JP2017169970A - Optical simulation apparatus and method, and program - Google Patents
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Description
本発明は、評価対象の光学特性に基づいて、光学シミュレーションによって評価対象のシミュレーション画像を生成する光学シミュレーション装置および方法並びにプログラムに関するものである。 The present invention relates to an optical simulation apparatus, method, and program for generating a simulation image to be evaluated by optical simulation based on optical characteristics to be evaluated.
物体の物理特性の変化を科学的に画像化して解析することは重要である。たとえば、肌の光学特性と肌の見え方との関係を解明することは化粧品や皮膚科学の分野などで重要である。 It is important to scientifically image and analyze changes in physical properties of objects. For example, it is important in the field of cosmetics and dermatology to elucidate the relationship between the optical properties of the skin and how the skin looks.
上述したような肌の見え方を評価する方法として、光学シミュレーションによって肌のシミュレーション画像を生成して表示させることが提案されている。たとえば肌をモデル化した肌モデルに対して光学特性を設定し、その肌モデルの輝度分布をシミュレーションすることによって肌のシミュレーション画像を生成して表示させることが提案されている。 As a method for evaluating the appearance of the skin as described above, it has been proposed to generate and display a skin simulation image by optical simulation. For example, it has been proposed to generate and display a skin simulation image by setting optical characteristics for a skin model obtained by modeling the skin and simulating the luminance distribution of the skin model.
ここで、現実に近い肌を画像化するには、肌内部の光の挙動も含めて計算する必要がある。物体の反射特性を表す光学モデルとしては、BRDF(Bidirectional Reflectance Distribution Function)が一般的であるが、BRDFを拡張し肌のような内部に伝播する光を考慮した、BSSRDF(Bidirectional Scattering Surface Reflectance Distribution Function)などの計算モデルが提案されている。 Here, in order to image realistic skin, it is necessary to calculate including the behavior of light inside the skin. BRDF (Bidirectional Reflectance Distribution Function) is generally used as an optical model to express the reflection characteristics of an object, but BSSRDF (Bidirectional Scattering Surface Reflectance Distribution Function) that takes into account the light propagating inside BRDF and expanding it inside the skin ) Etc. have been proposed.
特許文献１では、実際に試料に対して光を照射し、その反射光の強度を測定することによってBSSRDF特性データを取得する方法が提案されている。 Patent Document 1 proposes a method of acquiring BSSRDF characteristic data by actually irradiating a sample with light and measuring the intensity of the reflected light.
ここで、たとえばBSSRDF特性データを入力として、肌のシミュレーション画像を算出する場合、BSSRDF特性データの出射光の出射位置および出射方向の分解能を一律に上げた場合は、BSSRDF特性データは膨大な点数となり、必要なメモリ容量が大きくなってしまう。 Here, for example, when calculating the simulation image of the skin using BSSRDF characteristic data as input, if the resolution of the emission position and emission direction of the BSSRDF characteristic data is uniformly increased, the BSSRDF characteristic data will be enormous. The required memory capacity becomes large.
そのため、一般的な計算環境では、１つのBSSRDF特性データを入力とするのが限界である。すなわち、肌の光学特性が均一に近いものを再現するのが限度であり、肌の光学特性が均一ではなく、場所により光学特性が異なる肌を再現することができなかった。 Therefore, in a general computing environment, it is a limit to input one BSSRDF characteristic data. That is, the limit is to reproduce the skin with optical characteristics close to uniform, the optical characteristics of the skin are not uniform, and skin with different optical characteristics depending on the location cannot be reproduced.
本発明は、上記の問題に鑑み、１つの光学特性データに必要なメモリ容量を削減することができ、これにより種々の光学特性を有する肌の光学シミュレーションを行うことができる光学シミュレーション装置および方法並びにプログラムを提供することを目的とする。 In view of the above problems, the present invention can reduce the memory capacity required for one piece of optical characteristic data, thereby enabling an optical simulation apparatus and method capable of performing optical simulation of skin having various optical characteristics, and The purpose is to provide a program.
本発明の光学シミュレーション装置は、評価対象に対して光を入射した場合における出射光の少なくとも出射方向を表す光学特性データを取得し、光学特性データの出射方向の分解能を変更する分解能変更部と、分解能変更部によって変更された分解能毎の光学特性データを用いて、評価対象のシミュレーション画像を光学シミュレーションによって算出する画像シミュレーション部と、画像シミュレーション部によって算出された分解能毎のシミュレーション画像に基づいて、シミュレーション画像毎の指標値を算出する指標値算出部と、シミュレーション画像毎の指標値に基づいて、予め設定された条件を満たす所望の出射方向の分解能を決定する分解能決定部とを備える。 The optical simulation device of the present invention obtains optical characteristic data representing at least the emission direction of outgoing light when light is incident on the evaluation target, and a resolution changing unit that changes the resolution in the outgoing direction of the optical characteristic data; Using the optical property data for each resolution changed by the resolution changing unit, an image simulation unit for calculating a simulation image to be evaluated by optical simulation, and a simulation based on the simulation image for each resolution calculated by the image simulation unit An index value calculation unit that calculates an index value for each image, and a resolution determination unit that determines a resolution in a desired emission direction that satisfies a preset condition based on the index value for each simulation image.
また、上記本発明の光学シミュレーション装置において、分解能変更部は、光学特性データとして、出射光の出射方向および出射位置を表す光学特性データを取得し、光学特性データの出射方向の分解能および出射位置の分解能を変更し、分解能決定部は、シミュレーション画像毎の指標値に基づいて、予め設定された条件を満たす所望の出射方向の分解能および出射位置の分解能を決定することができる。 In the optical simulation apparatus of the present invention, the resolution changing unit acquires optical characteristic data representing the emission direction and emission position of the emitted light as the optical characteristic data, and the resolution and emission position of the emission direction of the optical characteristic data are obtained. The resolution is changed, and the resolution determination unit can determine the resolution in the desired emission direction and the resolution of the emission position satisfying preset conditions based on the index value for each simulation image.
また、上記本発明の光学シミュレーション装置において、分解能変更部は、光学特性データとして双方向散乱面反射率分布関数のデータを取得することができる。 In the optical simulation apparatus of the present invention, the resolution changing unit can acquire data of a bidirectional scattering surface reflectance distribution function as optical characteristic data.
また、上記本発明の光学シミュレーション装置においては、分解能決定部によって決定された分解能の光学特性データを保存する光学特性データ保存部を備えることができる。 The optical simulation apparatus of the present invention may further include an optical property data storage unit that stores optical property data having the resolution determined by the resolution determination unit.
また、上記本発明の光学シミュレーション装置においては、評価対象を肌とすることができる。 In the optical simulation apparatus of the present invention, the evaluation object can be skin.
また、上記本発明の光学シミュレーション装置において、指標値算出部は、シミュレーション画像内に設定された２つの領域の彩度差を指標値として算出し、分解能決定部は、シミュレーション画像毎の彩度差に基づいて、シミュレーション画像によって表された肌のツヤまたはテカリを評価し、評価結果が予め設定された条件を満たすシミュレーション画像の算出に用いられた光学特性データの分解能に基づいて、所望の分解能を決定することができる。 In the optical simulation apparatus of the present invention, the index value calculation unit calculates a saturation difference between two regions set in the simulation image as an index value, and the resolution determination unit calculates the saturation difference for each simulation image. Based on the resolution of the optical characteristic data used to calculate the simulation image satisfying the evaluation result that satisfies the preset condition. Can be determined.
また、上記本発明の光学シミュレーション装置において、指標値算出部は、シミュレーション画像内に設定された２つの領域の彩度差および明度差を指標値として算出し、分解能決定部は、シミュレーション画像毎の彩度差および明度差に基づいて、シミュレーション画像によって表された肌のツヤまたはテカリを評価し、評価結果が予め設定された条件を満たすシミュレーション画像の算出に用いられた光学特性データの分解能に基づいて、所望の分解能を決定することができる。 In the optical simulation device of the present invention, the index value calculation unit calculates the saturation difference and the brightness difference between the two regions set in the simulation image as the index value, and the resolution determination unit calculates the simulation image for each simulation image. Based on the saturation difference and the brightness difference, the skin gloss or shininess represented by the simulation image is evaluated, and the evaluation result is based on the resolution of the optical characteristic data used to calculate the simulation image that satisfies the preset condition. Thus, a desired resolution can be determined.
また、上記本発明の光学シミュレーション装置において、指標値算出部は、シミュレーション画像内に設定された２つの領域の明度差およびシミュレーション画像のムラ指標を指標値として算出し、分解能決定部は、シミュレーション画像毎の明度差およびムラ指標に基づいて、シミュレーション画像によって表された肌のツヤまたはテカリを評価し、評価結果が予め設定された条件を満たすシミュレーション画像の算出に用いられた光学特性データの分解能に基づいて、所望の分解能を決定することができる。 In the optical simulation apparatus of the present invention, the index value calculation unit calculates the brightness difference between the two regions set in the simulation image and the unevenness index of the simulation image as index values, and the resolution determination unit calculates the simulation image. Based on the brightness difference and the unevenness index for each, the gloss or shine of the skin represented by the simulation image is evaluated, and the resolution of the optical property data used to calculate the simulation image satisfying the preset condition of the evaluation result Based on this, the desired resolution can be determined.
