を撮影可能に戴置される。計測範囲Ｍについては後述する。カメラ２１の性能及び機能は、物体の質感情報が取得できれば良く、特に限定するものではない。前述した通り、カメラ２１の高さは、三脚２４の高さを変えることによって調整可能である。また、カメラ支持部２６は、カメラ２１の前傾角度（或いは後傾角度）を調整可能に支持しても良い。カメラ２１の前傾角度（或いは後傾角度）を調整可能とすれば、物体、カメラ２１及び光源２２の位置関係を微調整することができる。

アーム２８は、アーム支持部２７（支持体）に設けられ、四半円の円弧の形状を有する。四半円は、同一の半径及び同一の中心を有する真円に対して、１／４の面積を有する図形である。或いは、四半円は、同一の半径及び同一の中心を有する真円に対して、１／４の円周を有する図形とも言える。アーム２８の材質は、複数の光源２２の荷重に耐え得れば良く、特に限定するものではない。

アーム２８は、計測範囲Ｍの周囲を回転可能とする。例えば、アーム下端部３１には、シャフト（不図示）が第１水平線Ｈ１（一点鎖線）方向に貫通されている。シャフトの一端には、アーム回転用モータ２３が設けられることが望ましい。アーム回転用モータ２３は、第１水平線Ｈ１方向を回転軸とし、アーム２８を任意の回転角度の位置まで回転させるモータである。アーム回転用モータ２３を設けることによって、正確かつ容易に、アーム２８を任意の位置に移動することができる。アーム回転用モータ２３は、例えばステッピングモータを用いることができる。アーム２８の回転範囲Ｒについては後述する。

光源２２は、例えば、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）ライトである。光源２２の性能及び機能は、物体の質感情報が取得できれば良く、特に限定するものではない。

アーム２８の形状を規定する四半円の半径と、光源２２発する光の強さは、互いに依存関係にある。つまり、アーム２８の形状を規定する四半円の半径を決めれば、光源２２が発する光の強さも適切な値が決まる。逆に言えば、光源２２が発する光の強さを決めれば、アーム２８の形状を規定する四半円の半径も適切な値が決まる。

光源２２は、アーム上端部３０からアーム下端部３１にかけて、アーム２８の内縁３２側に等間隔に設けられる。尚、アーム２８の外縁３３側には、光源２２のための配線（不図示）が設けられる。図１の例であれば、９個の光源２２ａ〜２２ｉが等間隔に設けられている。アーム２８は、四半円の円弧の形状を有することから、四半円の中心角によって、光源２２同士の間隔が規定される。例えば、図２のように９個の光源２２ａ〜２２ｉを設ける場合、光源２２ａ及び光源２２ｂの間隔は、四半円の中心と光源２２ａとを結ぶ線と、四半円の中心と光源２２ｂとを結ぶ線とによってなす角度が、「１０度」となるように規定される。その他の間隔も同様である。

物体は、撮影したい表面が計測範囲Ｍに入るように配置する。つまり、撮影時には、物体の撮影したい表面が、アーム上端部３０に設けられる光源２２ａから下ろす鉛直線Ｖ（一点鎖線）と、アーム２８の回転軸に相当する第１水平線Ｈ１とが交差する点の周辺に位置する。

図３は、撮影装置２の正面図である。図３に示すように、撮影装置２のアーム２８は、アーム下端部３１を回転軸として、鉛直方向の左右に９０度ずつ、合計１８０度回転可能とする。つまり、アーム上端部３０は、第２水平線Ｈ２（一点鎖線）と平行な位置まで移動可能とする。尚、第２水平線Ｈ２は、第１水平線Ｈ１及び鉛直線Ｖと直交する。

図４は、回転範囲Ｒ及び計測範囲Ｍを説明する図である。第３水平線Ｈ３は、第２水平線Ｈ２と平行、かつ鉛直線Ｖと第１水平線Ｈ１との交点を通る。図４に示すように、アーム２８の回転範囲Ｒは、アーム２８の形状を規定する四半円と同一の半径及び同一の中心を有する四半球の球面の範囲である。四半球は、同一の半径及び同一の中心を有する真球に対して、１／４の体積を有する図形である。或いは、四半球は、同一の半径及び同一の中心を有する真球に対して、１／４の表面積を有する図形とも言える。

