JP2018065290A - データ処理装置、立体造形システム及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】造形物に混色部分が存在する場合でも、色再現の相違を低減し得る技術を提供する。【解決手段】データ処理装置１０のＣＰＵ１０１は、立体造形物データ（３Ｄデータ）を入力し、立体造形物データをボクセルデータに変換し、さらにハーフトーニング処理して立体造形装置１２に出力する。ＣＰＵ１０１は、立体造形物データからボクセルの色を生成して出力する際に、Ｌ＊値の小さい順に優先的に表面から配色し、かつ、入力濃度が１００％未満の場合にも表面側に無彩色ボクセルが存在しないように出力する。【選択図】図１

Description

本発明は、データ処理装置、立体造形システム及びプログラムに関する。

従来から、立体造形装置、いわゆる３Ｄプリンタが提案されている。そして３Ｄプリンタを用いて立体造形を行うにあたっては、入力データとして造形物の形状および色を規定したデータ（例.ポリゴンデータ）を受け付けると共に、受け付けたデータを造形装置で造形可能となるようにボクセルデータに変換し、変換したボクセルデータを基にして造形を行う技術が一般に知られている。また、複数の着色材料を出力可能な造形装置であれば、ボクセルごとに色情報が割り当てられたカラーのボクセルデータを基にして、カラーの３次元造形物を造形することもできる。

これに対し、特許文献１には、物体表面から中心に向かって入れ子になった層があるとみなし、それぞれの層に１色、または１色と白のハーフトーン、または１色と透明（クリア）のハーフトーンを印字することが記載されている。物体表面からの着色層厚が一定となることで、どの方向から見ても同じ色再現が得られるとしている。

特表２００６−５０３７３５号公報

ところで、入力データからカラーのボクセルデータを生成する際、出来上がりの造形物を表面から見たときの色を入力データの持つ色に近づけるために、特定の表面領域における入力データの持つ色情報を、その領域における表面ボクセルとその内部に位置する内部ボクセルにそれぞれ異なる色成分を割り当てる方法がある。しかし、表面ボクセルと内部ボクセルを含む複数のボクセルに対しこのように複数の色成分を割り当てる際、特に割り当てる順序を設けておらず、例えば明るい色成分が表面側のボクセルに割り当てられ、暗い色成分が内部側のボクセルに割り当てられた場合には、例えば造形物を見る位置や角度によって見た目が大きく変わってしまう可能性が考えられる。

本発明の目的は、カラーの立体造形物を示す入力データの色情報に基づき、複数の色成分を複数のボクセルにそれぞれ割り当ててカラーのボクセルデータを生成処理する構成において、明るい色成分が表面側ボクセルに割り当てられ暗い色成分が内部側ボクセルに割り当てられる場合よりも、造形物における色再現の相違を低減し得る技術を提供することにある。

請求項１に記載の発明は、立体造形物の形状および当該立体造形物における表面の色を特定の表面領域ごとに規定した第１のデータを受け付ける受付手段と、前記第１のデータからカラーボクセルデータを生成する生成手段であって、前記第１のデータにおける前記表面の色の色情報に基づき、複数のボクセルに複数の色成分を割り当てる際、前記複数の色成分のうち明るさを示す値が小さい順に優先的に前記複数の各色成分を表面ボクセルから配色し、かつ、前記第１のデータにおける前記表面の色の濃度が１００％未満の場合にも表面ボクセルに無彩色の色成分が付与されないように生成する前記生成手段とを備えるデータ処理装置である。

請求項２に記載の発明は、前記複数の色成分は、立体造形装置で造形可能な複数の色信号に対応する色成分であって、前記生成手段は、全てのボクセルに対し、前記複数の色成分のうちいずれか１つの色成分が色情報として付与されるよう、前記カラーボクセルデータを生成する請求項１に記載のデータ処理装置である。

請求項３に記載の発明は、前記生成手段は、前記複数の色成分として黒、シアン、マゼンタ、イエローの順に優先的に表面側から配色する請求項１に記載のデータ処理装置である。

請求項４に記載の発明は、前記生成手段は、黒、シアン、マゼンタ、イエローのうちの少なくとも２色を組として、表面側から繰り返し配色する請求項１に記載のデータ処理装置である。

請求項５に記載の発明は、前記生成手段は、入力濃度が１００％未満の場合であって表面側に無彩色ボクセルが存在するときに、前記無彩色ボクセルよりも深い位置にある隣接カラーボクセルとの間で色を置換する請求項１に記載のデータ処理装置である。

請求項６に記載の発明は、前記生成手段は、入力濃度が１００％未満の場合であって表面側に無彩色ボクセルが存在するときに、前記無彩色ボクセルよりも深い位置にあり、かつ前記無彩色ボクセルと同一深さの他のカラーボクセルの色と同一色のカラーボクセルとの間で色を置換する請求項１に記載のデータ処理装置である。

請求項７に記載の発明は、前記生成手段は、ハーフトーニング処理した後に前記置換を実行する請求項５，６のいずれかに記載のデータ処理装置である。

請求項８に記載の発明は、請求項１〜７のいずれかに記載のデータ処理装置と、前記データ処理装置から出力されたデータを用いて立体造形物を形成する立体造形装置とを備える立体造形システムである。

請求項９に記載の発明は、コンピュータに、立体造形物データを入力するステップと、前記立体造形物データからボクセルの色を生成して出力する際に、Ｌ＊値の小さい順に優先的に表面から配色し、かつ、入力濃度が１００％未満の場合にも表面側に無彩色ボクセルが存在しないように出力するステップとを実行させるプログラムである。

請求項１，２，８，９に記載の発明によれば、明るい色成分が表面側ボクセルに割り当てられ暗い色成分が内部側ボクセルに割り当てられる場合よりも、造形物における色再現の相違を低減し得る。

