JP2022119427A - Calculation device, calculation method, and program - Google Patents

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Abstract

To provide a calculation device that, when reproducing a state in which an object including luminous material is coated by CG, can efficiently represent a luminous feel with a small amount of calculation even from a macro point of view.SOLUTION: A calculation device comprises: an acquisition unit that acquires object shape information indicating the shape of an object, coating information indicating the number of luminous materials included in the predetermined area and the degree of distribution of subsurface normals of the luminous materials, and luminous material information indicating the reflection characteristics on the luminous materials; a subsurface normal calculation unit that calculates the subsurface normals of the luminous materials included in the predetermined area by using the degree of distribution of the subsurface normals and the object shape information; and a reflectance calculation unit that, by using the luminous material information and the subsurface normals calculated by the subsurface normal calculation unit, calculates the reflectance of the luminous materials with a light source and a line-of-sight direction as variables according to a viewpoint distance from a viewpoint position of a camera to the object.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、計算装置、計算方法およびプログラムに関する。特に、光輝材を含んだ物体の表示色をコンピュータグラフィックスにより表現する技術に関する。 The present invention relates to a computing device, computing method and program. In particular, the present invention relates to a technique for expressing the display color of an object containing glittering materials by computer graphics.

自動車業界では、広告やプロモーション、およびデザイン段階において、コンピュータグラフィックス(以下CG:Computer Graphics)による映像表現が多く用いられている。自動車の中でも、外装の大半を占める塗板は、その複雑な構成によりCGによる正確な表現が試みられている。多くの塗板は、複数の層により構成されており、その層内にフレーク顔料を含有することでフレークによる光輝感(粒子性:フレークによるつぶつぶ感)や見る角度によって色彩が変化するフリップフロップ性からなる反射特性を持つ。こうした反射特性を、CGにより正確に表現することができれば、デザイン段階などにおいて物体に実際に塗料を塗布して仕上がりを確認する必要がなくなる。 In the automobile industry, image representation by computer graphics (hereinafter referred to as CG) is often used in advertisements, promotions, and design stages. Painted panels, which make up the majority of the exterior of automobiles, have been tried to accurately express with CG due to their complicated construction. Many coated plates are composed of multiple layers, and by containing flake pigments in the layers, the flakes have a glittering effect (granularity: flakes give a crushing feeling) and flip-flop properties that change the color depending on the viewing angle. It has a reflection characteristic of If such reflection characteristics can be accurately represented by CG, it will be unnecessary to actually apply paint to the object to check the finish at the design stage.

特許文献1には、偏角分光反射率を測定して、物体の塗装色をCG再現する技術が開示されている。この技術では、実測した偏角分光反射率を用いてCGを生成するため、見る角度によって色彩が変化する塗装面のフリップフロップ性を表現することができる。 Japanese Patent Laid-Open No. 2002-200002 discloses a technique for measuring the angular spectral reflectance and reproducing the paint color of an object by CG. In this technique, since CG is generated using the measured declination spectral reflectance, it is possible to express the flip-flop nature of the painted surface in which the color changes depending on the viewing angle.

フレークによる光輝感を表現する反射モデルがいくつか提案されている。例えば、非特許文献1では、塗板の見えを顔料による一様な双方向反射率分布関数(BRDF:Bidirectional Reflectance Distribution Function)と座標位置により変化するBTF(Bidirectional Texture Function)で表現する。BTFは見えを画像により表現する手法であり、光源・視線方向の違いによる見えの変化を画像として保存および再現する手法である。フレークもある方向から見た際の見えを画像として保存しておくことで表現する。 Several reflection models have been proposed to express the feeling of glitter caused by flakes. For example, in Non-Patent Document 1, the appearance of a coated plate is represented by a uniform Bidirectional Reflectance Distribution Function (BRDF) due to pigments and a BTF (Bidirectional Texture Function) that changes depending on the coordinate position. BTF is a method of expressing appearance with an image, and is a method of storing and reproducing changes in appearance due to differences in light source and line-of-sight direction as an image. Flakes are also expressed by saving the appearance when viewed from a certain direction as an image.

また、非特許文献2に示すような3DCGソフトウェア開発会社が提供しているCar Paintシェーダ(反射モデル)では、クリアコート層、フレーク層、拡散反射を表現する顔料層のそれぞれを計算する。フレーク層では、乱数により生成された法線マップテクスチャをスケーリングして与えることでざらついた光輝感を表現する。 Also, in a Car Paint shader (reflection model) provided by a 3DCG software development company as shown in Non-Patent Document 2, calculations are made for each of the clear coat layer, the flake layer, and the pigment layer expressing diffuse reflection. In the flake layer, a rough brilliance is expressed by scaling a normal map texture generated by random numbers.

また、非特許文献3では、塗板に内包されたフレークの数を塗板表面下の法線分布として定式化している。法線分布で表現される複数の法線からの光沢を計算することで、テクスチャの1画素内に複数存在するフレークによる光輝感を表現することができる。 Further, in Non-Patent Document 3, the number of flakes included in the coated plate is formulated as a normal distribution under the surface of the coated plate. By calculating the gloss from a plurality of normals expressed by the normal distribution, it is possible to express the feeling of glitter due to a plurality of flakes present in one pixel of the texture.