カメラ２１は、回転範囲Ｒを規定する四半球の中心部に位置する物体を撮影可能に戴置される。図３に示す計測範囲Ｍは、回転範囲Ｒを規定する四半球の中心部の範囲を示している。計測範囲Ｍは、アーム２８の形状を規定する四半円の半径に依存して決まる。

撮影時におけるテクスチャマッピングシステム１００の動作について説明する。物体は、計測範囲Ｍに入るように配置される。物体は、撮影中に回転したり、向きを変えたりしない。テクスチャマッピング装置１の制御部１１は、アーム回転用モータ２３に対して、アーム２８を任意の回転角度の位置まで回転させるように指示する制御信号を送信する。アーム回転用モータ２３は、テクスチャマッピング装置１の制御部１１からの制御信号に従い、アーム２８を任意の回転角度の位置まで回転させる。

また、テクスチャマッピング装置１の制御部１１は、複数の光源２２ａ〜２２ｉに対して、任意のタイミングで１つだけ光を発するように指示する制御信号を送信する。複数の光源２２ａ〜２２ｉは、テクスチャマッピング装置１の制御部１１からの制御信号に従い、任意のタイミングで１つだけ光を発するように指示する。

また、テクスチャマッピング装置１の制御部１１は、カメラ２１に対して、任意のタイミングで物体を撮影するように指示する制御信号を送信する。カメラ２１は、テクスチャマッピング装置１の制御部１１からの制御信号に従い、任意のタイミングで物体を撮影する。

例えば、テクスチャマッピング装置１の制御部１１は、１．５度ずつ、アーム２８を回転させ、各回転角度の位置において、９個の光源２２ａ〜２２ｉに対して１個ずつ光を発するように指示するとともに、光を発するたびに、カメラ２１に撮影するように指示する。カメラ２１は、アーム２８の回転角度の位置及び光源２２の光の照射ごとに、１枚だけ撮影しても良いし、露光時間を変えて複数枚撮影しても良い。

撮影は、暗室を準備する必要はなく、自然光の環境下でも良い。例えば、テクスチャマッピング装置１の制御部１１は、光源２２が１つも光を発していない状態で、カメラ２１に物体を撮影させる。そして、テクスチャマッピング装置１の制御部１１は、光源２２が１つも光を発していない状態で撮影された画像と、光源２２が１つ光を発している状態で撮影された画像との差分に基づいて物体の質感情報を計算することによって、自然光の影響を無視することができる。

例えば、「アーム２８を１０度ずつ回転」、「９個の光源２２」、「光源２２が１つも光を発していない状態も撮影」、及び「露光時間を変えて３回撮影」という条件であれば、（１８０／１０）×（９＋１）×３＝５４０枚の画像を撮影することになる。以下、物体が様々な照明条件下にて撮影される画像群を「多照明条件画像群」という。

このように、カメラ２１によって撮影される照明条件画像群は、それぞれ照明条件が異なる。つまり、テクスチャマッピングシステム１００によれば、自動的に、物体に対して様々な照明条件によって画像を撮影し、物体の質感情報を取得することが可能となる。

尚、本発明の実施の形態におけるテクスチャマッピングシステム１００では、物体の質感情報を取得する為の装置は、撮影装置２の例に限定されない。例えば、撮影装置２に代えて、特開２００３−９０７１５号公報に記載の画像データ計測装置や、特開２００５−１１５６４５号公報に記載のシェーディング情報取得装置などを用いても良い。いずれの装置であっても、多照明条件画像群を取得することができる。