請求項３、４に記載の発明によれば、さらに、造形物の隅の部分とそうでない部分における色再現の相違を低減し得る。

請求項５に記載の発明によれば、さらに、表面側の無彩色ボクセルをカラーボクセルとしてカラーボクセルの色を表面側に顕在し得る。

請求項６に記載の発明によれば、さらに、表面側の無彩色ボクセルをカラーボクセルとしてカラーボクセルの色を表面側に顕在し得るとともに、表面側の色を均一化し得る。

請求項７に記載の発明によれば、さらに、ハーフトーニング処理を実行した上で色再現の相違を低減し得る。

システム構成図である。 全体処理フローチャートである。 スライスデータ説明図である。 スライスデータを構成するボクセル群の説明図である。 造形物（立体物体）の層の説明図である。 色毎の各層の配色説明図である。 造形物の見え方の説明図である。 ハーフトーニング処理の説明図である。 ハーフトーニング処理のフローチャートである。 色置換処理の説明図である。 色置換処理の説明図（その２）である。 色置換処理のフローチャートである。 従来技術及び実施形態の配色説明図である。 変形例１の配色説明図である。 変形例１の造形物の見え方の説明図である。 実施例のボクセル交換説明図である。 変形例２のボクセル交換説明図である。 実施例及び変形例２の各層の配置説明図である。 従来技術の配色説明図である。

以下、図面に基づき本発明の実施形態について説明する。なお、本明細書において用いられる用語の定義は、以下の通りである。
「ボクセル」：立体物の表現に用いられる小さな立方体の最小単位のこと。二次元画像におけるピクセル（画素）に相当する。これらのボクセルを組み合わせることで立体物を可視化することができることから、一般に造形装置で立体物を造形する際には、造形対象物をボクセルの集合体として記述したデータに基づき、造形を行う。また、二次元の際のピクセルと同様、各ボクセルに色情報を付加すれば、ボクセル単位で色をつけることができる。
「ボクセルデータ」：造形対象物をボクセルの集合体として記述したデータのこと。
「カラーボクセルデータ」：各ボクセルに色情報が付加されたボクセルデータのこと。
「明るさを示す値」：その値が小さければ黒、大きければ白となるような値であり、具体的にはＬ＊値である。

物体表面から中心に向かって入れ子になった層があるとみなし、それぞれの層に１色、または１色と白のハーフトーン、または１色と透明（クリア）のハーフトーンを印字する場合、造形物に含まれる色が多く、混色する部分が増えるほど本来不要な白や透明の層が増える問題がある。

図１９（ａ）は、造形物の一例を示す。球形の造形物であり、その表面がＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）、黒（Ｋ）の４色に塗り分けられているものとする。図１９（ｂ）は、その縦断面形状である。物体表面から中心に向かって入れ子になった層があるとみなし、それぞれの層に１色、または１色と白のハーフトーン、または１色と透明（クリア）のハーフトーンを印字する。物体表面から順に第１層、第２層、第３層、第４層とすると、第１層には黒(K)と白（又は透明）が配色され、第２層にはシアン(C)と白（又は透明）が配色され、第３層にはマゼンタ(M)と白（又は透明）が配色され、第４層にイエロー(Y)と白（又は透明）が配色される。

白や透明の層が、ＣＭＹＫの層の間や表面側に存在するため、白を用いる場合にはＲＧＢ部分の彩度が低下する問題があり、透明（クリア）を用いる場合には黒部分とＲＧＢ部分との間に光沢差が生じる問題がある。本実施形態では、このような問題を処理する。

図１は、本実施形態における立体造形システムの構成図を示す。立体造形システムは、データ処理装置１０と、立体造形装置１２を備える。データ処理装置１０と立体造形装置１２は、通信ネットワーク１４で接続される。

データ処理装置１０は、立体造形物データ（３Ｄデータ）を入力し、所定の処理を施して通信ネットワーク１４を介して立体造形装置１２に出力する。データ処理装置１０は、受付手段及び生成手段を備え、具体的には、ＣＰＵ１０１、ＲＯＭやＳＳＤ、ＨＤＤ等のプログラムメモリ１０２、ＲＡＭ等のワーキングメモリ１０３、キーボードやマウス、ＣＤ−ＲＯＭ等の光ディスク、ＵＳＢメモリ、ＳＤカード等の半導体メモリ、及びディスプレイ等との入出力を行う入出力インターフェイス（Ｉ／Ｆ）１０４、立体造形装置１２を含む外部機器との通信を行う通信インターフェイス（Ｉ／Ｆ）１０５、及びＨＤＤ等の記憶部１０６を備える。受付手段は入出力Ｉ／Ｆ１０４及び通信Ｉ／Ｆ１０５であり、生成手段はＣＰＵ１０１である。データ処理装置１０は、コンピュータあるいはタブレット端末等で構成され得る。

ＣＰＵ１０１は、プログラムメモリ１０２に記憶された処理プログラムを読み出し実行することで、立体造形物データに対して処理の処理を施し、通信Ｉ／Ｆ１０５及び通信ネットワーク１４を介して立体造形装置１２に出力する。ＣＰＵ１０１で実行される主な処理は、
・造形物データ（３Ｄデータ）を構成するポリゴンのボクセルへの変換処理
・各ボクセルの色決定処理
・ハーフトーニング処理
・色置換処理
である。

立体造形装置１２は、いわゆる３Ｄプリンタとして機能する。立体造形装置１２は、ＣＰＵ１２１、ＲＯＭ等のプログラムメモリ１２２、ワーキングメモリ１２３、通信インターフェイス（Ｉ／Ｆ）１２４、操作部１２５、モータ駆動部１２６、ヘッド駆動部１２７、カラーヘッド１２８、及びクリアヘッド１２９を備える。

ＣＰＵ１２１は、プログラムメモリ１２２に記憶された処理プログラムに従い、操作部１２５からの操作指令に基づいて、通信Ｉ／Ｆ１２４を介して入力したデータ処理装置１０からの立体造形物データを用いてモータ駆動部１２６及びヘッド駆動部１２７に制御信号を出力して各種モータ及びヘッドを駆動する。