特開平10-115555号公報JP-A-10-115555

M. Rump, G. Muller, R. Sarlette, D. Koch and R. Klein, “Photo-realistic Rendering of Metallic Car Paint from Image-Based Measurements”, Computer Graphics Forum, Vol. 27-2, pp.527-536 (2008).M. Rump, G. Muller, R. Sarlette, D. Koch and R. Klein, “Photo-realistic Rendering of Metallic Car Paint from Image-Based Measurements”, Computer Graphics Forum, Vol. 27-2, pp.527- 536 (2008). [online]、“Car Paint Material / Shader”、[令和3年1月29日検索]、インターネット〈URL:https://knowledge.autodesk.com/support/3ds-max/learn-explore/caas/CloudHelp/cloudhelp/2015/ENU/3DSMax/files/GUID-1CD21856-588A-4A05-AC0A-88489F5F9C84-htm.html〉.[online], “Car Paint Material / Shader”, [searched on January 29, 2021], Internet <URL: https://knowledge.autodesk.com/support/3ds-max/learn-explore/caas/ CloudHelp/cloudhelp/2015/ENU/3DSMax/files/GUID-1CD21856-588A-4A05-AC0A-88489F5F9C84-htm.html>. 池本祥、向川康博、松下康之、久保尋之、八木康史、“観測スケールを考慮したメタリック塗装の表面下法線分布解析”、情報処理学会研究報告、CG-161-15、(2015).Sho Ikemoto, Yasuhiro Mukaigawa, Yasuyuki Matsushita, Hiroyuki Kubo, Yasushi Yagi, "Analysis of subsurface normal distribution of metallic paint considering observation scale", Information Processing Society of Japan research report, CG-161-15, (2015).

しかしながら、特許文献1に記載されているようなフリップフロップ性の表現のみでは塗板の表現としては不十分であり、フレークによる光輝感の表現が重要である。非特許文献1では、視点位置の変化による光輝感の変化をなめらかに表現するためには膨大な数の画像が必要となる。非特許文献2では、テクスチャの1画素に対して1個のフレークが存在することとなる。このため、視点位置の変化による光輝感の変化を表現することが難しい。非特許文献3では、光輝感の定量化に主眼が置かれているため、これを用いたCG生成法についての言及はない。 However, the expression of flip-flop properties alone as described in Patent Literature 1 is insufficient for the expression of coated plates, and the expression of luster by flakes is important. In Non-Patent Document 1, a huge number of images are required in order to smoothly express the change in brightness due to the change in viewpoint position. In Non-Patent Document 2, one flake exists for one pixel of the texture. For this reason, it is difficult to express a change in brightness due to a change in viewpoint position. Non-Patent Document 3 focuses on the quantification of the feeling of brightness, and does not mention a CG generation method using this.

フレークによる光輝感を表現しようとした場合には、視点距離に応じた見えの変化を表現する必要がある。非特許文献1の手法はイメージベースな手法であるため、塗板から離れたマクロな視点においては、フレークの影響が潰れてしまい光輝感を表現することが困難となる。逆に、塗板に近づいたミクロな視点においては、テクスチャ解像度が低く、20[μm]程であるフレークを細かく表現することが困難である。 When trying to express the feeling of brightness by flakes, it is necessary to express the change in appearance according to the viewpoint distance. Since the method of Non-Patent Document 1 is an image-based method, it is difficult to express the feeling of brilliance because the effect of the flakes is crushed from a macro viewpoint away from the coated plate. Conversely, from a microscopic point of view close to the coated plate, texture resolution is low, and it is difficult to finely express flakes of about 20 [μm].

非特許文献2のシェーダにおいては、マクロな視点において、フレークの表現による違和感をなくすためにフレーク減衰距離を設定可能としている。これは、設定した視点距離までに、徐々にフレークの影響をフェードアウトさせる処理である。しかし、マクロ視点においてもフレークによる影響は存在しているため、正しい表現とは言い難い。 In the shader of Non-Patent Document 2, the flake attenuation distance can be set in order to eliminate the sense of incongruity due to flake expression from a macro viewpoint. This is a process of gradually fading out the influence of flakes by the set viewpoint distance. However, since the influence of flakes exists even from a macroscopic point of view, it is difficult to say that this is a correct expression.

そこで、非特許文献3にあるように、ある面積あたりの表面下法線の数を定義し、そこからの反射光を計算することでミクロ視点、及びマクロの両視点において、フレークによる光輝感を表現することが考えられる。ただし、マクロ視点においては、レンダリング解像度が低いため、塗板領域における1つの画素に相当する面積が広くなり、1つの画素が内包する表面下法線の数が膨大となる。この膨大な数の表面下法線をすべて表現しようとすると、膨大な計算時間が必要となる。 Therefore, as described in Non-Patent Document 3, by defining the number of normal lines under the surface per certain area and calculating the reflected light from there, the feeling of glitter due to flakes can be obtained from both micro and macro viewpoints. can be expressed. However, since the rendering resolution is low in the macro viewpoint, the area corresponding to one pixel in the coated plate area becomes large, and the number of subsurface normals included in one pixel becomes enormous. Representing all of this huge number of subsurface normals would require a huge amount of computational time.

本発明は、このような状況に鑑みてなされたものである。本発明は、光輝材を含んだ物体が塗装された状態をCGにて再現する場合において、マクロ視点であっても、少ない計算量により効率的に光輝感を表現することができる計算装置、計算方法およびプログラムを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances. The present invention provides a computing device and calculation that can efficiently express a feeling of glitter with a small amount of calculation even from a macro viewpoint when reproducing a painted state of an object containing a glitter material by CG. It aims at providing a method and a program.