但し、例えば、車両などのように大きな物体を撮影する場合、撮影装置２を用いることが望ましい。撮影装置２は、物体を載置するテーブルが不要なので、撮影可能な物体の大きさ及び形状に制限が無く、かつ容易に持ち運ぶことが可能だからである。特に、車両のように大きな物体であっても、撮影したい物体表面の近くに撮影装置２を設置し、多照明条件画像群を撮影するという作業を複数回行うことによって、車両のあらゆる表面の質感情報を取得することができるからである。

以下では、撮影対象の物体を車両とし、撮影装置２を用いて、車両のあらゆる表面の質感情報を取得する場合を例にして、本発明の実施の形態におけるテクスチャマッピング処理を説明する。

図５は、テクスチャマッピング処理の流れを示すフローチャートである。図５に示すように、テクスチャマッピング装置１の制御部１１は、撮影装置２を制御し、物体４０の部分領域ごとに多照明条件画像群を撮影し、多照明条件画像群を入力する（Ｓ１）。

図６は、多照明条件画像の撮影処理を説明する図である。図６（ａ）は、物体４０の模式図である。図６（ａ）では、車両の側面を図示している。

図６（ｂ）は、物体４０の一の部分領域に対する一の画像範囲４１ａを示している。図６（ｂ）に示すように、物体４０が大きい場合、１回の撮影処理で物体４０の全領域を撮影することはできない。そこで、撮影したい物体４０の表面の近くに撮影装置２を設置し、多照明条件画像群を撮影するという作業を複数回行う。

図６（ｃ）は、物体４０の複数の部分領域に対する複数の画像範囲４１ａ、４１ｂ、・・・を示している。以下、画像範囲４１ａ、４１ｂ、・・・を総称するときは、「画像範囲４１」と表記する場合もある。画像範囲４１同士は、図６（ｃ）に示すように、互いに一部の領域が重なる程度に設定することが望ましい。画像範囲４１同士の隙間が生じてしまうと、物体４０の質感情報の取得漏れが発生してしまうからである。

図５の説明に戻る。テクスチャマッピング装置１の制御部１１は、物体４０のポリゴンデータを準備する（Ｓ２）。テクスチャマッピング装置１の制御部１１は、Ｓ１において入力される多照明条件画像群に基づいてポリゴンデータを作成しても良いし、予めモデリング済の物体４０のポリゴンデータを記憶部１２から取得しても良い。

図７は、ポリゴンデータ５０の一例を示す図である。ポリゴンとは、３次元ＣＧにおいて、微小面積を有する三角形や四角形（五角形以上でも良い。）の組合せによって物体を表現するときの各要素を意味する。図７に示すポリゴンデータ５０では、３角形のポリゴンである。ポリゴンデータ５０は、例えば、ポリゴンＩＤ５１、頂点５２などのデータ項目を有する。ポリゴンＩＤ５１は、ポリゴンを一意に識別する番号である。頂点５２は、ポリゴンの頂点座標である。図７に示すポリゴンデータ５０では３角形のポリゴンであるから、頂点５２は、３つの頂点座標を有する。各頂点座標は、３次元ＣＧにおけるモデル空間の座標軸における座標である。各頂点座標の値は、別途他の記憶領域（不図示）に記憶しておく。尚、図７に示すポリゴンデータ５０のデータ構造は一例であり、他のデータ構造であっても良い。例えば、ポリゴンデータ５０は、３角形の頂点情報だけでなく、３角形の辺情報を有しても良い。

図５の説明に戻る。テクスチャマッピング装置１の制御部１１は、画像空間における第１拡散反射率（以下、単に「第１拡散反射率」と表記する。）を算出する（Ｓ３）。画像空間とは、多照明条件画像群の空間である。画像空間の座標軸は、画像範囲４１（物体４０の部分領域）ごとに異なる。

テクスチャマッピング装置１の制御部１１は、物体４０の部分領域ごとに多照明条件画像群を入力し、例えば、以下に示す非特許文献１に記載の技術を用いて、第１拡散反射率の算出処理を実行することによって、第１拡散反射率を算出する。