モータ駆動部１２６は、造形物を支持する支持台（ステージ）移動モータやヘッド移動モータを含む各種モータを駆動する。

ヘッド駆動部１２７は、カラーヘッド１２８及びクリアヘッド１２９のそれぞれのインク（造形液）の吐出を制御する。カラーヘッド１２８は、シアン(C)ヘッド、マゼンタ(M)ヘッド、イエロー(Y)ヘッド、ブラック(K)ヘッドから構成される。また、クリアヘッド１２９は、着色されていない透明のインク（造形液）を吐出する。ヘッド駆動部１２７は、例えば各ヘッドの吐出チャンネルに設けられた圧電素子を駆動することで吐出を制御するが、駆動方法はこれに限定されない。また、クリアヘッド１２９は、透明のインクを吐出するのではなく、白インクを吐出してもよい。白あるいは透明は、シアン、マゼンタ、イエロー、ブラックのカラーに対する無彩色として定義される。

立体造形装置１２は、データ処理装置１０から出力された立体造形物のスライスデータを用いて、カラーヘッド１２８、クリアヘッド１２９のインクを吐出し、高さ方向にスライスを順次積み重ねることで所望の立体造形物を形成する。具体的には、カラーヘッド１２８及びクリアヘッド１２９をＸＹＺの３軸方向に順次移動させながらインク（造形液）を吐出して立体造形物を形成する。カラーヘッド１２８及びクリアヘッド１２９を固定し、その下方に設けられたステージをＸＹＺの３軸方向に順次移動させてもよい。

カラーヘッド１２８は、シアン(C)ヘッド、マゼンタ(M)ヘッド、イエロー(Y)ヘッドから構成されていてもよく、あるいはシアン(C)、マゼンタ(M)、イエロー(Y)、ブラック(K)に加え、さらに別の色から構成されていてもよい。

通信ネットワーク１４は、インターネットやＬＡＮ（ローカルエリアネットワーク）、Ｗｉ−Ｆｉ（登録商標）、ブルートゥース（登録商標）(Bluetooth)等が用いられる。

図２は、立体造形システムの全体処理フローチャートを示す。

まず、データ処理装置１０のＣＰＵ１０１は、立体造形物データ（３Ｄデータ）を取得し、取得した３Ｄデータ、具体的にはポリゴンデータのＲＧＢをＣＭＹＫに変換する（Ｓ１０１）。３Ｄデータは、キーボードやＣＤ−ＲＯＭ等の光ディスク、ＵＳＢメモリ等から入出力Ｉ／Ｆ１０４を介して取得してもよく、通信Ｉ／Ｆ１０５を介して通信ネットワーク１４に接続された他のコンピュータから取得してもよい。３Ｄデータは、物体の三次元形状を示すデータであり、物体の外形の形状と表面のカラーを示す。３Ｄデータは、例えばポリゴンにより構成されており、物体表面のカラーデータ（例えばＲＧＢデータ）が含まれる。ポリゴンは、三角形や四角形の組み合わせで物体を表現する時の各要素である。３Ｄデータの形式は特に限定されず、ＣＡＤソフトで作成されたデータ形式であっても、ＣＧソフトで作成されたデータ形式であってもよい。ＲＧＢからＣＭＹＫへの変換は公知であり、２Ｄプリンタと同様に補色変換やルックアップテーブル（ＬＵＴ）等を用いることができる。なお、立体造形装置１２のクリアヘッド１２９が無色透明のインク（造形液）を吐出するのであれば、カラーデータ（ｒ、ｇ、ｂ）が示す色が白（ＲＧＢの全ての値が最大値）であれば、これを無彩色に変換する。

次に、データ処理装置１０のＣＰＵ１０１は、プログラムメモリ１０２に記憶された処理プログラムに従い、ポリゴンデータからスライスデータを生成する（Ｓ１０２）。スライスデータの厚みは、ボクセル１辺の厚みである。

次に、データ処理装置１０のＣＰＵ１０１は、スライス毎にスライスデータを構成するボクセル群を生成するとともに、当該ボクセル群の各ボクセルの色を決定する（Ｓ１０３）。造形物表面のポリゴンのカラーデータに基づき、造形物表面からの深さ毎にカラーデータを決定する。カラーデータ決定の基本アルゴリズムは、
・造形物表面から複数の層があるものとし、表面側の層から色が埋まるように各層の色を決定する
・色の順序は、Ｌ＊値が小さい色ほど造形物表面側になるように決定する
である。

次に、データ処理装置１０のＣＰＵ１０１は、プログラムメモリ１０２に記憶された処理プログラムに従い、ハーフトーニング処理を実行する（Ｓ１０４）。ハーフトーニング処理は公知であり、２Ｄプリンタと同様に疑似乱数や誤差拡散、閾値ディザマトリクス等を用いることができる。例えば、疑似乱数では、乱数値とカラーデータの濃度値を比較し、濃度値以下であればＯＮ判定し、濃度値を超える場合にＯＦＦ判定して、ＯＮ判定された場合のみカラーデータを残す。閾値ディザマトリクスを用いるハーフトーニング処理では、ＣＭＹＫの各色に対応した３次元閾値ディザマトリクスを予めプログラムメモリ１０２に記憶しておき、各色で、そのカラーデータと閾値ディザマトリクスの値を大小比較し、カラーデータが閾値以上であればＯＮ、閾値未満であればＯＦＦと判定し、ＯＮと判定された場合のみカラーデータを残す。ハーフトーニング処理により、各ボクセルのカラーデータは、シアン(C)、マゼンタ(M)、イエロー(Y)、ブラック(K)、無彩色（白あるいは透明）のいずれか１つを示すデータとなる。

次に、データ処理装置１０のＣＰＵ１０１は、プログラムメモリ１０２に記憶された処理プログラムに従い、無彩色ボクセル（白又は透明）ボクセルとカラーボクセル（ＣＭＹＫボクセル）の色を交換する（Ｓ１０５）。この色置換処理は、ハーフトーニング処理により、造形物表面側に無彩色ボクセルが出現した場合に、これをカラーボクセルで置換することで無彩色ボクセルに起因する問題、例えば無彩色ボクセルとして白ボクセルが表面側に存在することでそれよりも深い層のカラーボクセルの色が色再現に影響し難くなる問題を解決するものである。色置換は、基本的には無彩色ボクセルに隣接するカラーボクセルを対象として両者の色を置換するものであるが、必ずしも隣接カラーボクセルに限定されない。