上記の課題を解決するために、発明の実施形態の計算装置は、光輝材を含む物体における光輝感をコンピュータグラフィックスにより表現する画像の表示色を計算する計算装置であり、前記物体の形状を示す物体形状情報、前記物体を照明する光源を示す光源情報、前記物体を仮想的に撮像するカメラに関するカメラ情報、所定面積に含まれる前記光輝材の個数と前記光輝材のそれぞれの表面下法線の分布度合とを示す塗装情報、及び前記光輝材による反射特性を示す光輝材情報を取得する取得部と、前記表面下法線の分布度合及び前記物体形状情報を用いて、前記所定面積に含まれる光輝材の表面下法線を計算する表面下法線計算部と、前記光輝材情報、及び表面下法線計算部により計算された前記表面下法線を用いて、光源及び視線方向を変数とした光輝材の反射率を、前記カメラの視点位置から前記物体までの視点距離に応じて、計算する反射率計算部と、前記光源情報を用いて、描画する対象となる描画画素に対する入射光を計算する入射光計算部と、前記反射率計算部により計算された反射率、前記入射光計算部により計算された入射光、及び前記カメラ情報を用いて、前記描画画素に描画する前記光輝材の反射光成分を計算する鏡面反射光計算部と、前記鏡面反射光計算部により計算された前記反射光成分を、前記描画画素に含める前記光輝材の個数分足し合わせて、前記描画画素の表示色を計算する光輝感加算部と、前記光輝感加算部により計算された画素ごとの前記表示色を出力する出力部と、を備える。 In order to solve the above problems, a computing device according to an embodiment of the present invention is a computing device that calculates the display color of an image that expresses the feeling of glitter in an object containing a glittering material by computer graphics, and calculates the shape of the object. light source information indicating a light source that illuminates the object; camera information related to a camera that virtually captures the object; the number of glittering materials contained in a predetermined area; and the acquisition unit for acquiring painting information indicating the degree of distribution of and luster material information indicating the reflection characteristics of the luster material; a sub-surface normal calculation unit that calculates the sub-surface normal of the glittering material, and the above-mentioned glittering material information and the sub-surface normal calculated by the sub-surface normal calculation unit, the light source and the line-of-sight direction are changed to variables A reflectance calculation unit that calculates the reflectance of the glitter material according to the viewpoint distance from the viewpoint position of the camera to the object; and the glitter material drawn in the drawing pixels using the reflectance calculated by the reflectance calculation unit, the incident light calculated by the incident light calculation unit, and the camera information. and the reflected light components calculated by the specular reflected light calculation unit are added for the number of the glitter materials included in the drawing pixel, and the display of the drawing pixel is performed. and an output unit configured to output the display color for each pixel calculated by the brightness addition unit.

上記の課題を解決するために、発明の実施形態の計算方法は、光輝材を含む物体における光輝感をコンピュータグラフィックスにより表現する画像の表示色を計算するコンピュータ装置が行う計算方法であり、取得部が、前記物体の形状を示す物体形状情報、前記物体を照明する光源を示す光源情報、前記物体を仮想的に撮像するカメラに関するカメラ情報、所定面積に含まれる前記光輝材の個数と前記光輝材のそれぞれの表面下法線の分布度合とを示す塗装情報、及び前記光輝材による反射特性を示す光輝材情報を取得し、表面下法線計算部が、前記表面下法線の分布度合及び前記物体形状情報を用いて、前記所定面積に含まれる光輝材の表面下法線を計算し、反射率計算部が、前記光輝材情報、及び表面下法線計算部により計算された前記表面下法線を用いて、光源及び視線方向を変数とした光輝材の反射率を、前記カメラの視点位置から前記物体までの視点距離に応じて、計算し、入射光計算部が、前記光源情報を用いて、描画する対象となる描画画素に対する入射光を計算し、鏡面反射光計算部が、前記反射率計算部により計算された反射率、前記入射光計算部により計算された入射光、及び前記カメラ情報を用いて、前記描画画素に描画する前記光輝材の反射光成分を計算し、光輝感加算部が、前記鏡面反射光計算部により計算された前記反射光成分を、前記描画画素に含める前記光輝材の個数分足し合わせて、前記描画画素の表示色を計算し、出力部が、前記光輝感加算部により計算された画素ごとの前記表示色を出力する。 In order to solve the above problems, the calculation method of the embodiment of the invention is a calculation method performed by a computer device for calculating the display color of an image that expresses the feeling of glitter in an object containing a glitter material by computer graphics. The section includes object shape information indicating the shape of the object, light source information indicating the light source that illuminates the object, camera information related to a camera that virtually captures the object, the number of the glittering materials contained in a predetermined area, and the glittering Painting information indicating the degree of distribution of the normal under the surface of each material and luster material information indicating the reflection characteristics of the luster material are acquired, and the sub-surface normal calculation unit calculates the distribution degree of the sub-surface normal and Using the object shape information, the normal under the surface of the glittering material included in the predetermined area is calculated, and the reflectance calculation unit calculates the normal under the surface calculated by the glittering material information and the normal under the surface Using the normal line, the reflectance of the glitter material with the light source and line-of-sight direction as variables is calculated according to the viewpoint distance from the viewpoint position of the camera to the object, and the incident light calculation unit calculates the light source information. is used to calculate the incident light for the drawing pixel to be drawn, and the specular reflected light calculation unit calculates the reflectance calculated by the reflectance calculation unit, the incident light calculated by the incident light calculation unit, and the Using the camera information, the reflected light component of the glittering material to be drawn in the drawing pixel is calculated, and the brightness adding unit includes the reflected light component calculated by the specular reflection light calculating unit in the drawing pixel. The display color of the drawing pixel is calculated by adding up the number of the glittering materials, and the output unit outputs the display color for each pixel calculated by the glitter adding unit.