また、上記本発明の光学シミュレーション装置において、分解能決定部は、予め設定された判別関数を用いてシミュレーション画像によって表された肌のツヤまたはテカリを評価することができる。 In the optical simulation apparatus of the present invention, the resolution determination unit can evaluate the gloss or shine of the skin represented by the simulation image using a preset discriminant function.
本発明の光学シミュレーション方法は、評価対象に対して光を入射した場合における出射光の少なくとも出射方向を表す光学特性データを取得し、その光学特性データの出射方向の分解能を変更し、その変更した分解能毎の光学特性データを用いて、評価対象のシミュレーション画像を光学シミュレーションによって算出し、その算出した分解能毎のシミュレーション画像に基づいて、シミュレーション画像毎の指標値を算出し、その算出したシミュレーション画像毎の指標値に基づいて、予め設定された条件を満たす所望の出射方向の分解能を決定する。 The optical simulation method of the present invention acquires optical characteristic data representing at least the emission direction of outgoing light when light is incident on an evaluation target, changes the resolution in the outgoing direction of the optical characteristic data, and Using the optical characteristic data for each resolution, the simulation image to be evaluated is calculated by optical simulation, the index value for each simulation image is calculated based on the calculated simulation image for each resolution, and each calculated simulation image is calculated. Based on the index value, a resolution in a desired emission direction that satisfies a preset condition is determined.
本発明の光学シミュレーションプログラムは、コンピュータを、評価対象に対して光を入射した場合における出射光の少なくとも出射方向を表す光学特性データを取得し、光学特性データの出射方向の分解能を変更する分解能変更部と、分解能変更部によって変更された分解能毎の光学特性データを用いて、評価対象のシミュレーション画像を光学シミュレーションによって算出する画像シミュレーション部と、画像シミュレーション部によって算出された分解能毎のシミュレーション画像に基づいて、シミュレーション画像毎の指標値を算出する指標値算出部と、シミュレーション画像毎の指標値に基づいて、予め設定された条件を満たす所望の出射方向の分解能を決定する分解能決定部として機能させる。 The optical simulation program of the present invention obtains optical characteristic data representing at least the outgoing direction of outgoing light when light is incident on an evaluation target, and changes the resolution to change the resolution in the outgoing direction of the optical characteristic data. An image simulation unit for calculating a simulation image to be evaluated by optical simulation using the optical characteristic data for each resolution changed by the resolution changing unit, and a simulation image for each resolution calculated by the image simulation unit. Thus, an index value calculation unit that calculates an index value for each simulation image, and a resolution determination unit that determines a resolution in a desired emission direction that satisfies a preset condition based on the index value for each simulation image.
本発明の光学シミュレーション装置および方法並びにプログラムによれば、評価対象に対して光を入射した場合における出射光の少なくとも出射方向を表す光学特性データを取得し、その光学特性データの出射方向の分解能を変更し、その変更した分解能毎の光学特性データを用いて、評価対象のシミュレーション画像を算出する。そして、その算出した分解能毎のシミュレーション画像に基づいて、シミュレーション画像毎の指標値を算出し、その算出したシミュレーション画像毎の指標値に基づいて、予め設定された条件を満たす所望の出射方向の分解能を決定するようにしたので、無駄に分解能を上げることなく、必要な分解能を決定することができる。したがって、１つの光学特性データに必要なメモリ容量を削減することができ、これにより種々の光学特性を有する肌の光学シミュレーションを行うことができる。 According to the optical simulation apparatus, method, and program of the present invention, optical characteristic data representing at least the emission direction of emitted light when light is incident on an evaluation object is obtained, and the resolution of the optical characteristic data in the emission direction is obtained. The simulation image to be evaluated is calculated using the changed optical property data for each resolution. Then, an index value for each simulation image is calculated based on the calculated simulation image for each resolution, and a desired output direction resolution satisfying a preset condition based on the calculated index value for each simulation image. Therefore, the necessary resolution can be determined without wastefully increasing the resolution. Therefore, it is possible to reduce the memory capacity necessary for one piece of optical characteristic data, thereby performing optical simulation of skin having various optical characteristics.
以下、本発明の光学シミュレーション装置および方法並びにプログラムの一実施形態を用いた光学シミュレーショシンステムついて、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本実施形態の光学シミュレーションシステム１の概略構成を示すブロック図である。なお、図１に示す光学シミュレーション装置の構成は、本発明の光学シミュレーションプログラムの一実施形態をコンピュータにインストールし、そのプログラムをコンピュータによって実行することにより実現されるものである。 Hereinafter, an optical simulation system using an embodiment of an optical simulation apparatus and method and a program of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of an optical simulation system 1 of the present embodiment. The configuration of the optical simulation apparatus shown in FIG. 1 is realized by installing an embodiment of the optical simulation program of the present invention in a computer and executing the program by the computer.
光学シミュレーションプログラムは、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）およびＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disc Read Only Memory）などの記録媒体に記録されて配布され、その記録媒体からコンピュータにインストールされる。または、光学シミュレーションプログラムは、ネットワークに接続されたサーバコンピュータの記憶装置もしくはネットワークストレージに対して外部からアクセス可能な状態で記憶され、要求に応じてコンピュータにダウンロードされ、インストールされる。 The optical simulation program is recorded and distributed on a recording medium such as a DVD (Digital Versatile Disc) and a CD-ROM (Compact Disc Read Only Memory), and is installed in the computer from the recording medium. Alternatively, the optical simulation program is stored in a state where it can be accessed from the outside with respect to the storage device or network storage of the server computer connected to the network, and is downloaded to the computer and installed upon request.
本実施形態の光学シミュレーションシステム１は、図１に示すように、光学シミュレーション装置１０と、表示装置２０と、入力装置３０とを備えている。 As shown in FIG. 1, the optical simulation system 1 of this embodiment includes an optical simulation device 10, a display device 20, and an input device 30.
光学シミュレーション装置１０は、分解能変更部１１と、画像シミュレーション部１２と、指標値算出部１３と、分解能決定部１４と、光学特性データ保存部１５を備えている。 The optical simulation apparatus 10 includes a resolution changing unit 11, an image simulation unit 12, an index value calculation unit 13, a resolution determination unit 14, and an optical characteristic data storage unit 15.
光学シミュレーション装置１０は、典型的にはＣＰＵ(central processing unit、中央演算処理装置)、メモリ、およびデータバスなどを有する。光学シミュレーション装置１０は、上述したようにコンピュータに本発明の光学シミュレーションプログラムの一実施形態をインストールしたものであり、ＣＰＵによってそのプログラムが動作することで、分解能変更部１１、画像シミュレーション部１２、指標値算出部１３、および分解能決定部１４の機能が実現する。すなわち、これらの各部は、プログラムが組み込まれたメモリとＣＰＵにより構成されている。光学特性データ保存部１５は、メモリまたはハードディスクなどの記憶装置から構成される。 The optical simulation apparatus 10 typically includes a CPU (central processing unit), a memory, a data bus, and the like. As described above, the optical simulation apparatus 10 is obtained by installing one embodiment of the optical simulation program of the present invention in a computer, and when the program is operated by a CPU, the resolution changing unit 11, the image simulation unit 12, an index. The functions of the value calculation unit 13 and the resolution determination unit 14 are realized. That is, each of these units is configured by a memory and a CPU in which a program is incorporated. The optical characteristic data storage unit 15 includes a storage device such as a memory or a hard disk.
なお、光学シミュレーション装置１０のハードウェアの構成は特に限定されるものではなく、複数のＩＣ（Integrated Circuit）、ＡＳＩＣ（application specific integrated circuit）、ＦＰＧＡ（field-programmable gate array）、メモリなどを適宜組み合わせることによって実現することができる。 The hardware configuration of the optical simulation apparatus 10 is not particularly limited, and a plurality of integrated circuits (ICs), application specific integrated circuits (ASICs), field-programmable gate arrays (FPGAs), memories, and the like are appropriately combined. Can be realized.
分解能変更部１１は、評価対象の光学特性データを取得し、その光学特性データの分解能を変更するものである。評価対象の光学特定データとは、評価対象に対して光を入射した場合におけるその光の反射特性、透過特性および散乱特性などを規定したものである。本実施形態においては、分解能変更部１１は、肌の光学特性データを取得する。 The resolution changing unit 11 acquires optical characteristic data to be evaluated and changes the resolution of the optical characteristic data. The optical specific data to be evaluated defines the reflection characteristics, transmission characteristics, scattering characteristics, and the like of light when the light is incident on the evaluation target. In the present embodiment, the resolution changing unit 11 acquires skin optical characteristic data.