次に、データ処理装置１０のＣＰＵ１０１は、処理プログラムに従い、１スライス分のデータ（この１スライスは、立体造形装置１２のカラーヘッド１２８及びクリアヘッド１２９が１移動で吐出できる分量に相当）を通信Ｉ／Ｆ１０５及び通信ネットワーク１４を介して立体造形装置１２に送信する。

立体造形装置１２のＣＰＵ１２１は、通信Ｉ／Ｆ１２４を介してスライスデータを受信し、スライスデータを用いてモータ駆動部１２６及びヘッド駆動部１２７を制御し、カラーヘッド１２８及びクリアヘッド１２９からインク（造形液）を吐出させて立体物を造形する（Ｓ１０６）。スライス抽出と、カラーヘッド１２８及びクリアヘッド１２９によるインク吐出を繰り返し、高さ方向にスライスを積み重ねることで立体物を造形する。

図３は、スライスデータを模式的に示す。図３（ａ）に示すように、３Ｄデータをボクセルデータに変換し、各ボクセルのカラーデータを決定すると、これらのボクセルから構成される３Ｄデータ１６を所定のスライス面１８で順次スライスしていき、図３（ｂ）に示すようにスライスデータ２０を抽出する。スライスデータ２０は、複数のボクセルデータから構成され、無彩色ボクセル２０１のデータやカラーボクセル２０２のデータを含む。

図４は、スライスデータを構成するボクセルの集合を詳細に示す。スライスの厚みはボクセル１辺の厚みに相当し、各ボクセルのカラーデータは、表面ポリゴンのカラーデータに基づいて層の深さ毎に決定する。

例えば、３ＤデータがＲＧＢＫの４色に塗り分けられた球である場合において、
Ｒ→マゼンタ(M)５０％，イエロー(Y)５０％
Ｇ→シアン(C)５０％，イエロー５０％
Ｂ→シアン(C)８０％，マゼンタ８０％
であるときに、そのスライスデータのうちのＲに相当する領域のスライスデータは、マゼンタ(M)５０％、イエロー(Y)５０%であり、スライスを上から見た場合の各層を第０層（つまり表面、図では「０」で示す）、第１層（図では「１」で示す）、第２層（図では「２」で示す）、第３層（図では「３」で示す）とすると、第０層のボクセルにはマゼンタ(M)が５０％で配色され、第１層のボクセルにはイエロー(Y)が５０％で配色される。

また、スライスデータのうちのＢに相当する領域のスライスデータは、シアン(C)８０％、マゼンタ(M)８０%であり、第０層のボクセルにはシアン(C)が８０％で配色され、第１層のボクセルにはマゼンダ(M)が８０％で配色される。

さらに、スライスデータのうちのＫに相当する領域のスライスデータは、Ｋ１００％であり、第０層のボクセルに黒(K)が１００％で配色される。

＜ボクセルの色決定処理＞
図５及び図６は、Ｓ１０３で実行される、各ボクセルのカラーデータの決め方を模式的に示す。ＣＰＵ１０１は、造形物表面から複数の層が入れ子状に存在するとみなし、既述したように表面から第０層、第１層、第２層、第３層とし、表面側の層から色が埋まるように各層の色を決めていく。このとき、シアン(C)、マゼンタ(M)、イエロー(Y)、黒(K)の各色が着色される層の決め方は任意であるが、これらの色を１層ずつ着色する場合には、造形物表面から中心に向かってインクのＬ＊値が小さい順、すなわち色が暗い順とするのが望ましい。例えば、Ｒ部分ではインクとしてマゼンタ(M)及びイエロー(Y)が配色されるが、Ｌ＊値はＭ＜Ｙであるから、第０層にマゼンタ(M)を優先的に配色し、第１層にイエロー(Y)を配色する。

図６は、深さ（第０層〜第３層）と再現すべき色との関係をテーブルとして示す。図において、
Ｗ：無彩色（白又は透明）
Ｙ：イエロー
Ｍ：マゼンタ
Ｃ：シアン
Ｋ：黒
ＹＭ：イエローとマゼンタの混色
ＭＣ：マゼンタとシアンの混色
ＹＣ：イエローとシアンの混色
ＹＭＣＫ：４色の混色
を意味する。

色が無彩色（白又は透明）の場合、第０層〜第３層のボクセルには全て無彩色が配色される。

色がイエロー(Y)の場合、第０層のボクセルにイエロー(Y)が配色され、その他の層のボクセルには無彩色が配色される。

色がマゼンタ(M)の場合、第０層のボクセルにマゼンタ(M)が配色され、その他の層のボクセルには無彩色が配色される。

色がシアン(C)の場合、第０層のボクセルにシアン(C)が配色され、その他の層のボクセルには無彩色が配色される。

色が黒(K)の場合、第０層のボクセルに黒(K)が配色され、その他の層のボクセルには無彩色が配色される。

これら単色の場合には、最も表面に近い第０層のボクセルにそれぞれの色を配色するのは当然といえる。

他方、色がＹＭの場合、Ｌ＊値の大小関係はＭ＜Ｙであるから、第０層のボクセルにマゼンタ(M)が配色され、第１層のボクセルにイエロー(Y)が配色される。第２層及び第３層のボクセルには無彩色が配色される。

また、色がＭＣの場合、Ｌ＊値の大小関係はＣ＜Ｍであるから、第０層のボクセルにシアン(C)が配色され、第１層のボクセルにマゼンタ(M)が配色される。第２層及び第３層のボクセルには無彩色が配色される。

色がＹＣの場合、Ｌ＊値の大小関係はＣ＜Ｙであるから、第０層のボクセルにシアン(C)が配色され、第１層のボクセルにイエロー(Y)が配色される。

色がＹＭＣＫの場合、Ｌ＊値の大小関係はＫ＜Ｃ＜Ｍ＜Ｙであるから、第０層のボクセルに黒(K)が配色され、第１層のボクセルにシアン(C)が配色され、第２層のボクセルにマゼンタ(M)が配色され、第３層のボクセルにイエロー(Y)が配色される。