上記の課題を解決するために、発明の実施形態のプログラムは、光輝材を含む物体における光輝感をコンピュータグラフィックスにより表現する画像の表示色を計算するコンピュータ装置に、前記物体の形状を示す物体形状情報、前記物体を照明する光源を示す光源情報、前記物体を仮想的に撮像するカメラに関するカメラ情報、所定面積に含まれる前記光輝材の個数と前記光輝材のそれぞれの表面下法線の分布度合とを示す塗装情報、及び前記光輝材による反射特性を示す光輝材情報を取得する取得工程、前記表面下法線の分布度合及び前記物体形状情報を用いて、前記所定面積に含まれる光輝材の表面下法線を計算する表面下法線計算工程、前記光輝材情報、及び表面下法線計算工程により計算された前記表面下法線を用いて、光源及び視線方向を変数とした光輝材の反射率を、前記カメラの視点位置から前記物体までの視点距離に応じて、計算する反射率計算工程、前記光源情報を用いて、描画する対象となる描画画素に対する入射光を計算する入射光計算工程、前記反射率計算工程により計算された反射率、前記入射光計算工程により計算された入射光、及び前記カメラ情報を用いて、前記描画画素に描画する前記光輝材の反射光成分を計算する鏡面反射光計算工程、前記鏡面反射光計算工程により計算された前記反射光成分を、前記描画画素に含める前記光輝材の個数分足し合わせて、前記描画画素の表示色を計算する光輝感加算工程、前記光輝感加算工程により計算された画素ごとの前記表示色を出力する出力工程、を実行させるプログラムである。 In order to solve the above problems, a program according to an embodiment of the present invention provides a computer device that calculates the display color of an image that expresses the feeling of glitter in an object containing a glitter material by computer graphics. shape information, light source information indicating a light source that illuminates the object, camera information related to a camera that virtually captures the object, the number of the glittering materials contained in a predetermined area, and the distribution of the normals under the surface of each of the glittering materials an acquisition step of acquiring painting information indicating the degree of luster and luster material information indicating a reflection characteristic of the luster material; The subsurface normal calculation step of calculating the subsurface normal of the luster material with the light source and the line of sight direction as variables a reflectance calculation step of calculating the reflectance of according to the viewpoint distance from the viewpoint position of the camera to the object; calculating a reflected light component of the glittering material to be drawn on the drawing pixels using the calculating step, the reflectance calculated by the reflectance calculating step, the incident light calculated by the incident light calculating step, and the camera information; a specular reflected light calculation step for calculating a display color of the drawn pixel by adding the reflected light components calculated by the specular reflected light calculation step by the number of the glitter materials included in the drawn pixel; and an output step of outputting the display color for each pixel calculated by the brightness addition step.

本発明の実施形態によれば、光輝材を含んだ物体が塗装された状態をCGにて再現する場合において、マクロ視点であっても、少ない計算量により効率的に光輝感を表現することができる。 According to the embodiment of the present invention, when reproducing a painted state of an object containing a glittering material by CG, it is possible to express the feeling of glittering efficiently with a small amount of calculation even from a macro viewpoint. can.

実施形態の表示装置1の構成例を示すブロック図である。1 is a block diagram showing a configuration example of a display device 1 of an embodiment; FIG. 実施形態の光輝材を含む塗装を示す模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing coating containing glittering material of the embodiment. 実施形態の塗装情報121の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the coating information 121 of embodiment. 実施形態の光輝材情報122の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the glitter material information 122 of embodiment. 実施形態の光源情報カメラ情報123の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the light source information camera information 123 of embodiment. 実施形態の反射率計算部132が行う処理の説明に用いる図である。It is a figure used for description of the process which the reflectance calculation part 132 of embodiment performs. 実施形態の光輝材による反射ローブの例を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing an example of reflection lobes by the glittering material of the embodiment; 実施形態の表示装置1が行う処理の流れを示すフローチャートである。4 is a flowchart showing the flow of processing performed by the display device 1 of the embodiment;

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳しく説明する。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

表示装置1は、例えばPC(Personal Computer)、サーバ装置などのコンピュータ装置である。表示装置1は、光輝材を含んだ物体の表示色をコンピュータグラフィックスの技術を用いて描画する画像を生成し、生成した画像を表示する。表示装置1は、「計算装置」の一例である。 The display device 1 is, for example, a computer device such as a PC (Personal Computer) or a server device. The display device 1 generates an image in which the display color of an object containing a glittering material is drawn using a computer graphics technique, and displays the generated image. The display device 1 is an example of a “computing device”.

以下では、光輝材を含んだ塗装剤によって塗装された物体を描画する場合を例示して説明する。しかしながら、塗装に限定されることはない。少なくとも光輝材を含む物体であればよく、例えば、光輝材が練り込まれた物質を形成することにより製造された物体を描画するような場合にも適用することが可能である。 In the following, a case of drawing an object coated with a coating agent containing a luster material will be described as an example. However, it is not limited to painting. Any object that contains at least a luster material can be used. For example, the present invention can be applied to drawing an object manufactured by forming a substance into which a luster material is kneaded.

図1は、実施形態の表示装置1の構成例を示すブロック図である。表示装置1は、例えば、通信部11と、記憶部12と、制御部13と、CG表示部14とを備える。通信部11は、例えば、汎用の通信用IC(Integrated Circuit)などによって実現される。通信部11は、例えば、インターネット通信網などを介して外部の装置と通信し、外部の装置から送信された情報を受信し、受信した情報を記憶部12に記憶させる。 FIG. 1 is a block diagram showing a configuration example of a display device 1 according to an embodiment. The display device 1 includes, for example, a communication section 11, a storage section 12, a control section 13, and a CG display section . The communication unit 11 is implemented by, for example, a general-purpose communication IC (Integrated Circuit). The communication unit 11 communicates with an external device via, for example, the Internet communication network, receives information transmitted from the external device, and stores the received information in the storage unit 12 .