＜非特許文献１＞武田祐樹，田中弘美，”多方向照明HDR画像を用いた金襴の多重解像度異方性BTFモデリング” 電子情報通信学会論文誌 D，Vol.J91-D，No.12，to appear，Dec. 2008

非特許文献１に記載の技術の概要を説明する。物体表面テクスチャの任意の点（ｕ、ｖ）における反射特性は、双方向テクスチャ関数（ＢＴＦ：Bidirectional Texture Function）で表現される。ＢＴＦ ｆ_ｒ（θ_ｉ、φ_ｉ、θ_ｒ、φ_ｒ、ｕ、ｖ）は物体表面テクスチャの任意の点（ｕ、ｖ）において、入射方向（θ_ｉ、φ_ｉ）からの放射照度に対する視方向（θ_ｒ、φ_ｒ）への放射輝度の比として定義される。

但し、Ｌを光源ベクトル、Ｖを視線ベクトル、Ｎを法線ベクトル、ＬとＮのなす角θ_ｉを入射角、ＬをＸＹ平面に投影したベクトルとＸ軸がなす角φ_ｉを入射方位角、ＶとＮのなす角θ_ｒを視角、ＶをＸＹ平面に投影したベクトルとＸ軸がなす角φ_ｒを視方位角とする。また、ＬとＮが存在する面を入射面と呼ぶ。物体表面テクスチャ上の各点（ｕ、ｖ）の反射特性は、各点（ｕ、ｖ）における双方向反射率分布関数（ＢＲＤＦ：Bidirectional Reflectance Distribution Function）によって表現される。

テクスチャの各点（ｕ、ｖ）において、反射率が最大となる入射方向を（θ_ｓ、φ_ｓ）とすると、鏡面反射は主に正反射方向に分布することから、鏡面反射が観測されない反射方向の反射率から拡散反射率を推定する。拡散反射率は、テクスチャの任意の点（ｕ、ｖ）におけるＢＲＤＦの最小値から抽出される。

図８は、第１拡散反射率の算出単位を説明する図である。第１拡散反射率の算出処理は、画像範囲４１（物体４０の部分領域）ごとに実行される。図８に示すように、テクスチャマッピング装置１の制御部１１は、例えば、画像範囲４１の領域を計算格子４２に分割し、計算格子４２ごとに第１拡散反射率を算出する。非特許文献１の概要説明における各点（ｕ、ｖ）が、計算格子４２の中心座標に対応する。

図９は、第１拡散反射率データ６０の一例を示す図である。第１拡散反射率データ６０は、画像範囲ＩＤ６１、計算格子ＩＤ６２、第１拡散反射率６３などのデータ項目を有する。画像範囲ＩＤ６１は、画像範囲４１を一意に識別する番号である。計算格子ＩＤ６２は、計算格子４２を一意に識別する番号である。第１拡散反射率６３は、特定の画像範囲ＩＤ６１及び特定の計算格子ＩＤ６２に係る第１拡散反射率の値である。

図５の説明に戻る。テクスチャマッピング装置１の制御部１１は、モデル空間における第２拡散反射率（以下、単に「第２拡散反射率」と表記する。）を特定する（Ｓ４）。第２拡散反射率の特定処理の詳細は、図１０を参照しながら説明する。

図１０は、モデル空間における第２拡散反射率の特定処理の流れを示すフローチャートである。図１０に示すように、テクスチャマッピング装置１の制御部１１は、物体４０の部分領域（画像範囲４１）ごとの代表画像群を表示部１３に表示する（Ｓ１１）。

代表画像とは、物体４０の部分領域（画像範囲４１）ごとに撮影される多照明条件画像群を代表する画像である。代表画像を表示する目的は、画像範囲４１同士の位置合わせを行うことである。テクスチャマッピング装置１の制御部１１は、後述するＳ１２の代表画像同士の位置合わせを受け付けることによって、画像範囲４１同士の位置合わせを実現する。

代表画像は、例えば、Ｓ１において撮影される多照明条件画像の中から、ユーザが選択するか、或いは、予め定義される条件（例えば、撮影装置２のアーム２８の位置、光源２２の位置、露光時間など）に基づいてテクスチャマッピング装置１の制御部１１が自動的に選択する。