肌の光学特性データは、実際の肌を実測することによって取得されたものでもよいし、肌をモデル化した肌モデルをシミュレーションによって解析することによって得られたものでもよい。肌モデルとは、人の肌を数学的にモデル化したものであり、肌の構造情報、光の屈折率、散乱係数および吸収係数などを設定することによって得られるものである。肌モデルは、予め設定していてもよいし、ユーザが入力装置３０を用いて上述した構造情報や屈折率などの光学情報を入力することによって設定してもよい。 The skin optical characteristic data may be obtained by actually measuring the actual skin, or may be obtained by analyzing a skin model obtained by modeling the skin by simulation. The skin model is a mathematical model of human skin, and is obtained by setting skin structure information, light refractive index, scattering coefficient, absorption coefficient, and the like. The skin model may be set in advance, or may be set by the user inputting optical information such as the above-described structure information and refractive index using the input device 30.
具体的には、光学特性データとしては、BSSRDF（双方向散乱面反射率分布関数）特性データ、BSDF（双方向散乱分布関数)特性データおよびSVBRDF(Spatially Varying Bidirectional Reflectance Distribution Function)（双方向反射率分布関数）特性データなどがある。これらの光学特性データは、既に公知なものであるが、以下、簡単に説明する。 Specifically, optical characteristic data includes BSSRDF (bidirectional scattering surface reflectance distribution function) characteristic data, BSDF (bidirectional scattering distribution function) characteristic data, and SVBRDF (Spatially Varying Bidirectional Reflectance Distribution Function) (bidirectional reflectance). Distribution function) and characteristic data. These optical characteristic data are already known, but will be briefly described below.
BSSRDF特性データは、図２Ｉに示すように、物体表面上の任意の位置に入射した光が、物体内部で散乱し、物体表面上の別の位置から出射することを考慮したものである。BSSRDF特性データは、図２IIおよび図２IIIに示すように入射位置(ui,vi)および入射方向(αi,βi)を入力として、図２IVおよび図２Ｖに示すように出射位置(ur,vr)および出射方向(αr,βr)に出力される分布で与えられる。 As shown in FIG. 2I, the BSSRDF characteristic data considers that light incident at an arbitrary position on the object surface is scattered inside the object and emitted from another position on the object surface. As shown in FIGS. 2II and 2III, the BSSRDF characteristic data is input from the incident position (ui, vi) and the incident direction (αi, βi), and as shown in FIGS. 2IV and 2V, the emission position (ur, vr) and It is given by the distribution output in the emission direction (αr, βr).
BSDF特性データは、BRDF特性データとBTDF（双方向透過率分布関数）特性データとを合わせたものである。 The BSDF characteristic data is a combination of BRDF characteristic data and BTDF (bidirectional transmittance distribution function) characteristic data.
BRDF特性データは、図３Ｉに示すように、物体表面の反射特性を表すものであり、図３IIIおよび図３IVに示すように入射方向(αi,βi)を入力として、出射方向(αr,βr)に出力される分布で与えられる。BTDF特性データは、図３IIに示すように、物体表面の透過特性を表すものであり、入射方向(αi,βi)を入力として、出射方向(αr,βr)に出力される分布で与えられる。すなわち、BSDF特性データも、入射方向(αi,βi)を入力として、出射方向(αr,βr)に出力される分布で与えられる。 As shown in FIG. 3I, the BRDF characteristic data represents the reflection characteristics of the object surface. As shown in FIGS. 3III and 3IV, the incident direction (αi, βi) is used as an input, and the emission direction (αr, βr). Is given by the distribution output to. As shown in FIG. 3II, the BTDF characteristic data represents the transmission characteristic of the object surface, and is given as a distribution output in the emission direction (αr, βr) with the incident direction (αi, βi) as an input. That is, the BSDF characteristic data is also given by a distribution output in the emission direction (αr, βr) with the incident direction (αi, βi) as an input.
分解能変更部１１によって取得される肌の光学特性データは、予め設定していてもよいし、ユーザが入力装置３０を用いて任意に設定入力するようにしてもよい。また、複数の光学特性データを予め設定しておき、その複数の光学特性データの中からユーザが入力装置３０を用いて選択するようにしてもよい。光学特性データの選択については、たとえば表示装置２０に選択画面を表示させ、その選択画面においてユーザが所望の光学特性データを選択するようにしてもよい。なお、複数の光学特性データとしては、BSSRDF特性データ、BSDF特性データおよびBRDF特性データなどの異種の光学特性データを設定してもよいし、たとえばBSSRDF特性データについて、異なる光学特性データを有する複数のBSSRDF特性データを設定するようにしてもよい。 The skin optical characteristic data acquired by the resolution changing unit 11 may be set in advance, or may be arbitrarily set and input by the user using the input device 30. Also, a plurality of optical characteristic data may be set in advance, and the user may select from among the plurality of optical characteristic data using the input device 30. Regarding the selection of the optical characteristic data, for example, a selection screen may be displayed on the display device 20, and the user may select desired optical characteristic data on the selection screen. As the plurality of optical characteristic data, different types of optical characteristic data such as BSSRDF characteristic data, BSDF characteristic data, and BRDF characteristic data may be set. For example, for the BSSRDF characteristic data, a plurality of optical characteristic data having different optical characteristic data may be set. BSSRDF characteristic data may be set.
そして、分解能変更部１１は、上述したようにして設定された光学特性データの分解能を変更するものである。具体的には、分解能変更部１１は、光学特性データが、BSSRDF特性データの場合には、出射位置(ur,vr)および出射方向(αr,βr)の分解能を変更するものであり、光学特性データが、BSDF特性データまたはBRDF特性データの場合には、出射方向(αr,βr)の分解能を変更するものである。分解能変更部１１は、具体的には、ur、vr、αrおよびβrの間隔を変更することによって分解能を変更する。本実施形態においては、分解能変更部１１が、BSSRDF特性データを取得し、その出射位置(ur,vr)および出射方向(αr,βr)の分解能を変更する場合について説明する。 The resolution changing unit 11 changes the resolution of the optical characteristic data set as described above. Specifically, the resolution changing unit 11 changes the resolution of the emission position (ur, vr) and the emission direction (αr, βr) when the optical characteristic data is BSSRDF characteristic data. When the data is BSDF characteristic data or BRDF characteristic data, the resolution in the emission direction (αr, βr) is changed. Specifically, the resolution changing unit 11 changes the resolution by changing the intervals of ur, vr, αr, and βr. In the present embodiment, a case where the resolution changing unit 11 acquires BSSRDF characteristic data and changes the resolution of the emission position (ur, vr) and the emission direction (αr, βr) will be described.
画像シミュレーション部１２は、分解能変更部１１によって変更された分解能毎のBSSRDF特性データを用いて、肌のシミュレーション画像を光学シミュレーンによって算出するものである。 The image simulation unit 12 uses the BSSRDF characteristic data for each resolution changed by the resolution changing unit 11 to calculate a simulation image of the skin by optical simulation.
画像シミュレーション部１２は、具体的には、肌の表面形状の情報を取得し、その肌の表面形状の情報とBSSRDF特性データとを用いて、光学シミュレーションを行う。 Specifically, the image simulation unit 12 acquires information on the surface shape of the skin, and performs an optical simulation using the information on the surface shape of the skin and BSSRDF characteristic data.
肌の表面形状の情報は、実際の肌を実測することによって取得されたものでもよいし、肌をモデル化した肌モデルの表面形状の情報でもよい。肌モデルの表面形状の情報としては、たとえば肌理の整った肌を想定した平坦の面を用いるようにしてもよいし、毛穴および肌表面の凹凸を想定した凹凸面を用いるようにしてもよい。凹凸の大きさとしては、たとえばマイクロメートルオーダーからミリメートルオーダーの凹凸が設定される。表面形状の情報は、具体的には、３次元座標(x,y,z)で与えられるものである。また、後述するシミュレーション画像を生成する際には、３次元座標から各点の法線ベクトル（Nx,Ny,Nz）が算出される。 The information on the surface shape of the skin may be information obtained by actually measuring the actual skin, or information on the surface shape of the skin model obtained by modeling the skin. As the information on the surface shape of the skin model, for example, a flat surface assuming smooth skin may be used, or an uneven surface assuming pores and unevenness on the skin surface may be used. As the size of the unevenness, for example, an unevenness of micrometer order to millimeter order is set. Specifically, the surface shape information is given by three-dimensional coordinates (x, y, z). Further, when generating a simulation image to be described later, the normal vector (Nx, Ny, Nz) of each point is calculated from the three-dimensional coordinates.