記憶部12は、例えば、HDD(Hard Disk Drive)やフラッシュメモリなどの記憶装置(非一過性の記憶媒体を備える記憶装置)、或いはこれらの組合せによって実現される。記憶部12は、表示装置1の各構成要素を実現するためのプログラム、プログラムを実行する際に用いられる変数、及び各種の情報を記憶する。 The storage unit 12 is implemented by, for example, a storage device (a storage device having a non-transitory storage medium) such as a HDD (Hard Disk Drive) or flash memory, or a combination thereof. The storage unit 12 stores a program for realizing each component of the display device 1, variables used when executing the program, and various kinds of information.

記憶部12は、例えば、物体形状情報120と、塗装情報121と、光輝材情報122と、光源情報カメラ情報123とを記憶する。物体形状情報120は、物体の三次元形状を示す情報である。物体形状情報120は、例えば、CAD(Computer-Aided Design)などにより作成された仮想物体のポリゴン形状を示すデータであり、各ポリゴンの表面法線情報が含まれる。塗装情報121は、塗装の状態を示す情報である。塗装情報121は、例えば、描画する対象となる塗装について、塗装の種類ごとにその塗装に含まれる光輝材の分布の状態を示す情報が含まれる。光源情報カメラ情報123は、描画する際に用いる仮想的な光源、及び物体を撮像する仮想的なカメラの情報である。 The storage unit 12 stores object shape information 120, painting information 121, glitter material information 122, and light source information camera information 123, for example. The object shape information 120 is information indicating the three-dimensional shape of an object. The object shape information 120 is, for example, data indicating the polygonal shape of a virtual object created by CAD (Computer-Aided Design) or the like, and includes surface normal information of each polygon. The painting information 121 is information indicating the state of painting. The painting information 121 includes, for example, information indicating the state of distribution of the luster material contained in the painting for each kind of painting to be drawn. The light source information camera information 123 is information of a virtual light source used for drawing and a virtual camera that captures an image of an object.

ここで、塗装20と、塗装20に含まれる光輝材21との関係について、図2を用いて説明する。図2は、実施形態の光輝材を含む塗装を示す模式図である。 Here, the relationship between the coating 20 and the luster material 21 included in the coating 20 will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a schematic diagram showing coating containing the glitter material of the embodiment.

一般に、物体は、ある1点において唯一の法線を持ち、1個の反射ピークを持つ。しかし、図2に示すように、光輝材21を含む塗装20のような物体では、塗装20における表面の法線nは一つに定まるが、表面下に存在する光輝材21の影響で反射ピークが複数存在する。そこで、本実施形態では、表面下に存在する光輝材21による法線nsiのことを表面下法線と定義する。ただし、iは光輝材の個数に応じた番号である。 In general, an object has only one normal and one reflection peak at one point. However, as shown in FIG. 2, in an object such as the coating 20 containing the luster material 21, the normal line n0 of the surface of the coating 20 is determined as one, but the reflection due to the effect of the luster material 21 existing under the surface There are multiple peaks. Therefore, in the present embodiment, the normal line nsi by the bright material 21 existing under the surface is defined as the normal line under the surface. However, i is a number according to the number of glittering materials.

図2では、辺長(Δx、Δy)にて規定される所定面積の塗装20に、4個の光輝材21-1~21-4が含まれる場合の例が示されている。塗装20の表面における法線は、法線nである。塗装20に含まれる光輝材21-1における表面下法線は、表面下法線ns1である。光輝材21-2における表面下法線は、表面下法線ns2である。光輝材21-3における表面下法線は、表面下法線ns3である。光輝材21-4における表面下法線は、表面下法線ns4である。 FIG. 2 shows an example in which four luster materials 21-1 to 21-4 are included in the coating 20 having a predetermined area defined by the side lengths (Δx, Δy). The normal to the surface of the coating 20 is normal n0 . The normal line under the surface of the glitter material 21-1 included in the paint 20 is the normal line n s1 under the surface. The subsurface normal to the bright material 21-2 is the subsurface normal n s2 . The subsurface normal to the bright material 21-3 is the subsurface normal n s3 . The subsurface normal to the glitter 21-4 is the subsurface normal n s4 .

図3は、実施形態の塗装情報121の構成例を示す図である。塗装情報121は、例えば、「塗装No.」、「辺長x」、「辺長y」、「光輝材個数」、「法線分散」などの項目を備える。「塗装No.」は、塗装を一意に識別する識別情報である。「辺長x」と「辺長y」とは、塗装20の面積を規定する場合における、一方の辺長と他方の辺長とを示す情報である。「光輝材個数」は、「辺長x」及び「辺長y」にて規定される所定面積に含まれる光輝材21の個数を示す情報である。法線分散は、それぞれの光輝材21による表面下法線のばらつきの状態を示す情報(分散情報)であり、例えば、分散sを示す情報である。ただし、sは、それぞれの光輝材21による表面下法線の標準偏差である。 FIG. 3 is a diagram showing a configuration example of the painting information 121 of the embodiment. The painting information 121 includes, for example, items such as "Painting No.", "Side length x", "Side length y", "Glitter material number", and "Normal dispersion". "Coating No." is identification information that uniquely identifies a coating. “Side length x” and “side length y” are information indicating the length of one side and the length of the other side when defining the area of the coating 20 . “Number of glittering materials” is information indicating the number of glittering materials 21 included in a predetermined area defined by “side length x” and “side length y”. The normal dispersion is information (dispersion information) indicating the state of dispersion of normals under the surface due to each bright material 21, and is information indicating dispersion s2, for example. where s is the standard deviation of the subsurface normal due to each glitter 21 .