または、テクスチャマッピング装置１の制御部１１は、Ｓ３において算出される第１拡散反射率に基づいて、全ての画像範囲４１に対して同一の照明条件によるレンダリングを行うことにより、代表画像群を作成しても良い。これによって、テクスチャマッピング装置１は、ユーザに代表画像を選択させたり、予め条件を設定させたりすることなく、同一の照明条件による代表画像を表示することができる。更に、同一の照明条件による代表画像同士であれば、Ｓ１２における位置合わせが容易となる。

次に、テクスチャマッピング装置１の制御部１１は、代表画像同士の位置合わせを受け付ける（Ｓ１２）。代表画像同士の位置合わせ処理は、テクスチャマッピング装置１とユーザとの対話処理によって行う。

図１１は、代表画像同士の位置合わせ処理を説明する図である。図１１（ａ）は、位置合わせ対象となる一方の画像範囲４１ａを図示している。図１１（ｂ）は、位置合わせ対象となる他方の画像範囲４１ｂを図示している。ユーザは、図１１（ｃ）に示すように、入力部１４を介して、画像範囲４１ａ及び画像範囲４１ｂの位置合わせを行う。これに対して、テクスチャマッピング装置１の制御部１１は、代表画像同士の位置合わせを受け付けて、画像範囲４１の位置を確定し、記憶部１２に記憶する。

図１０の説明に戻る。テクスチャマッピング装置１の制御部１１は、Ｓ１２における位置合わせの結果に従い、第２拡散反射率を特定する（Ｓ１３）。

図１２は、第２拡散反射率の特定単位を説明する図である。図１２に示すように、テクスチャマッピング装置１の制御部１１は、例えば、物体４０を含む３次元モデルの領域をテクスチャ格子４３に分割し、テクスチャ格子４３ごとに第２拡散反射率を算出する。テクスチャ格子４３は、各格子の位置がポリゴンデータ５０に係るポリゴンの位置と対応付けられれば、どのように分割されても良い。

前述の通り、物体４０の質感情報の取得漏れが発生しないように、画像範囲４１同士は互いに一部の領域が重なる程度に設定される。従って、第１拡散反射率の算出処理において、物体４０の表面上の同一の位置に対して、複数の第１拡散反射率が算出されている箇所がある。つまり、位置合わせの結果、代表画像同士が重なる箇所は、複数の第１拡散反射率が算出されている。

そこで、テクスチャマッピング装置１の制御部１１は、代表画像同士の一部の領域が重なる場合には、両方の代表画像に係る第１拡散反射率に基づいて、第２拡散反射率を特定する。例えば、テクスチャマッピング装置１の制御部１１は、両方の代表画像に係る第１拡散反射率の平均値を、第２拡散反射率として特定する。これによって、物体４０の質感情報（拡散反射率）を、全ての領域において矛盾なく特定することができる。

図１０の説明に戻る。テクスチャマッピング装置１の制御部１１は、Ｓ１３における第２拡散反射率の特定結果として、第２拡散反射率データを作成する（Ｓ１４）。

図１３は、第２拡散反射率データ７０の一例を示す図である。第２拡散反射率データ７０は、テクスチャ格子ＩＤ７１、第２拡散反射率７２などのデータ項目を有する。テクスチャ格子ＩＤ７１は、テクスチャ格子４３を一意に識別する番号である。第２拡散反射率７２は、特定のテクスチャ格子ＩＤ７１に係る第２拡散反射率の値である。テクスチャ格子４３の位置情報（例えば、格子形状が矩形であれば、左上の頂点座標及び右下の頂点座標）は、別途他の記憶領域（不図示）に記憶しておく。テクスチャ格子４３の位置情報は、３次元ＣＧにおけるモデル空間において、任意の投影面上の座標である。