本実施形態においては、シミュレーション画像によって表された肌のツヤを評価して最終的なBSSRDF特性データの分解能を決定するので、肌の表面形状の情報として、図４に示すような、肌の肌理形状モデルを用いる。図４に示す肌理形状モデルは、具体的には、２ｍｍ四方の大きさであり、肌理皮溝幅を１００μ、肌理皮溝深さを１５０μｍ、肌理皮溝ピッチを３００μｍ、角層表面の凹凸の粗さを０．０５[Ｒａ]に設定したものである。なお、Ｒａは、表面粗さを表すものであり、JIS B 0601:2001によって規定される。また、シミュレーションを行う際には、この肌理形状モデルを２０ｍｍ四方の曲面の輪郭モデルに重ね合わせて行われる。 In the present embodiment, the skin gloss represented by the simulation image is evaluated to determine the resolution of the final BSSRDF characteristic data. Therefore, the skin texture as shown in FIG. A shape model is used. The skin shape model shown in FIG. 4 is specifically 2 mm square, the skin texture skin groove width is 100 μm, the skin texture skin groove depth is 150 μm, the skin texture skin groove pitch is 300 μm, and the surface of the stratum corneum is uneven. The roughness is set to 0.05 [Ra]. Ra represents surface roughness and is defined by JIS B 0601: 2001. Further, when the simulation is performed, the texture shape model is superimposed on a contour model of a 20 mm square curved surface.
肌の表面形状の情報は、予め設定していてもよいし、ユーザが入力装置３０を用いて任意に設定入力するようにしてもよい。また、複数の表面形状を予め設定しておき、その複数の表面形状の中からユーザが入力装置３０を用いて選択するようにしてもよい。表面形状の選択については、たとえば表示装置２０に選択画面を表示させ、その選択画面においてユーザが所望の表面形状を選択するようにしてもよい。 Information on the surface shape of the skin may be set in advance, or may be arbitrarily set and input by the user using the input device 30. Alternatively, a plurality of surface shapes may be set in advance, and the user may select from among the plurality of surface shapes using the input device 30. As for the selection of the surface shape, for example, a selection screen may be displayed on the display device 20, and the user may select a desired surface shape on the selection screen.
そして、画像シミュレーション部１２は、上述した肌の肌理形状モデルとBSSRDF特性データを用いて、肌からの出射光をシミュレーションし、その出射光を結像させて肌のシミュレーション画像を生成する。 Then, the image simulation unit 12 simulates the light emitted from the skin using the above-described skin texture shape model and BSSRDF characteristic data, and forms an image of the emitted light to generate a skin simulation image.
肌のシミュレーション画像の生成は、図５に示すように、シミュレーション空間に、光源１００、肌モデル１０１、集光レンズ１０２および受光部１０３を設定する。なお、肌モデル１０１とは、上述した肌の肌理形状モデルと曲面の輪郭モデルとBSSRDF特性データとから構成されるものである。 As shown in FIG. 5, the skin simulation image is generated by setting a light source 100, a skin model 101, a condenser lens 102, and a light receiving unit 103 in a simulation space. The skin model 101 is composed of the above-described skin texture model, curved contour model, and BSSRDF characteristic data.
そして、光源１００から出射された平行光Ｌ１が肌モデル１０１に入射され、その平行光Ｌ１の入射によって肌モデル１０１から出射された出射光Ｌ２が集光レンズ１０２によって集光され、受光部１０３の受光面によって受光されるまでを計算することによって、受光部１０３の受光面に結像される肌のシミュレーション画像をシミュレーションすることができる。シミュレーションの条件としては、たとえば光源１００の発光面の大きさとして２０ｍｍ四方が設定され、肌モデル１０１の光入射面の大きさとして２０ｍｍ四方が設定され、集光レンズ１０２の大きさとして半径１５ｍｍが設定され、肌モデル１０１と集光レンズ１０２との間の距離として５００ｍｍが設定され、集光レンズ１０２と受光部１０３との間の距離として１４０ｍｍが設定される。また、光源１００から出射された平行光Ｌ１の入射角度は４５°に設定されており、平行光Ｌ１の波長は５４２ｎｍに設定されている。 Then, the parallel light L1 emitted from the light source 100 is incident on the skin model 101, and the emitted light L2 emitted from the skin model 101 due to the incidence of the parallel light L1 is condensed by the condenser lens 102. By calculating the time until light is received by the light receiving surface, a simulation image of the skin imaged on the light receiving surface of the light receiving unit 103 can be simulated. As simulation conditions, for example, a 20 mm square is set as the size of the light emitting surface of the light source 100, a 20 mm square is set as the size of the light incident surface of the skin model 101, and a radius of 15 mm is set as the size of the condenser lens 102. The distance between the skin model 101 and the condenser lens 102 is set to 500 mm, and the distance between the condenser lens 102 and the light receiving unit 103 is set to 140 mm. The incident angle of the parallel light L1 emitted from the light source 100 is set to 45 °, and the wavelength of the parallel light L1 is set to 542 nm.
より具体的には、光源１００から平行光Ｌ１を多数回出射させる。平行光Ｌ１の各光線が肌モデル１０１表面に到達したときの位置を幾何学的に計算することによって、各光線の入射位置が決定される。次に、各光線について、その光線の方向と肌モデル１０１の表面形状の法線ベクトルとを考慮することで、各光線の入射方向が決定される。そして、各光線の入射位置および入射方向に基づいて、BSSRDF特性データを参照することによって、肌モデル１０１から出射される出射光の各光線の出射位置、出射方向および強度が決定される。そして、集光レンズ１０２を透過した出射光の各光線を受光部１０３の受光面に結像させることによって肌のシミュレーション画像が生成される。 More specifically, the parallel light L1 is emitted from the light source 100 many times. The incident position of each light beam is determined by geometrically calculating the position when each light beam of the parallel light L1 reaches the surface of the skin model 101. Next, for each ray, the incident direction of each ray is determined by considering the direction of the ray and the normal vector of the surface shape of the skin model 101. Then, by referring to the BSSRDF characteristic data based on the incident position and incident direction of each light ray, the emission position, emission direction, and intensity of each light ray emitted from the skin model 101 are determined. Then, a skin simulation image is generated by forming each light beam of the emitted light transmitted through the condenser lens 102 on the light receiving surface of the light receiving unit 103.
なお、たとえば肌モデル１０１の光学特性データがBSDF特性データまたはBRDF特性データである場合には、入射光の各光線の入射方向に基づいて、BSDF特性データまたはBRDF特性データを参照することによって、肌モデル１０１から出射される出射光の各光線の出射方向および強度が決定される。 For example, when the optical characteristic data of the skin model 101 is BSDF characteristic data or BRDF characteristic data, the skin model 101 is referred to by referring to the BSDF characteristic data or BRDF characteristic data based on the incident direction of each ray of incident light. The emission direction and intensity of each ray of the emitted light emitted from the model 101 are determined.
画像シミュレーション部１２は、分解能変更部１１によって分解能が変更された各BSSRDF特性データを取得し、その分解能毎のBSSRDF特性を用いて肌のシミュレーション画像をそれぞれ算出する。 The image simulation unit 12 acquires each BSSRDF characteristic data whose resolution has been changed by the resolution changing unit 11, and calculates a skin simulation image using the BSSRDF characteristic for each resolution.
指標値算出部１３は、画像シミュレーション部１２によって算出された分解能毎のシミュレーション画像に基づいて、シミュレーション画像毎の指標値を算出するものである。 The index value calculation unit 13 calculates an index value for each simulation image based on the simulation image for each resolution calculated by the image simulation unit 12.
本実施形態の指標値算出部１３は、具体的には、図６に示すように、シミュレーション画像ＳＩ内に２つの領域Ｒ１および領域Ｒ２を設定し、それぞれの領域内のシミュレーション画像の彩度および明度を算出し、２つの領域の彩度差および明度差をシミュレーション画像ＳＩの指標値として算出する。 Specifically, as shown in FIG. 6, the index value calculation unit 13 of the present embodiment sets two regions R1 and R2 in the simulation image SI, and sets the saturation and the simulation image in each region. The brightness is calculated, and the saturation difference and the brightness difference between the two regions are calculated as index values of the simulation image SI.
なお、領域Ｒ１および領域Ｒ２は、ユーザによって予め設定されるものであるが、本実施形態では、領域Ｒ１として、光沢が発生しやすい領域が設定される。具体的には、光沢が発生しやすい領域としてシミュレーション画像ＳＩの中央部分の領域が設定される。また、領域Ｒ２として、光沢が発生しにくい領域が設定される。具体的には、光沢が発生しにくい領域であるシミュレーション画像ＳＩの周辺の領域が設定される。 The region R1 and the region R2 are set in advance by the user, but in the present embodiment, a region where gloss is likely to occur is set as the region R1. Specifically, an area at the center of the simulation image SI is set as an area where gloss is likely to occur. In addition, a region where gloss is not easily generated is set as the region R2. Specifically, an area around the simulation image SI, which is an area where gloss is not easily generated, is set.