この図の例では、塗装No.1にて識別される塗装20は、辺長(Δx、Δy)の所定面積内にN個の光輝材21が含まれることが示されている。また、N個の光輝材21のそれぞれによる表面下法線の分散がS であることが示されている。 In the example of this figure, the paint No. It is shown that the coating 20 identified by 1 includes N 1 glitter materials 21 within a predetermined area of side length (Δx 1 , Δy 1 ). It is also shown that the dispersion of the subsurface normals by each of the N 1 glittering materials 21 is S 1 2 .

図4は、実施形態の光輝材情報122の構成例を示す図である。光輝材情報122は、例えば、「光輝材No.」、「鏡面反射係数」、「表面粗さ」などの項目を備える。「光輝材No.」は、光輝材を一意に識別する識別情報である。「鏡面反射係数」及び「表面粗さ」は、光輝材を、鏡面反射を示す鏡面反射モデルとした場合におけるパラメータである。この図の例では、光輝材No.1にて識別される光輝材21は、鏡面反射係数がks1であり、表面粗さがσ であることが示されている。 FIG. 4 is a diagram showing a configuration example of the glitter material information 122 of the embodiment. The glittering material information 122 includes items such as, for example, "gliting material No.", "specular reflection coefficient", and "surface roughness". "Glittering Material No." is identification information that uniquely identifies a glittering material. The "specular reflection coefficient" and "surface roughness" are parameters when the luster material is a specular reflection model indicating specular reflection. In the example of this figure, glitter material No. The glitter 21 identified by 1 is shown to have a specular reflection coefficient of k s1 and a surface roughness of σ 12 .

図5は、実施形態の光源情報カメラ情報123の構成例を示す図である。光源情報カメラ情報123は、例えば、ユーザにより設定された情報、もしくは予め記憶された情報である。光源情報カメラ情報123は、例えば、「No.」、「光源情報」、「カメラ情報」などの項目を備える。「No.」は、光源情報及びカメラ情報の組合せを一意に識別する識別情報である。光源情報は、描画に用いる仮想的な光源の情報であり、例えば、ワールド座標系における光源の位置、及び光源の強度を示す情報である。カメラ情報は、描画に用いる仮想的なカメラの情報であり、例えば、ワールド座標系におけるカメラの位置、カメラの画角、及びレンダリング時の画素数などを示す情報である。この図の例では、No.1にて識別される光源情報は、光源の位置座標がPL1(xL1、yL1、zL1)、光源の強度がIL1であることが示されている。また、No.1にて識別されるカメラ情報は、カメラの位置座標がPc1(xc1、yc1、zc1)、カメラの画角が(θx1、θy1)、画素数が(U、V)であることが示されている。 FIG. 5 is a diagram showing a configuration example of the light source information camera information 123 according to the embodiment. The light source information camera information 123 is, for example, information set by the user or information stored in advance. The light source information camera information 123 includes items such as “No.”, “light source information”, and “camera information”, for example. "No." is identification information that uniquely identifies a combination of light source information and camera information. The light source information is information about a virtual light source used for drawing, and is, for example, information indicating the position of the light source in the world coordinate system and the intensity of the light source. The camera information is information about a virtual camera used for drawing, and is, for example, information indicating the position of the camera in the world coordinate system, the angle of view of the camera, the number of pixels during rendering, and the like. In the example of this figure, No. The light source information identified by 1 indicates that the position coordinates of the light source are P L1 (x L1 , y L1 , z L1 ) and the intensity of the light source is I L1 . Also, No. 1, the camera position coordinates are P c1 (x c1 , y c1 , z c1 ), the camera angle of view is (θ x1 , θ y1 ), and the number of pixels is (U 1 , V 1 ).

図1の説明に戻り、制御部13は、表示装置1が備えるハードウェアとしてのCPU(Central Processing Unit)、GPU(Graphics Processing Unit)等のProcessing Unit(プロセッシングユニット)が記憶部12に記憶されたプログラムを実行することにより、機能が実現される。 Returning to the description of FIG. 1 , the control unit 13 stores processing units such as a CPU (Central Processing Unit) and a GPU (Graphics Processing Unit) as hardware included in the display device 1 in the storage unit 12. Functions are realized by executing the program.

制御部13は、例えば、取得部130と、表面下法線計算部131と、反射率計算部132と、入射光計算部133と、鏡面反射光計算部134と、光輝感加算部135と、を備える。 The control unit 13 includes, for example, an acquisition unit 130, a subsurface normal calculation unit 131, a reflectance calculation unit 132, an incident light calculation unit 133, a specular reflection light calculation unit 134, a brightness addition unit 135, Prepare.

取得部130は、描画に必要な種々の情報を取得する。具体的には、取得部130は、物体形状情報120、塗装情報121、光輝材情報122、及び光源情報カメラ情報123を取得する。取得部130は、取得した情報を、表面下法線計算部131に出力する。愚弟的には、取得部130は、物体形状情報120を表面下法線計算部131に出力する。 The acquisition unit 130 acquires various information necessary for drawing. Specifically, the acquisition unit 130 acquires object shape information 120 , painting information 121 , glitter material information 122 , and light source information camera information 123 . The acquisition unit 130 outputs the acquired information to the subsurface normal calculation unit 131 . Practically speaking, the acquisition unit 130 outputs the object shape information 120 to the subsurface normal calculation unit 131 .