図１０に示すように、テクスチャマッピング装置１の制御部１１は、物体４０の部分領域ごとの代表画像群を表示し、代表画像同士の位置合わせを受け付け、代表画像同士の位置合わせの結果に従って第２拡散反射率を特定する。これによって、物体の質感情報（拡散反射率）を正確にマッピングすることが可能となる。

図５の説明に戻る。テクスチャマッピング装置１の制御部１１は、第２拡散反射率７２を示すテクスチャをポリゴンデータ５０にマッピングする（Ｓ５）。テクスチャマッピング装置１の制御部１１は、任意の投影面における各テクスチャ格子４３の第２拡散反射率７２を、モデル空間における３次元座標空間のポリゴンにマッピングする。マッピング処理は公知の技術を用いる。

本発明の実施の形態におけるテクスチャマッピング装置１によれば、従来技術のように、撮影画像自体をテクスチャ画像としてマッピングするのではなく、多照明条件画像群から算出される画像空間における第１拡散反射率に基づいて、モデル空間における第２拡散反射率を特定し、第２拡散反射率をマッピングする。これによって、物体の質感情報（拡散反射率）を繋ぎ目なくマッピングすることが可能となる。

以上、添付図面を参照しながら、本発明に係るテクスチャマッピング装置等の好適な実施形態について説明したが、本発明はかか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、各種の変更例又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。

１………テクスチャマッピング装置
２………撮影装置
４０………物体
４１、４１ａ、４１ｂ………画像範囲
４２………計算格子
４３………テクスチャ格子
５０………ポリゴンデータ
６０………第１拡散反射率データ
７０………第２拡散反射率データ

Claims (6)

1. 物体の部分領域ごとに撮影される多照明条件画像群を入力する入力手段と、
   前記部分領域ごとに、前記多照明条件画像群に基づいて、画像空間における計算格子単位の第１拡散反射率を算出する算出手段と、
   前記第１拡散反射率に基づいて、モデル空間におけるテクスチャ格子単位の第２拡散反射率を特定する特定手段と、
   前記第２拡散反射率を示すテクスチャを、前記物体のポリゴンデータにマッピングするマッピング手段と、
   を備えるテクスチャマッピング装置。
2. 前記特定手段は、
   前記部分領域ごとの代表画像群を表示し、
   前記代表画像同士の位置合わせを受け付け、
   前記代表画像同士の位置合わせの結果に従って、前記第２拡散反射率を特定する
   請求項１に記載のテクスチャマッピング装置。
3. 前記特定手段は、前記第１拡散反射率に基づいて同一の照明条件によるレンダリングを行うことにより、前記代表画像群を作成する
   請求項２に記載のテクスチャマッピング装置。
4. 前記特定手段は、前記代表画像同士の一部の領域が重なる場合には、両方の前記代表画像に係る前記第１拡散反射率に基づいて、前記第２拡散反射率を特定する
   請求項２又は請求項３に記載のテクスチャマッピング装置。
5. コンピュータが、
   物体の部分領域ごとに撮影される多照明条件画像群を入力する入力ステップと、
   前記部分領域ごとに、前記多照明条件画像群に基づいて、画像空間における計算格子単位の第１拡散反射率を算出する算出ステップと、
   前記第１拡散反射率に基づいて、モデル空間におけるテクスチャ格子単位の第２拡散反射率を特定する特定ステップと、
   前記第２拡散反射率を示すテクスチャを、前記物体のポリゴンデータにマッピングするマッピングステップと、
   を実行するテクスチャマッピング方法。
6. コンピュータを、
   物体の部分領域ごとに撮影される多照明条件画像群を入力する入力手段と、
   前記部分領域ごとに、前記多照明条件画像群に基づいて、画像空間における計算格子単位の第１拡散反射率を算出する算出手段と、
   前記第１拡散反射率に基づいて、モデル空間におけるテクスチャ格子単位の第２拡散反射率を特定する特定手段と、
   前記第２拡散反射率を示すテクスチャを、前記物体のポリゴンデータにマッピングするマッピング手段と、
   を備えるテクスチャマッピング装置として機能させるためのプログラム。

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