指標値算出部１３は、領域Ｒ１と領域Ｒ２のそれぞれの彩度および明度を算出する場合には、シミュレーション画像ＳＩの色空間を変換してＣＩＥ Ｌ＊ａ＊ｂ＊色空間変換画像（国際照明委員会(Commission internationale de l'eclairage)が策定したＬ＊ａ＊ｂ＊色空間の値に変換した画像。以下、ＣＩＥ Ｌ＊ａ＊ｂ＊色空間のことを、単にＬ＊ａ＊ｂ＊色空間と称する。）を生成する。Ｌ＊ａ＊ｂ＊色空間に変換する際、計算光源として、たとえばＤ６５光源を用いることができる。 The index value calculation unit 13 converts the color space of the simulation image SI to calculate the CIE L * a * b * color space conversion image (international illumination) when calculating the saturation and lightness of each of the regions R1 and R2. Image converted to L * a * b * color space value established by the Commission (Commission internationale de l'eclairage) .Hereafter, CIE L * a * b * color space is simply referred to as L * a * b *. A color space). When converting to the L * a * b * color space, for example, a D65 light source can be used as a calculation light source.
指標値算出部１３は、生成した色空間変換画像を明るさ成分（輝度成分）と色成分に分けて、明るさ成分画像と色成分画像をそれぞれ生成する。具体的には、Ｌ＊ａ＊ｂ＊色空間の色空間変換画像の場合、Ｌ＊成分から明るさ成分画像が生成され、Ｃ＊成分（彩度成分、Ｃ＊＝{（ａ＊）2＋（ｂ＊）2}1/2）から色成分画像が生成される。 The index value calculation unit 13 divides the generated color space conversion image into a brightness component (luminance component) and a color component, and generates a brightness component image and a color component image, respectively. Specifically, in the case of a color space conversion image of the L * a * b * color space, a brightness component image is generated from the L * component, and the C * component (saturation component, C * = {(a * ) 2 ). + (B * ) 2 } 1/2 ), a color component image is generated.
そして、指標値算出部１３は、色成分画像に基づいて、領域Ｒ１の彩度成分の平均値と、領域Ｒ２の彩度成分の平均値とを算出し、これらの平均値の差分、すなわち彩度差（ΔＣ＊）を指標値として算出する。 Then, the index value calculation unit 13 calculates the average value of the saturation components in the region R1 and the average value of the saturation components in the region R2 based on the color component image, and the difference between these average values, that is, the saturation value. The degree difference (ΔC * ) is calculated as an index value.
また、指標値算出部１３は、明るさ成分画像に基づいて、領域Ｒ１の明るさ成分の平均値と、領域Ｒ２の明るさ成分の平均値とを算出し、これらの平均値の差分、すなわち明度差（ΔＬ＊）を指標値として算出する。 Further, the index value calculation unit 13 calculates the average value of the brightness component in the region R1 and the average value of the brightness component in the region R2 based on the brightness component image, and the difference between these average values, that is, The brightness difference (ΔL * ) is calculated as an index value.
分解能決定部１４は、シミュレーション画像毎の指標値に基づいて、予め設定された条件を満たす所望の分解能を決定するものである。具体的には、本実施形態の分解能決定部１４は、シミュレーション画像毎の指標値、すなわち彩度差および明度差に基づいて、シミュレーション画像によって表された肌にツヤがあるか否かを評価する。そして、そのツヤがあると評価されたシミュレーション画像を特定し、その特定したシミュレーション画像を生成する際に用いた分解能に基づいて、所望の分解能を決定する。すなわち、本実施形態の分解能決定部１４は、シミュレーション画像の指標値に基づくツヤの評価結果が同じであるという条件を満たすシミュレーション画像の分解能に基づいて、所望の分解能を決定する。 The resolution determination unit 14 determines a desired resolution that satisfies a preset condition based on an index value for each simulation image. Specifically, the resolution determination unit 14 of the present embodiment evaluates whether the skin represented by the simulation image is glossy based on the index value for each simulation image, that is, the saturation difference and the brightness difference. . Then, a simulation image evaluated to have the gloss is specified, and a desired resolution is determined based on the resolution used when generating the specified simulation image. That is, the resolution determination unit 14 of the present embodiment determines a desired resolution based on the resolution of the simulation image that satisfies the condition that the gloss evaluation result based on the index value of the simulation image is the same.
以下、分解能決定部１４における所望の分解能の決定方法について、より具体的に説明する。まず、図７は、指標値算出部１３によって算出されたシミュレーション画像毎の彩度差および明度差を示す図である。本実施形態においては、出射方向αrの分解能を０．５、５および３０に変更し、出射方向βrの分解能を２、１０および４０に変更し、出射位置urおよびvrの分解能を０．１、０．５および２に変更して各分解能のシミュレーション画像を生成し、その指標値を算出している。本実施形態の場合、図７に示すように２７枚のシミュレーション画像を生成し、その指標値を算出している。なお、図７に示すムラ指標については、後で説明する。 Hereinafter, the determination method of the desired resolution in the resolution determination part 14 is demonstrated more concretely. First, FIG. 7 is a diagram illustrating a saturation difference and a brightness difference for each simulation image calculated by the index value calculation unit 13. In the present embodiment, the resolution in the emission direction αr is changed to 0.5, 5 and 30, the resolution in the emission direction βr is changed to 2, 10 and 40, and the resolution of the emission positions ur and vr is 0.1. The simulation image of each resolution is generated by changing to 0.5 and 2, and the index value is calculated. In the present embodiment, 27 simulation images are generated as shown in FIG. 7, and the index values are calculated. Note that the unevenness index shown in FIG. 7 will be described later.
分解能決定部１４は、図８に示すような彩度差を縦軸とし、明度差を横軸とした座標軸上を設定し、図７に示す各シミュレーション画像の彩度差および明度差に対応した点を座標軸上にプロットする。分解能決定部１４には、図８に示すような判別関数Ｆ１が予め設定されおり、この判別関数に基づいて、各シミュレーション画像によって表された肌にツヤがあるか否かを評価する。具体的には、分解能決定部１４は、図８に示す判別関数Ｆ１よりも右側に分布する点のシミュレーション画像をツヤ有りと評価し、左側に分布する点のシミュレーション画像をツヤ無しと評価する。なお、判別関数Ｆ１は、シミュレーション画像または実際の肌を撮影した画像を用いて官能評価を行うことによって予め取得されたものである。 The resolution determination unit 14 sets a coordinate axis with the saturation difference as shown in FIG. 8 as the vertical axis and the brightness difference as the horizontal axis, and corresponds to the saturation difference and the brightness difference of each simulation image shown in FIG. Plot points on the axes. In the resolution determination unit 14, a discriminant function F1 as shown in FIG. 8 is set in advance, and based on this discriminant function, it is evaluated whether or not the skin represented by each simulation image is glossy. Specifically, the resolution determination unit 14 evaluates the simulation image of the points distributed on the right side of the discriminant function F1 shown in FIG. 8 as glossy, and evaluates the simulation image of the points distributed on the left side as non-glossy. The discriminant function F1 is obtained in advance by performing sensory evaluation using a simulation image or an image obtained by photographing actual skin.
そして、分解能決定部１４は、BSSRDF特性データの各分解能（出射位置（ur,vr）、出射方向（αr,βr））の範囲の論理積をとった範囲に、ツヤ有りと評価されたシミュレーション画像のみが入る範囲を所望の分解能の範囲として決定する。図９は、各分解能のシミュレーション画像を３次元の分解能の座標軸上に配置した図である。図９においては、ツヤ有りと評価されたシミュレーション画像を点線四角で示している。ツヤ有りと評価されたシミュレーション画像が図９に示すような範囲である場合、図９の実線四角で囲まれる範囲が所望の分解能の範囲として決定される。すなわち、αr≦５°、βr≦２°、かつ（ur,vr）≦２．０が所望の分解能の範囲として決定される。 Then, the resolution determination unit 14 is a simulation image that is evaluated to be glossy in a range obtained by ANDing the ranges of the resolutions of the BSSRDF characteristic data (exit position (ur, vr), output direction (αr, βr)). The range in which only the value is included is determined as the range of the desired resolution. FIG. 9 is a diagram in which simulation images with respective resolutions are arranged on coordinate axes with three-dimensional resolution. In FIG. 9, the simulation image evaluated as having gloss is indicated by a dotted-line square. When the simulation image evaluated as having gloss is in the range as shown in FIG. 9, the range surrounded by the solid square in FIG. 9 is determined as the desired resolution range. That is, αr ≦ 5 °, βr ≦ 2 °, and (ur, vr) ≦ 2.0 are determined as a desired resolution range.
そして、分解能決定部１４は、上述した所望の分解能の範囲のうち最も粗い分解能を所望の分解能として決定する。すなわち、αr＝５°、βr＝２°、かつ（ur,vr）＝２．０が、所望の分解能として決定される。これにより、最大で1/200のメモリの削減となる。 Then, the resolution determination unit 14 determines the coarsest resolution as the desired resolution in the above-described desired resolution range. That is, αr = 5 °, βr = 2 °, and (ur, vr) = 2.0 are determined as desired resolutions. This will result in a memory reduction of up to 1/200.