ここで、表面下法線計算部131が行う処理について、図6を用いて説明する。図6は、表面下法線計算部131が行う処理の説明に用いる図である。図6には、ミクロ視点およびマクロ視点のそれぞれにおいて光輝材が分布した状態が模式的に示されている。 Here, processing performed by the subsurface normal calculation unit 131 will be described with reference to FIG. 6A and 6B are diagrams used for explaining the processing performed by the subsurface normal calculation unit 131. FIG. FIG. 6 schematically shows a state in which the luster material is distributed in each of the micro viewpoint and the macro viewpoint.

表面下法線計算部131は、表面下法線を計算する。表面下法線計算部131は、取得部130から物体形状情報120を取得し、取得した情報に基づいて、描画対象となる画素に対応するポリゴンの法線nを取得する。また、表面下法線計算部131は、取得部130から塗装情報121を取得し、取得した情報に基づいて、描画対象となる塗装の表面下法線のばらつきを示す分散情報を取得する。 The subsurface normal calculation unit 131 calculates subsurface normals. The subsurface normal calculation unit 131 acquires the object shape information 120 from the acquisition unit 130, and acquires the normal n0 of the polygon corresponding to the pixel to be drawn based on the acquired information. Further, the subsurface normal calculation unit 131 obtains the painting information 121 from the obtaining unit 130, and obtains dispersion information indicating variations in the subsurface normal of the paint to be drawn based on the obtained information.

塗装情報121には、分散情報として、例えば、塗装20の表面の法線n方向を中心としたばらつきの度合いが分散sにて示されている。この場合、表面下法線計算部131は、それぞれの表面下法線の天頂角を、平均が0(ゼロ)であり、且つ分散がsとする正規分布Nd(0、s)により計算する。また、表面下法線計算部131は、例えば、一様乱数により、表面下法線の方位角を求める。このようにして、表面下法線計算部131は、天頂角および方位角を計算することによって、光輝材21のそれぞれの表面下法線ベクトルnを決定する。 In the painting information 121, as dispersion information, for example, the degree of dispersion around the normal n0 direction of the surface of the painting 20 is indicated by dispersion s2. In this case, the subsurface normal calculation unit 131 calculates the zenith angle of each subsurface normal using a normal distribution Nd(0, s 2 ) with an average of 0 (zero) and a variance of s 2 . do. In addition, the subsurface normal calculation unit 131 obtains the azimuth angle of the subsurface normal using, for example, a uniform random number. In this way, the subsurface normal calculator 131 determines the subsurface normal vector n s of each of the glitter 21 by calculating the zenith angle and the azimuth angle.

反射率計算部132は、1個の光輝材21の反射率を計算する。反射率計算部132は、物体形状情報120から描画の対象となる画素(以下、描画画素という)の位置座標を読み込んで取得する。反射率計算部132は、光源情報カメラ情報123から描画に用いる光源及びカメラの位置座標を取得する。反射率計算部132は、描画画素、光源及びカメラのそれぞれの位置座標を用いて、描画画素に対する光源方向ベクトルl、及び視線方向ベクトルvを導出する。また、反射率計算部132は、表面下法線計算部131により計算された表面下法線ベクトルn、光輝材情報122から読み込んだ塗装の鏡面反射係数ks、及び表面粗さσを取得する。反射率計算部132は、取得した情報を用いて、光輝材21の反射率を計算する。 The reflectance calculator 132 calculates the reflectance of one glitter material 21 . The reflectance calculator 132 reads and acquires the position coordinates of pixels to be drawn (hereinafter referred to as drawing pixels) from the object shape information 120 . The reflectance calculation unit 132 acquires the position coordinates of the light source and the camera used for drawing from the light source information camera information 123 . The reflectance calculation unit 132 derives a light source direction vector l and a line-of-sight direction vector v for a drawing pixel using the position coordinates of the drawing pixel, the light source, and the camera. In addition, the reflectance calculation unit 132 acquires the subsurface normal vector n s calculated by the subsurface normal calculation unit 131, the specular reflection coefficient ks of the coating read from the glitter material information 122, and the surface roughness σ 2 . do. The reflectance calculator 132 calculates the reflectance of the glitter material 21 using the acquired information.

ここで、本実施形態では、光輝材21の反射率を計算する際に、視点距離を考慮する。視点距離は、カメラの視点位置から描画の対象とする物体までの距離である。反射率計算部132は、視点距離に応じて、描画する際の解像度が適切な解像度となるように制御する。反射率計算部132が、視点距離を考慮して光輝材21の反射率を計算する方法について、図6を用いて説明する。 Here, in this embodiment, the viewpoint distance is taken into consideration when calculating the reflectance of the glitter material 21 . The viewpoint distance is the distance from the viewpoint position of the camera to the object to be drawn. The reflectance calculation unit 132 controls the resolution at the time of rendering to an appropriate resolution according to the viewpoint distance. The method by which the reflectance calculator 132 calculates the reflectance of the glitter material 21 in consideration of the viewpoint distance will be described with reference to FIG.

図6は、実施形態の反射率計算部132が行う処理の説明に用いる図である。図6には、ミクロ、及びマクロ視点における光輝材分布の概要が模式的に示されている。レンダリング(描画)の際における透視投影を考えた場合、カメラ30、ウィンドウ31、ビューボリューム32の配置関係は図6の通りとなる。 FIG. 6 is a diagram used for explaining the processing performed by the reflectance calculation unit 132 of the embodiment. FIG. 6 schematically shows the outline of the glitter material distribution from micro and macro viewpoints. When perspective projection is considered during rendering (drawing), the positional relationship of the camera 30, window 31, and view volume 32 is as shown in FIG.