図６に示した色は例示であり、これ以外の色についても同様に配色が決定される。例えば、ＹＫの２色の混色の場合、Ｌ＊の大小関係はＫ＜Ｙであるから、第０層のボクセルに黒(K)が配色され、第１層のボクセルにイエロー(Y)が配色され、その他の層には無彩色が配色される等である。

このように、Ｌ＊値の小さい順に、すなわち黒(K)、シアン(C)、マゼンタ(M)、イエロー(Y)の順に優先的に造形物の表面側から配色する具体的な理由は以下の通りである。

図７は、黄色がかった黒、すなわちイエロー(Y)と黒(K)の混色の造形物を作製する場合の例を示す。

図７（ａ）は、第０層のボクセルにイエロー(Y)を配色し、第１層のボクセルに黒(K)を配色した場合である。利用者が造形物の中央部を視認すると黄色がかった黒に見えるが、造形物の隅を視認するとイエロー(Y)のみが存在する部分が縁どって見えるので、見る場所によって色が異なって見えてしまい色の均一性がない。

他方、図７（ｂ）は、第０層のボクセルに黒(K)を配色し、第１層のボクセルにイエロー(Y)を配色した場合である。利用者が造形物の中央部を視認すると黄色がかった黒に見え、造形物の隅を視認しても図７（ａ）のようにイエロー(Y)のみが存在する部分がないため黒が見え、中央と隅とで見え方の差が小さくなる。すなわち、Ｌ＊値が小さい順に表面側から配色した方が中央部分（面部分）と隅部分の色再現性がより均一化する。

＜ハーフトーニング処理＞
図８は、Ｓ１０４で実行される、ハーフトーニング処理を模式的に示す。ハーフトーニング処理では、乱数や誤差拡散、閾値ディザマトリクスを用いて各ボクセルのカラーデータを２値化して、シアン(C)、マゼンタ(M)、イエロー(Y)、ブラック(K)、無彩色（白あるいは透明）のいずれか１つに決定する。

図８（ａ）は、シアン(C)８０％、マゼンタ８０％のスライスデータを上から見た図であり、これをハーフトーニング処理して各ボクセルにおいて、シアン(C)１００％か否か、マゼンタ(M)１００％か否かを決定する。図において、ハーフトーニング前の第０層のボクセルはシアン(C)８０％であるが、ハーフトーニング後はシアン(C)１００％のボクセルと無彩色のボクセルが８０：２０の比率で存在する。ハーフトーニング処理後は、第０層に無彩色ボクセルが存在している点に留意されたい。同様に、ハーフトーニング前の第１層のボクセルはマゼンタ(M)８０％であるが、ハーフトーニング後はマゼンタ(M)１００％のボクセルと無彩色のボクセルが８０：２０の比率で存在する。ハーフトーニング処理後は、第１層にも無彩色ボクセルが存在している。

図８（ｂ）は、黒(K)１００％のスライスデータを上から見た図であり、濃度が１００％であるからハーフトーニング処理してもボクセルに変化はない。すなわち、第０層のボクセルは全て黒(K)のボクセルのままである。

図８（ｃ）は、イエロー(Y)５０％、マゼンタ(M)５０％のスライスデータを上から見た図であり、これをハーフトーニング処理して、各ボクセルにおいて、イエロー(Y)１００％か否か、マゼンタ(M)１００％か否かを決定する。図において、ハーフトーニング前の第０層のボクセルはマゼンタ(M)５０％であるが、ハーフトーニング後はマゼンタ(M)１００％のボクセルと無彩色のボクセルが５０：５０の比率で存在する。同様に、ハーフトーニング前の第１層のボクセルはイエロー(Y)５０％であるが、ハーフトーニング後はイエロー(Y)１００％のボクセルと無彩色のボクセルが５０：５０の比率で存在する。

図９は、ＣＰＵ１０１で実行されるハーフトーニング処理のフローチャートを示す。乱数を用いて処理を行う場合の例示である。

まず、処理対象ボクセルＮｏ．ｉを注目ボクセルとして抽出し（Ｓ２０１）、注目ボクセルに乱数値を設定する（Ｓ２０２）。この乱数は疑似乱数でよく、０以上１未満の疑似乱数とする。

次に、設定した乱数値をカバレッジ（入力濃度％）と大小比較し、カバレッジ以下であるか否かを判定する（Ｓ２０３）。乱数値がカバレッジ以下であれば、注目ボクセルをカラーボクセル（有色ボクセル）に設定する（Ｓ２０４）。他方、乱数値がカバレッジを超える場合には、注目ボクセルを無彩色ボクセル（白又は透明）に設定する（Ｓ２０５）。例えば、入力濃度が８０％（＝０．８）であれば、乱数値と０．８とを大小比較し、
乱数値≦０．８
であればＯＮ判定してカラーボクセルをそのまま残し、
乱数値＞０．８
であればＯＦＦ判定して無彩色ボクセルとする。入力濃度が大きいほど、カラーボクセルとして残る数は増大する。

そして、ｉを１だけインクリメントして（Ｓ２０６）、当該スライスデータに属する最後のＮとなるまでＳ２０１〜Ｓ２０６の処理を繰り返す（Ｓ２０７）。以上の処理を、スライスデータ毎に実行する。

ハーフトーニング処理は、ＣＭＹＫの色毎に順次実行してもよく、あるいは色の区別なしに同時実行してもよい。

以上のようにしてハーフトーニング処理を実行すると、図８に示すように造形物表面側においても無彩色ボクセルが出現する。そこで、これらの無彩色ボクセルをカラーボクセルに置換する色置換処理を実行する。

＜色置換処理＞
図１０は、Ｓ１０５で実行される、ボクセルの色置換処理を模式的に示す。ハーフトーニング処理を実行した後、カバレッジ（入力濃度％）が１００％でない色については無彩色ボクセルが存在する。すると、無彩色ボクセルよりも内側にある色が色再現に影響し難くなる。具体的には、無彩色ボクセルが白ボクセルの場合にはその部分だけ白っぽくなり、無彩色ボクセルが透明の場合には光沢が損なわれる。