光学特性データ保存部１５は、分解能決定部１４によって決定された所望の分解能の光学特定データを保存するものである。具体的には、本実施形態の場合、αr＝５°、βr＝２°、かつ（ur,vr）＝２．０の分解能のBSSRDF特性のデータが光学特性データ保存部１５に保存される。 The optical characteristic data storage unit 15 stores optical specific data having a desired resolution determined by the resolution determination unit 14. Specifically, in the present embodiment, BSSRDF characteristic data having a resolution of αr = 5 °, βr = 2 °, and (ur, vr) = 2.0 is stored in the optical property data storage unit 15.
光学特性データ保存部１５に保存されたBSSRDF特性は、必要に応じて画像シミュレーション部１２によって読み出され、新たなシミュレーション画像を生成してツヤを評価する際に用いられる。具体的には、たとえばシミまたはホクロなど有する肌モデルのシミュレーション画像を生成してツヤを評価したい場合など、種々の光学特性を有する肌モデルのシミュレーション画像を生成してツヤを評価する場合に用いられる。 The BSSRDF characteristic stored in the optical characteristic data storage unit 15 is read by the image simulation unit 12 as necessary, and is used when a new simulation image is generated and gloss is evaluated. Specifically, it is used when a simulation image of a skin model having various optical characteristics is generated and gloss is evaluated, for example, when a simulation image of a skin model having a stain or a mole is generated to evaluate gloss. .
表示制御部１６は、画像シミュレーション部１２において生成されたシミュレーション画像および分解能決定部１４において決定された分解能などを表示装置２０に表示させるものである。 The display control unit 16 causes the display device 20 to display the simulation image generated by the image simulation unit 12 and the resolution determined by the resolution determination unit 14.
図１に戻り、表示装置２０は、液晶ディスプレイなどのモニタを備えたものである。表示装置２０はタブレット端末のモニタであってもよい。すなわち、タブレット端末に対して光学シミュレーションプログラムをインストールして肌画像を表示させるようにしてもよい。 Returning to FIG. 1, the display device 20 includes a monitor such as a liquid crystal display. The display device 20 may be a tablet terminal monitor. That is, an optical simulation program may be installed on the tablet terminal to display a skin image.
入力装置３０は、肌の光学特性データおよび肌の表面形状の情報並びにシミュレーションの条件などの種々の情報の入力を受け付けるキーボードやマウスを備えたものである。また、上述したタブレット端末のタッチパネルによって表示装置２０と入力装置３０の両方を兼ねるようにしてもよい。 The input device 30 includes a keyboard and a mouse that receive input of various information such as skin optical characteristic data, skin surface shape information, and simulation conditions. Moreover, you may make it serve as both the display apparatus 20 and the input device 30 with the touch panel of the tablet terminal mentioned above.
次に、本実施形態の光学シミュレーションシステム１の動作について、図１０に示すフローチャートを参照しながら説明する。 Next, the operation of the optical simulation system 1 of the present embodiment will be described with reference to the flowchart shown in FIG.
まず、たとえばユーザによって入力装置３０を用いて光学特性データが設定入力され、その設定入力された光学特性データが分解能変更部１１によって取得される（Ｓ１０）。 First, for example, optical characteristic data is set and input by the user using the input device 30, and the optical characteristic data set and input is acquired by the resolution changing unit 11 (S10).
分解能変更部１１によって光学特性データの分解能が変更され、その分解能が変更された光学特性データは、画像シミュレーション部１２に順次入力される（Ｓ１２）。 The resolution of the optical characteristic data is changed by the resolution changing unit 11, and the optical characteristic data whose resolution has been changed is sequentially input to the image simulation unit 12 (S12).
そして、画像シミュレーション部１２によって分解能毎のシミュレーション画像が生成され、指標値算出部１３に出力される（Ｓ１４）。 Then, a simulation image for each resolution is generated by the image simulation unit 12, and is output to the index value calculation unit 13 (S14).
指標値算出部１３は、入力された分解能毎のシミュレーション画像について、それぞれの指標値を算出する。本実施形態では、指標値として、上述したように各シミュレーション画像の彩度差および明度差が算出される（Ｓ１６）。 The index value calculation unit 13 calculates each index value for the input simulation image for each resolution. In the present embodiment, as described above, the saturation difference and brightness difference of each simulation image are calculated as index values (S16).
指標値算出部１３によって算出された各シミュレーション画像の指標値は、分解能決定部１４に出力され、分解能決定部１４は、入力された指標値に基づいて、各シミュレーション画像によって表された肌のツヤを、判別関数を用いて評価する（Ｓ１８）。 The index value of each simulation image calculated by the index value calculation unit 13 is output to the resolution determination unit 14, and the resolution determination unit 14 determines the gloss of the skin represented by each simulation image based on the input index value. Is evaluated using a discriminant function (S18).
そして、分解能決定部１４は、ツヤがあると評価されたシミュレーション画像を特定し、その特定したシミュレーション画像を生成する際に用いた分解能に基づいて、所望の分解能を決定する（Ｓ２０）。 Then, the resolution determination unit 14 specifies a simulation image evaluated to have gloss, and determines a desired resolution based on the resolution used when generating the specified simulation image (S20).
そして、分解能決定部１４によって決定された所望の分解能の光学特性データが、光学特性データ保存部１５によって取得されて保存される（Ｓ２２）。光学特性データ保存部１５に保存された光学特性データは、必要に応じて画像シミュレーション部１２によって読み出され、新たなシミュレーション画像を生成する際に用いられる。 Then, the optical characteristic data having a desired resolution determined by the resolution determination unit 14 is acquired and stored by the optical characteristic data storage unit 15 (S22). The optical characteristic data stored in the optical characteristic data storage unit 15 is read by the image simulation unit 12 as necessary, and used when generating a new simulation image.
上記実施形態の光学シミュレーションシステムによれば、BSSRDF特性データの出射方向の分解能および出射位置の分解能を変更し、その変更した分解能毎のBSSRDF特性データを用いて、肌のシミュレーション画像を算出する。そして、その算出した分解能毎のシミュレーション画像に基づいて、シミュレーション画像毎の指標値を算出し、その算出したシミュレーション画像毎の指標値に基づいて、予め設定された条件を満たす所望の出射方向の分解能および出射位置の分解能を決定するようにしたので、無駄に分解能を上げることなく、肌の評価に必要な分解能を決定することができる。したがって、１つの光学特性データに必要なメモリ容量を削減することができ、これにより種々の光学特性を有する肌の光学シミュレーションを行うことができる。 According to the optical simulation system of the above embodiment, the resolution in the emission direction and the resolution of the emission position of the BSSRDF characteristic data are changed, and a simulation image of the skin is calculated using the BSSRDF characteristic data for each changed resolution. Then, an index value for each simulation image is calculated based on the calculated simulation image for each resolution, and a desired output direction resolution satisfying a preset condition based on the calculated index value for each simulation image. Since the resolution of the emission position is determined, the resolution necessary for skin evaluation can be determined without unnecessarily increasing the resolution. Therefore, it is possible to reduce the memory capacity necessary for one piece of optical characteristic data, thereby performing optical simulation of skin having various optical characteristics.
また、上記実施形態の光学シミュレーションシステムでは、各シミュレーション画像の彩度差および明度差に基づいて、判別関数を用いてツヤの評価を行うようにしたので、より簡易な方法で自動的にツヤ評価を行うことができる。 In the optical simulation system of the above embodiment, the gloss evaluation is performed using the discriminant function based on the saturation difference and the brightness difference of each simulation image, so the gloss evaluation is automatically performed by a simpler method. It can be performed.
なお、上記実施形態の光学シミュレーションシステム１においては、指標値として明度差および彩度差を算出してツヤの評価を行うようにしたが、これに限らず、指標値として明度差およびムラ指標を算出し、これらに基づいてツヤの評価を行うようにしてもよい。 In the optical simulation system 1 of the above-described embodiment, the brightness difference and the saturation difference are calculated as the index values to evaluate the gloss. However, the present invention is not limited to this, and the brightness difference and the unevenness index are used as the index values. The gloss may be calculated based on the calculated values.
ムラ指標は、Ｌ＊成分から生成された明るさ成分画像に基づいて算出される。具体的には、明るさ成分画像に２次元離散フーリエ変換処理を施して空間周波数の情報（たとえば、Winner Spectrum等）へと変換する。そして、この空間周波数の情報を人間の視覚周波数特性のパラメータにより重み付けし、この重み付けされた空間周波数の総和値をムラ指標として算出する。ここで、人間の視覚周波数特性とは、明度変動に関するＶＴＦ（Visual Transfer Function、視覚の伝達特性）を指し、ＶＴＦとしては、以下の式（Ｉ）および（II）に示すDooleyの近似式を用い、観察距離を３０ｃｍとした。 The unevenness index is calculated based on the brightness component image generated from the L * component. Specifically, the brightness component image is subjected to a two-dimensional discrete Fourier transform process to be converted into spatial frequency information (for example, Winner Spectrum). Then, the spatial frequency information is weighted by a parameter of human visual frequency characteristics, and the total value of the weighted spatial frequencies is calculated as an unevenness index. Here, the human visual frequency characteristic means a VTF (Visual Transfer Function) relating to brightness fluctuation, and the Dooley approximate expression shown in the following expressions (I) and (II) is used as the VTF. The observation distance was 30 cm.
図７に示すムラ指標は、上述したようにして算出されたものである。分解能決定部１４は、図１１に示すようなムラ指標を縦軸とし、明度差を横軸とした座標軸上を設定し、図７に示す各シミュレーション画像のムラ指標および明度差に対応した点を座標軸上にプロットする。分解能決定部１４には、図１１に示すような、ムラ指標および明度差に関する判別関数Ｆ２が予め設定されおり、この判別関数Ｆ２に基づいて、各シミュレーション画像によって表された肌にツヤがあるか否かを評価する。具体的には、分解能決定部１４は、図１１に示す判別関数Ｆ２よりも右側に分布する点のシミュレーション画像をツヤ有りと評価し、左側に分布する点のシミュレーション画像をツヤ無しと評価する。なお、判別関数Ｆ２は、シミュレーション画像または実際の肌を撮影した画像を用いて官能評価を行うことによって予め取得されたものである。以降の所望の分解の決定方法については、上記実施形態と同様である。
また、指標値として彩度差のみを算出してツヤの評価を行うようにしてもよい。この場合、彩度差が予め設定された閾値以上である場合にツヤ有りと評価し、閾値未満である場合にツヤ無しと評価するようにすればよい。これにより、さらに演算処理を簡易にすることができる。 Alternatively, gloss evaluation may be performed by calculating only the saturation difference as the index value. In this case, when the saturation difference is greater than or equal to a preset threshold value, it is evaluated that there is gloss, and when it is less than the threshold value, it is evaluated that there is no gloss. Thereby, the arithmetic processing can be further simplified.
また、上記実施形態の光学シミュレーションシステム１においては、シミュレーション画像に表された肌のツヤを評価するようにしたが、これに限らず、肌のテカリを評価するようにしてもよい。肌のテカリを評価する場合にも、指標値として彩度差と明度差が算出される。なお、肌のテカリを評価する場合、肌モデルの表面形状は、肌のツヤを評価する場合とは異なる表面形状を用いる。具体的には、肌理皮溝幅を３００μ、肌理皮溝深さを５０μｍ、肌理皮溝ピッチを６００μｍ、角層表面の凹凸の粗さを０．００[Ｒａ]に設定した表面形状を用いる。 Moreover, in the optical simulation system 1 of the said embodiment, although the glossiness of the skin represented by the simulation image was evaluated, you may make it evaluate not only this but the skin's shine. When evaluating skin shine, the saturation difference and the brightness difference are calculated as index values. When evaluating skin shine, the surface shape of the skin model is different from that when evaluating skin gloss. Specifically, a surface shape is used in which the skin groove width is 300 μ, the skin groove depth is 50 μm, the skin groove pitch is 600 μm, and the roughness of the surface of the stratum corneum is 0.00 [Ra].
図１２は、上述した表面形状を有する肌モデルを用いて生成された各分解能のシミュレーション画像の彩度差、明度差およびムラ指標を示す図である。 FIG. 12 is a diagram illustrating a saturation difference, a brightness difference, and a nonuniformity index of a simulation image of each resolution generated using the skin model having the above-described surface shape.
そして、分解能決定部１４は、図１３に示すような彩度差を縦軸とし、明度差を横軸とした座標軸上を設定し、図１２に示す各シミュレーション画像のムラ指標および明度差に対応した点を座標軸上にプロットする。分解能決定部１４には、図１３に示すような、テカリ評価用の判別関数Ｆ３が予め設定されおり、この判別関数Ｆ３に基づいて、各シミュレーション画像によって表された肌にテカリがあるか否かを評価する。具体的には、分解能決定部１４は、図１３に示す判別関数Ｆ３よりも右側に分布する点のシミュレーション画像をテカリ有りと評価し、左側に分布する点のシミュレーション画像をテカリ無しと評価する。なお、判別関数Ｆ３も、シミュレーション画像または実際の肌を撮影した画像を用いて官能評価を行うことによって予め取得されたものである。 Then, the resolution determination unit 14 sets a coordinate axis with the saturation difference as shown in FIG. 13 as the vertical axis and the brightness difference as the horizontal axis, and corresponds to the unevenness index and the brightness difference of each simulation image shown in FIG. The plotted points are plotted on the coordinate axes. In the resolution determination unit 14, a discriminant function F3 for shine evaluation as shown in FIG. 13 is set in advance. Based on the discriminant function F3, whether or not there is shine on the skin represented by each simulation image is determined. To evaluate. Specifically, the resolution determination unit 14 evaluates the simulation image of the points distributed on the right side of the discriminant function F3 shown in FIG. 13 as having the shine, and evaluates the simulation image of the points distributed on the left side as having no shine. The discriminant function F3 is also obtained in advance by performing sensory evaluation using a simulation image or an image obtained by photographing actual skin.
そして、分解能決定部１４は、BSSRDF特性データの各分解能（出射位置（ur,vr）、出射方向（αr,βr））の範囲の論理積をとった範囲に、テカリ有りと評価されたシミュレーション画像のみが入る範囲を所望の分解能の範囲として決定する。図１４は、各分解能のシミュレーション画像を３次元の分解能の座標軸上に配置した図である。図１４においては、テカリ有りと評価されたシミュレーション画像を点線四角で示している。テカリ有りと評価されたシミュレーション画像が図１４に示すような範囲である場合、図１４の実線四角で囲まれる範囲が所望の分解能の範囲として決定される。すなわち、αr≦５°、βr≦２°、かつ（ur,vr）≦０．５が所望の分解能の範囲として決定される。 Then, the resolution determination unit 14 is a simulation image that is evaluated as having a shine in a range obtained by ANDing the respective resolutions (outgoing positions (ur, vr), outgoing directions (αr, βr)) of the BSSRDF characteristic data. The range in which only the value is included is determined as the range of the desired resolution. FIG. 14 is a diagram in which simulation images with respective resolutions are arranged on coordinate axes with three-dimensional resolution. In FIG. 14, a simulation image evaluated as having a shine is indicated by a dotted square. When the simulation image evaluated as having a shine is in the range as shown in FIG. 14, the range surrounded by the solid line square in FIG. 14 is determined as the desired resolution range. That is, αr ≦ 5 °, βr ≦ 2 °, and (ur, vr) ≦ 0.5 are determined as desired resolution ranges.
そして、分解能決定部１４は、上述した所望の分解能の範囲のうち最も粗い分解能を所望の分解能として決定する。すなわち、αr＝５°、βr＝２°、かつ（ur,vr）＝０．５が、所望の分解能として決定される。そして、上記実施形態と同様に、この所望の分解能のBSSRDF特性データが、光学特性データ保存部１５に保存される。これにより、最大で1/50のメモリの削減となる。 Then, the resolution determination unit 14 determines the coarsest resolution as the desired resolution in the above-described desired resolution range. That is, αr = 5 °, βr = 2 °, and (ur, vr) = 0.5 are determined as desired resolutions. As in the above embodiment, the BSSRDF characteristic data having the desired resolution is stored in the optical characteristic data storage unit 15. This reduces the memory by up to 1/50.
光学特性データ保存部１５に保存されたBSSRDF特性は、必要に応じて画像シミュレーション部１２によって読み出され、新たなシミュレーション画像を生成してテカリを評価する際に用いられる。 The BSSRDF characteristic stored in the optical characteristic data storage unit 15 is read by the image simulation unit 12 as necessary, and is used when a new simulation image is generated to evaluate the shine.
なお、テカリの評価を行う場合も、指標値として明度差およびムラ指標を算出し、これらに基づいてテカリの評価を行うようにしてもよい。ムラ指標の算出方法は、上記と同様である。 In the case of evaluating the shine, the brightness difference and the unevenness index may be calculated as index values, and the shine evaluation may be performed based on them. The method for calculating the unevenness index is the same as described above.
分解能決定部１４は、図１５に示すようなムラ指標を縦軸とし、明度差を横軸とした座標軸上を設定し、図１２に示す各シミュレーション画像のムラ指標および明度差に対応した点を座標軸上にプロットする。分解能決定部１４には、図１５に示すような、テカリ評価用のムラ指標および明度差に関する判別関数Ｆ４が予め設定されおり、この判別関数Ｆ４に基づいて、各シミュレーション画像によって表された肌にツヤがあるか否かを評価する。具体的には、分解能決定部１４は、図１５に示す判別関数Ｆ４よりも右側に分布する点のシミュレーション画像をテカリ有りと評価し、左側に分布する点のシミュレーション画像をテカリ無しと評価する。なお、判別関数Ｆ４は、シミュレーション画像または実際の肌を撮影した画像を用いて官能評価を行うことによって予め取得されたものである。以降の所望の分解の決定方法については、上記と同様である。 The resolution determination unit 14 sets a coordinate axis with the unevenness index as shown in FIG. 15 as the vertical axis and the brightness difference as the horizontal axis, and points corresponding to the unevenness index and the brightness difference in each simulation image shown in FIG. Plot on the coordinate axes. The resolution determination unit 14 is preset with a discrimination function F4 regarding unevenness index for brightness evaluation and a brightness difference as shown in FIG. 15, and based on this discrimination function F4, the skin represented by each simulation image is displayed. Evaluate whether there is gloss. Specifically, the resolution determination unit 14 evaluates the simulation image of the points distributed on the right side of the discriminant function F4 shown in FIG. 15 as having the shine, and evaluates the simulation image of the points distributed on the left side as having no shine. The discriminant function F4 is obtained in advance by performing sensory evaluation using a simulation image or an image obtained by photographing actual skin. The subsequent method for determining the desired decomposition is the same as described above.