そこで、ＣＰＵ１０１は、造形物表面側に無彩色ボクセルが存在する場合に、表面側の当該無彩色ボクセルを、造形物中心側に隣接するカラーボクセル（有色ボクセル）の色で置換し、かつ、当該カラーボクセルを無彩色ボクセルに置換する。すなわち、無彩色ボクセルとカラーボクセルを入れ替える（スワップ）。このような置換処理を、各層の全ての無彩色ボクセルについて実行し、かつ、造形物中心側に向かって全ての層について繰り返し実行し、置換可能な無彩色ボクセルが存在しなくなるまで実行する。この処理により、無彩色ボクセルは全て造形物の中心側に偏在することになる。

図１０（ａ）は、図８（ａ）に対応するシアン(C)８０％、マゼンタ(M)８０％の場合のスライスデータであり、第０層には無彩色ボクセル１００が存在し、これに隣接する第１層にはマゼンタ(M)のカラーボクセル１０２が存在するので、これらを相互に置換して第０層にマゼンタ(M)のカラーボクセル１０２を配置し、これに隣接する第１層に無彩色ボクセル１００を配置する。同様に、第０層の無彩色ボクセル１０４と第１層のマゼンタ(M)のカラーボクセル１０６を置換して第０層にマゼンタ(M)のカラーボクセル１０６を配置し、第１層に無彩色ボクセル１０４を配置する。

図１０（ｂ）は、黒(K)１００％の場合であり、ハーフトーニング処理しても表面の第０層に無彩色ボクセルは存在しないから色置換も行わない。

図１０（ｃ）は、図８（ｃ）に対応するマゼンタ(M)５０％、イエロー(Y)５０％の場合のスライスデータであり、第０層には無彩色ボクセル１０８が存在し、これに隣接する第１層にはイエロー(Y)のカラーボクセル１１０が存在するので、これらを相互に置換して第０層にイエロー(Y)のカラーボクセル１１０を配置し、これに隣接する第１層に無彩色ボクセル１０８を配置する。同様に、第０層の無彩色ボクセル１１２と第１層のイエロー(Y)のカラーボクセル１１４を置換して第０層にイエロー(Y)のカラーボクセル１１４を配置し、第１層に無彩色ボクセル１１２を配置する。

以上の処理をより詳しく説明する。

図１１は、図１０（ａ）に示すシアン(C)８０％、マゼンタ(M)８０％の場合のスライスデータである。

図１１（ａ）において、ＣＰＵ１０１は、第０層を構成するボクセル群をメモリ１０３から読み出し、ボクセルを１つ選択し、選択されたボクセルが無彩色ボクセルであるか否かを判定する。各ボクセルには、ハーフトーニング処理の結果、カラーデータが付与されており、当該カラーデータを参照することで無彩色か否かを判定する。なお、各ボクセルについて、カラーデータとは別に無彩色か否かのパラメータ又はフラグを設定してもよく、この場合には当該パラメータ又はフラグを参照することで無彩色ボクセルであるか否かを判定してもよい。

選択されたボクセルが無彩色ボクセル１００である場合、ＣＰＵ１０１は、第０層の次の第１層において当該無彩色ボクセル１００に隣接するボクセルをメモリ１０３から読み出し、当該ボクセルがカラーボクセルであるか否かを判定する。隣接するボクセルがマゼンタ(M)のカラーボクセル１０２である場合、無彩色ボクセル１００とカラーボクセル１０２を置換する。すなわち、第０層の無彩色ボクセルが
Ｂ１（ｃ１、ｍ１、ｙ１，ｋ１、０）
であり、第１層のカラーボクセルが、
Ｂ１００（ｃ２，ｍ２，ｙ２，ｋ２，１）
であるとすると（５番目のパラメータがカラーボクセルか無彩色ボクセルかを示すパラメータで、「０」が無彩色、「１」がカラーであるものとする）と、両者の色を置換して、
Ｂ１（ｃ２，ｍ２，ｙ２，ｋ２，１）
Ｂ１００（ｃ１，ｍ１，ｙ１，ｋ１，０）
とする。

図１１（ｂ）において、ＣＰＵ１０１は、第０層から次にボクセルを選択し、選択されたボクセルが無彩色ボクセルであるか否かを判定する。選択されたボクセルがシアン(C)のカラーボクセル１０１である場合、隣接するボクセル１０３との置換を実行しない。

図１１（ｃ）において、第０層からさらに次のボクセルを選択し、選択されたボクセルが無彩色ボクセルであるか否かを判定する。選択されたボクセルがシアン(C)のカラーボクセル１０５である場合、隣接するボクセル１０７との置換を実行しない。

以上の処理を第０層のボクセルについて順次実行し、第０層の全てのボクセルについて完了すると次に第１層、第２層、第３層と同様の処理を繰り返す。

図１２は、ＣＰＵ１０１で実行される色置換処理のフローチャートを示す。

まず、層及びボクセルを選択し（Ｓ３０１，Ｓ３０２）、選択したボクセルが無彩色ボクセル（例えば白）であるか否かを判定する（Ｓ３０３）。

無彩色ボクセルの場合、当該ボクセルに隣接する層の隣接ボクセルが無彩色ボクセル以外、つまりカラーボクセルか否かを判定する（Ｓ３０４）。カラーボクセルであれば、当該無彩色ボクセルをその隣接のカラーボクセルの色に変更する（Ｓ３０５）。また、その隣接カラーボクセルを無彩色ボクセル（例えば白）に変更する（Ｓ３０６）。他方、Ｓ３０３でＮＯ、つまり選択したボクセルが無彩色ボクセルでない場合や、Ｓ３０４でＮＯ、つまり選択したボクセルが無彩色ボクセルでなく、あるいは選択したボクセルが無彩色ボクセルであっても隣接する層の隣接ボクセルが無彩色ボクセルの場合は、Ｓ３０５及びＳ３０６の処理は実行せず、色の置換は実行しない。

以上の処理をある層の全てのボクセルについて繰り返し実行し（Ｓ３０７，Ｓ３０８）、次に１つ深い層について同様の処理を繰り返す（Ｓ３０９）。そして、これらの処理を全ての層について繰り返し実行し、全ボクセルについて処理を行う（Ｓ３１０）。