また、指標値として彩度差のみを算出してテカリの評価を行うようにしてもよい。この場合、彩度差が予め設定された閾値以上である場合にテカリ有りと評価し、閾値未満である場合にテカリ無しと評価するようにすればよい。 Alternatively, only the saturation difference may be calculated as the index value to evaluate the shine. In this case, if the saturation difference is equal to or greater than a preset threshold value, it is evaluated that there is shine, and if it is less than the threshold value, it is sufficient to evaluate that there is no shine.
また、上記実施形態の光学シミュレーションシステムにおいては、光学特性データとしてBSSRDF特性データを取得するようにしたが、これに限らず、BRDF特性データおよびBSDF特性データなどのその他の光学特性データの場合にも、同様の手法によって所望の分解能を決定することができる。 In the optical simulation system of the above embodiment, BSSRDF characteristic data is acquired as optical characteristic data. However, the present invention is not limited to this, and in the case of other optical characteristic data such as BRDF characteristic data and BSDF characteristic data. The desired resolution can be determined by a similar method.
１ 光学シミュレーションシステム
１０ 光学シミュレーション装置
１１ 分解能変更部
１２ 画像シミュレーション部
１３ 指標値算出部
１４ 分解能決定部
１５ 光学特性データ保存部
１６ 表示制御部
２０ 表示装置
３０ 入力装置
１００ 光源
１０１ 肌モデル
１０２ 集光レンズ
１０３ 受光部
Ｆ１〜Ｆ４ 判別関数
Ｌ１ 平行光
Ｌ２ 出射光
Ｒ１ 領域
Ｒ２ 領域
ＳＩ シミュレーション画像
ur 出射位置
αr 出射方向
βr 出射方向
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Optical simulation system 10 Optical simulation apparatus 11 Resolution change part 12 Image simulation part 13 Index value calculation part 14 Resolution determination part 15 Optical characteristic data storage part 16 Display control part 20 Display apparatus 30 Input device 100 Light source 101 Skin model 102 Condensing lens 103 Photodetectors F1 to F4 Discriminant function L1 Parallel light L2 Emission light R1 Region R2 Region SI Simulation image
ur Output position αr Output direction βr Output direction
Claims (11)
前記分解能変更部によって変更された分解能毎の前記光学特性データを用いて、前記評価対象のシミュレーション画像を光学シミュレーションによって算出する画像シミュレーション部と、
前記画像シミュレーション部によって算出された分解能毎のシミュレーション画像に基づいて、前記シミュレーション画像毎の指標値を算出する指標値算出部と、
前記シミュレーション画像毎の指標値に基づいて、予め設定された条件を満たす所望の前記出射方向の分解能を決定する分解能決定部とを備えたことを特徴とする光学シミュレーション装置。 A resolution changing unit for obtaining optical characteristic data representing at least an outgoing direction of outgoing light when light is incident on an evaluation target; and changing a resolution in the outgoing direction of the optical characteristic data;
Using the optical characteristic data for each resolution changed by the resolution changing unit, an image simulation unit for calculating the evaluation target simulation image by optical simulation;
An index value calculation unit that calculates an index value for each simulation image based on a simulation image for each resolution calculated by the image simulation unit;
An optical simulation apparatus comprising: a resolution determining unit that determines a desired resolution in the emission direction that satisfies a preset condition based on an index value for each simulation image.
前記分解能決定部が、前記シミュレーション画像毎の指標値に基づいて、予め設定された条件を満たす所望の前記出射方向の分解能および出射位置の分解能を決定する請求項１記載の光学シミュレーション装置。 The resolution changing unit acquires, as the optical characteristic data, optical characteristic data representing an outgoing direction and an outgoing position of the outgoing light, and changes the outgoing direction resolution and the outgoing position resolution of the optical characteristic data,
The optical simulation apparatus according to claim 1, wherein the resolution determination unit determines a desired resolution in the emission direction and resolution of the emission position that satisfy a preset condition based on an index value for each simulation image.
前記分解能決定部が、前記シミュレーション画像毎の前記彩度差に基づいて、前記シミュレーション画像によって表された肌のツヤまたはテカリを評価し、前記評価結果が予め設定された条件を満たす前記シミュレーション画像の算出に用いられた前記光学特性データの分解能に基づいて、前記所望の分解能を決定する請求項１から５いずれか１項記載の光学シミュレーション装置。 The index value calculation unit calculates a saturation difference between two regions set in the simulation image as the index value;
The resolution determination unit evaluates the gloss or shine of the skin represented by the simulation image based on the saturation difference for each simulation image, and the evaluation result satisfies a preset condition. The optical simulation apparatus according to claim 1, wherein the desired resolution is determined based on a resolution of the optical characteristic data used for the calculation.
前記分解能決定部が、前記シミュレーション画像毎の前記彩度差および前記明度差に基づいて、前記シミュレーション画像によって表された肌のツヤまたはテカリを評価し、前記評価結果が予め設定された条件を満たす前記シミュレーション画像の算出に用いられた前記光学特性データの分解能に基づいて、前記所望の分解能を決定する請求項１から５いずれか１項記載の光学シミュレーション装置。 The index value calculation unit calculates a saturation difference and brightness difference between two regions set in the simulation image as the index value,
The resolution determining unit evaluates the gloss or shine of the skin represented by the simulation image based on the saturation difference and the brightness difference for each simulation image, and the evaluation result satisfies a preset condition The optical simulation apparatus according to claim 1, wherein the desired resolution is determined based on a resolution of the optical characteristic data used for calculation of the simulation image.
前記分解能決定部が、前記シミュレーション画像毎の前記明度差および前記ムラ指標に基づいて、前記シミュレーション画像によって表された肌のツヤまたはテカリを評価し、前記評価結果が予め設定された条件を満たす前記シミュレーション画像の算出に用いられた前記光学特性データの分解能に基づいて、前記所望の分解能を決定する請求項１から５いずれか１項記載の光学シミュレーション装置。 The index value calculation unit calculates the brightness difference between two regions set in the simulation image and the unevenness index of the simulation image as the index value,
The resolution determining unit evaluates the gloss or shine of the skin represented by the simulation image based on the brightness difference and the unevenness index for each simulation image, and the evaluation result satisfies a preset condition. 6. The optical simulation apparatus according to claim 1, wherein the desired resolution is determined based on a resolution of the optical characteristic data used for calculation of a simulation image.
前記変更した分解能毎の前記光学特性データを用いて、前記評価対象のシミュレーション画像を光学シミュレーションによって算出し、
前記算出した分解能毎のシミュレーション画像に基づいて、前記シミュレーション画像毎の指標値を算出し、
前記算出したシミュレーション画像毎の指標値に基づいて、予め設定された条件を満たす所望の前記出射方向の分解能を決定することを特徴とする光学シミュレーション方法。 Obtaining optical characteristic data representing at least the outgoing direction of the outgoing light when light is incident on the evaluation target, and changing the resolution of the outgoing direction of the optical characteristic data;
Using the optical property data for each changed resolution, the simulation image of the evaluation target is calculated by optical simulation,
Based on the calculated simulation image for each resolution, calculate an index value for each simulation image,
An optical simulation method comprising: determining a desired resolution in the emission direction that satisfies a preset condition based on the calculated index value for each simulation image.
前記分解能変更部によって変更された分解能毎の前記光学特性データを用いて、前記評価対象のシミュレーション画像を光学シミュレーションによって算出する画像シミュレーション部と、
前記画像シミュレーション部によって算出された分解能毎のシミュレーション画像に基づいて、前記シミュレーション画像毎の指標値を算出する指標値算出部と、
前記シミュレーション画像毎の指標値に基づいて、予め設定された条件を満たす所望の前記出射方向の分解能を決定する分解能決定部として機能させることを特徴とする光学シミュレーションプログラム。 A computer for obtaining optical characteristic data representing at least the outgoing direction of outgoing light when light is incident on an evaluation target, and a resolution changing unit for changing the resolution of the outgoing direction of the optical characteristic data;
Using the optical characteristic data for each resolution changed by the resolution changing unit, an image simulation unit for calculating the evaluation target simulation image by optical simulation;
An index value calculation unit that calculates an index value for each simulation image based on a simulation image for each resolution calculated by the image simulation unit;
An optical simulation program that functions as a resolution determination unit that determines a desired resolution in the emission direction that satisfies a preset condition based on an index value for each simulation image.
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