図１３は、従来技術における配色と、本実施形態の配色を示す。図１３（ａ）は、従来技術による配色であり、図中Ｗで示す無彩色ボクセルが存在する。造形物表面側にも無彩色ボクセルが存在している。図１３（ｂ）は、実施形態による配色である。無彩色ボクセルがあれば、隣接するカラーボクセルと置換されるため、造形物表面には無彩色ボクセルは存在していない。カラーボクセルが常に造形物の表面側に配色される。

このように、本実施形態では、
（１）造形物表面側から、Ｌ＊値が小さい順に色を埋めるように配色する処理
（２）ハーフトーニング処理の後に、無彩色ボクセルとカラーボクセルの色を置換する処理
を実行することで、造形物に含まれる色が多く、混色する部分が増えたとしても、カラーボクセルが造形物の表面側に配色されるので、彩度低下や光沢差が低減した色再現が可能である。

なお、図８に示すように、入力濃度が１００％の場合にはハーフトーニング処理により無彩色ボクセルは存在せず、入力濃度が１００％未満の場合にハーフトーニング処理により無彩色ボクセルが存在することになるので、入力濃度が１００％未満の場合においても造形物の表面側からＬ＊値の小さい順に色を埋めるように処理するものといえる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、種々の変形が可能である。以下、これらの変形例について説明する。

＜変形例１＞
実施形態では、図６に示すように、各層１色として配色しているが、各層１色の場合よりも濃い色再現が必要な場合には、一部の色又は全色を複数層にわたって配色してもよい。

図１４は、複数層にわたって配色する場合の例を示す。入力色が赤みがかった濃い黒の場合、黒(K)、マゼンタ(M)、イエロー(Y)を配色するが、これを複数層にわたって繰り返す。黒(K)、マゼンタ(M)、イエロー(Y)の順序は任意であるが、既述したように、Ｌ＊の小さい順に表面側から配色するのが望ましい。従って、
第０層：黒(K)
第１層：マゼンタ(M)
第２層：イエロー(Y)
第３層：黒(K)
第４層：マゼンタ(M)
第５層：イエロー(Y)
とし、第６層以降は無彩色とする。黒(K)、マゼンタ(M)、イエロー(Y)がそれぞれ２層配色されており、第０層〜第２層の配色パターンが、第３層〜第５層において繰り返されている。

入力色が非常に濃い緑の場合、シアン(C)とイエロー(Y)を配色するが、これを組として複数層にわたって繰り返す。即ち、
第０層：シアン(C)
第１層：イエロー(Y)
第２層：シアン(C)
第３層：イエロー(Y)
第４層：シアン(C)
第５層：イエロー(Y)
とし、シアン(C)、イエロー(Y)がそれぞれ３層配色される。一般的に、Ｌ＊の小さい順にＣＭＹＫの少なくとも２色を組にして複数層にわたって繰り返せばよい。「少なくとも２色を組にする」とは、具体的には、２色を組にする場合、３色を組にする場合、４色を組にする場合を意味し、２色を組にする場合にはＹＭ，ＹＣ，ＹＫ，ＭＣ，ＭＫ等があり、３色を組にする場合にはＹＭＣ，ＭＣＫ，ＹＣＫ等がある。ＹＭの場合を例示すると以下の通りである。
第０層：マゼンタ(M)
第１層：イエロー(Y)
第２層：マゼンタ(M)
第３層：イエロー(Y)
第４層：マゼンタ(M)
第５層：イエロー(Y)

また、４色を組とする場合は以下の通りである。
第０層：黒(K)
第１層：シアン(C)
第２層：マゼンタ(M)
第３層：イエロー(Y)
第４層：黒(K)
第５層：シアン(C)
第６層：マゼンタ(M)
第７層：イエロー(Y)
但し、入力層が非常に濃いプロセス黒の場合、上記のようにこれらを組にして繰り返す他に、黒(K)を特に濃くしたい場合に、黒(K)を集中的に表面側に配色してもよい。すなわち、
第０層：黒(K)
第１層：黒(K)
第２層：シアン(C)
第３層：マゼンタ(M)
第４層：イエロー(Y)
第５層：シアン(C)
第６層：マゼンタ(M)
第７層：イエロー(Y)
である。この例は、黒(K)をまとめて表面側に配色し、残りのシアン(C)、マゼンタ(M)、イエロー(Y)については、これらの３色を組として繰り返し配色したものといえる。

図１５は、Ｌ＊の小さい順にＣＭＹＫの少なくとも２色を組にして複数層にわたって繰り返す場合の利点を模式的に示す。

図１５（ａ）は、非常に濃い緑を表現する場合に、
第０層：シアン(C)
第１層：シアン(C)
第２層：シアン(C)
第３層：イエロー(Y)
第４層：イエロー(Y)
第５層：イエロー(Y)
と配色した場合である。シアン(C)層が厚すぎると、造形物中心側にあるイエロー(Y)層が色再現に寄与し難くなり、青みがかった緑になってしまう。従って、造形物中心部と隅部分とで色再現が異なってしまう。

図１５（ｂ）は、図１４に示すように、
第０層：シアン(C)
第１層：イエロー(Y)
第２層：シアン(C)
第３層：イエロー(Y)
第４層：シアン(C)
第５層：イエロー(Y)
と配色した場合である。造形物の中心部と隅部とで同様に緑色に見えるため、均一な色再現が得られる。また、造形物表面からのシアン(C)の各層の距離と、造形物表面からのイエロー(Y)の各層の距離が、図１５（ａ）の場合よりも近くなるので、色再現に対するこれら２色の影響がより均等になる。

＜変形例２＞
実施形態では、ある層に無彩色ボクセルが存在し、その層よりも１つ深い層の隣接するボクセルがカラーボクセルである場合に、当該無彩色ボクセルとカラーボクセルを置換することでカラーボクセルを造形物の表面側に配色しているが、無彩色ボクセルと置換すべきカラーボクセルとして、隣接するボクセルではなく、無彩色ボクセルが属する層の色と同色であるカラーボクセルと置換してもよい。例えば、図１４に示すように、非常に濃い緑を表現するために第０層にシアン(C)を配色した場合において、ハーフトーニングの結果、第０層に無彩色ボクセルが存在したときは、第０層はシアン(C)であるため、無彩色ボクセルを１つ深い第１層のボクセル（カラーボクセルであってもその色はイエロー(Y)）と置換するのではなく、第２層のカラーボクセル（その色はシアン(C)）と置換する等である。

図１６及び図１７は、この変形例２の置換処理を模式的に示す。図１６は、比較のため、実施形態における置換処理を示す。図１６（ａ）では、第１層の無彩色ボクセルを隣接する第２層のシアン(C)のカラーボクセルと置換し、図１６（ｂ）では、第０層の無彩色ボクセルを隣接する第１層のマゼンタ(M)のカラーボクセルと置換する。

図１７は、変形例２における置換処理を示す。図１７（ａ）では、第１層がマゼンタ(M)の場合、第１層の無彩色ボクセルを第３層のマゼンタ(M)のカラーボクセルと置換する。図１７（ｂ）では、第０層がシアン(C)の場合、第０層の無彩色ボクセルを第２層のシアン(C)のカラーボクセルと置換する。

図１８は、実施形態と変形例２による置換処理のボクセル配置を模式的に示す。図１８（ａ）は、ハーフトーニング処理した結果のボクセル配置である。各層に無彩色ボクセルが存在する。図１８（ｂ）は、無彩色ボクセルを隣接するカラーボクセルで置換した結果のボクセル配置である。各層で色の配置にランダムな部分が残存している。特定の場合（ボクセル１個、つまりインク１滴の大きさが大きい場合）には粒状感の劣化等の要因となり得る。図１８（ｃ）は、変形例２で置換した結果のボクセル配置である。図では、第０層はシアン(C)で統一され、第１層はマゼンタ(M)で統一されている。表面に近い順から同じ色で配色されるため、より均一な色再現が得られる。

＜変形例３＞
実施形態では、ハーフトーニング処理及び色交換処理をスライスデータ毎に実行しているが、処理対象のスライスデータに加えてその上下のスライスデータを用いる等、造形物の立体形状を考慮した処理としてもよい。

＜変形例４＞
実施形態では、データ処理装置１０と立体造形装置１２が別個に存在し、これらが通信ネットワーク１４でデータ送受可能に接続される構成であるが、データ処理装置１０と立体造形装置１２が物理的に一体化して立体造形システムを構成してもよい。

また、データ処理装置１０とネットワークサーバが通信ネットワーク１４で接続され、データ処理装置１０がクライアントとして取得した３Ｄデータをネットワークサーバに送信し、ネットワークサーバで図２のＳ１０１〜Ｓ１０５の処理を実行し、スライスデータをクライアントであるデータ処理装置１０に返信する、あるいは立体造形装置１２に出力する構成としてもよい。この場合、当該ネットワークサーバがデータ処理装置１０として機能する。

＜変形例５＞
実施形態では、図２におけるＳ１０１〜Ｓ１０５までのステップをデータ処理装置１０で実行し、Ｓ１０６のステップを立体造形装置１２で実行しているが、Ｓ１０３までのステップをデータ処理装置１０で実行し、残りのステップを立体造形装置１２で実行してもよい。また、データ処理装置１０の出力データを一旦記録媒体等に格納し、当該記録媒体から立体造形装置１２に供給してもよい。

１０ データ処理装置、１２ 立体造形装置、１４ 通信ネットワーク、１６ ３Ｄデータ、１８ スライス面、２０ スライスデータ、２２ 立体造形物。

Claims (9)

1. 立体造形物の形状および当該立体造形物における表面の色を特定の表面領域ごとに規定した第１のデータを受け付ける受付手段と、
   前記第１のデータからカラーボクセルデータを生成する生成手段であって、前記第１のデータにおける前記表面の色の色情報に基づき、複数のボクセルに複数の色成分を割り当てる際、前記複数の色成分のうち明るさを示す値が小さい順に優先的に前記複数の各色成分を表面ボクセルから配色し、かつ、前記第１のデータにおける前記表面の色の濃度が１００％未満の場合にも表面ボクセルに無彩色の色成分が付与されないように生成する前記生成手段と、
   を備えるデータ処理装置。
2. 前記複数の色成分は、立体造形装置で造形可能な複数の色信号に対応する色成分であって、
   前記生成手段は、全てのボクセルに対し、前記複数の色成分のうちいずれか１つの色成分が色情報として付与されるよう、前記カラーボクセルデータを生成する
   請求項１に記載のデータ処理装置。
3. 前記生成手段は、前記複数の色成分として黒、シアン、マゼンタ、イエローの順に優先的に表面側から配色する
   請求項１に記載のデータ処理装置。
4. 前記生成手段は、黒、シアン、マゼンタ、イエローのうちの少なくとも２色を組として、表面側から繰り返し配色する
   請求項１に記載のデータ処理装置。
5. 前記生成手段は、入力濃度が１００％未満の場合であって表面側に無彩色ボクセルが存在するときに、前記無彩色ボクセルよりも深い位置にある隣接カラーボクセルとの間で色を置換する
   請求項１に記載のデータ処理装置。
6. 前記生成手段は、入力濃度が１００％未満の場合であって表面側に無彩色ボクセルが存在するときに、前記無彩色ボクセルよりも深い位置にあり、かつ前記無彩色ボクセルと同一深さの他のカラーボクセルの色と同一色のカラーボクセルとの間で色を置換する
   請求項１に記載のデータ処理装置。
7. 前記生成手段は、ハーフトーニング処理した後に前記置換を実行する
   請求項５，６のいずれかに記載のデータ処理装置。
8. 請求項１〜７のいずれかに記載のデータ処理装置と、
   前記データ処理装置から出力されたデータを用いて立体造形物を形成する立体造形装置と、
   を備える立体造形システム。
9. コンピュータに、
   立体造形物データを入力するステップと、
   前記立体造形物データからボクセルの色を生成して出力する際に、Ｌ＊値の小さい順に優先的に表面から配色し、かつ、入力濃度が１００％未満の場合にも表面側に無彩色ボクセルが存在しないように出力するステップと、
   を実行させるプログラム。