ウィンドウ31の中に存在する1つの画素に注目したとき、ミクロ視点、つまり物体がカメラ30に近い場合における描画範囲33は非常に小さい。この場合、小さい描画範囲33に含有される描画すべき光輝材の画像330の個数は少なくなる。対して、マクロ視点、つまり物体がカメラから遠い場合における描画範囲34は大きくなる。この場合、大きい描画範囲34に含有される描画すべき光輝材の画像340の個数は多くなる。 When focusing on one pixel existing in the window 31, the drawing range 33 at the micro viewpoint, that is, when the object is close to the camera 30, is very small. In this case, the number of glitter material images 330 to be drawn contained in the small drawing range 33 is reduced. On the other hand, the rendering range 34 is large at a macro viewpoint, that is, when the object is far from the camera. In this case, the number of glitter material images 340 to be drawn contained in the large drawing range 34 increases.

ウィンドウ31の中に存在する1つの画素における描画面積Sは、カメラの画角、画素数、及び距離dにより求めることができる。距離dは、カメラ30から描画範囲34までの距離(視点距離)である。また、塗装情報121には、辺長(Δx、Δy)からなる所定面積ΔS、及び所定面積内に含まれる光輝材の個数Nが記憶されている。これより、描画範囲に含まれる光輝材個数を、N×S/ΔSにより求めることができる。ここで、Nは所定面積ΔS内に含まれる光輝材の個数である。Sは描画面積である。ΔSは所定面積である。 The drawing area S of one pixel in the window 31 can be obtained from the angle of view of the camera, the number of pixels, and the distance d. A distance d is the distance (viewpoint distance) from the camera 30 to the drawing range 34 . The painting information 121 also stores a predetermined area ΔS consisting of side lengths (Δx, Δy) and the number N of glittering materials contained in the predetermined area. From this, the number of glittering materials included in the drawing range can be obtained by N×S/ΔS. Here, N is the number of glittering materials included in the predetermined area ΔS. S is the drawing area. ΔS is a predetermined area.

ここで、一般的な光輝材の1個あたりの粒径は20[μm]程となり非常に小さい。このため、マクロ視点において、1つの画素に相当する描画範囲に存在する光輝材21の個数が膨大となる。よって、すべての光輝材21のそれぞれの反射率を計算するためには非常に長い時間を要してしまうことになる。 Here, the particle size per one glitter material is about 20 [μm], which is very small. Therefore, in the macro viewpoint, the number of glittering materials 21 existing in the rendering range corresponding to one pixel becomes enormous. Therefore, it takes a very long time to calculate the reflectance of each of the glittering materials 21 .

ところで、マクロ視点により、光輝材21を含んだ塗板を観察した際には、複数の光輝材21のそれぞれによる反射光が混ざり合い、1つの大きな広がりを持った反射光のように感じられるという性質がある。そこで、この性質を利用して、本実施形態では、複数の光輝材による反射光の和を、1つの光輝材21からの反射特性に基づいて近似的に算出する。具体的には、1つの光輝材21の反射特性により示される反射ローブを広げた特性を、複数の光輝材による反射特性として近似的に表現する。 By the way, when a coated plate containing the luster material 21 is observed from a macro viewpoint, the reflected light from each of the plurality of luster materials 21 is mixed, and the reflected light having a large spread is felt. There is Therefore, using this property, in the present embodiment, the sum of reflected light from a plurality of glittering materials is approximately calculated based on the reflection characteristics from one glittering material 21 . Specifically, the characteristics obtained by widening the reflection lobe indicated by the reflection characteristics of one glitter material 21 are approximately expressed as the reflection characteristics of a plurality of glitter materials.

ここで、複数の光輝材による反射光の和を近似的に表現する方法について、図7を用いて説明する。図7は、実施形態の光輝材による反射ローブ(反射光の放射輝度特性)を示す図である。図7の横軸は視線角度、縦軸は放射輝度を示す。 Here, a method for approximately representing the sum of reflected light from a plurality of glittering materials will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a diagram showing reflection lobes (radiance characteristics of reflected light) by the glitter material of the embodiment. The horizontal axis in FIG. 7 indicates the line-of-sight angle, and the vertical axis indicates the radiance.

図7において、照明は、光輝材21の表面に対して垂直に、つまり表面の法線方向から入射している。よって、視線角度に依存して、光輝材21の反射率が変化し、それに伴い反射光の放射輝度も変化する。 In FIG. 7, the illumination is incident perpendicularly to the surface of the glitter material 21, that is, from the normal direction of the surface. Therefore, the reflectance of the glitter material 21 changes depending on the line-of-sight angle, and the radiance of the reflected light also changes accordingly.

単一(1つ)の光輝材21による反射ローブは、図7の実線で示すような鋭いピークを持つ。ウィンドウ31の中に存在する1つの画素が示す描画範囲に、描画すべき光輝材の画像が1個のみしか含まれないような視点距離(距離d1とする)から観察する場合、その光輝材による光輝感が、図7の実線で示すような鋭いピークを持つ特性として表現される。 A reflection lobe due to a single (one) glitter material 21 has a sharp peak as indicated by the solid line in FIG. When observing from a viewpoint distance (distance d1) such that only one image of the glittering material to be drawn is included in the drawing range indicated by one pixel in the window 31, the glittering material Brilliance is expressed as a characteristic having a sharp peak as indicated by the solid line in FIG.

一方、同一の反射特性を持つ光輝材21を含む物体を、距離d1の2倍の視点距離(距離d2とする)から観察した場合を考える。距離d2から観察する場合、ウィンドウ31の中に存在する1つの画素が示す描画範囲には、描画すべき光輝材の画像が4個含まれることとなる。ここで、描画範囲を1次元として考えた際に、2個の光輝材からのそれぞれの反射特性が合成された特性として光輝感が表現される。 On the other hand, consider a case where an object including the luster material 21 having the same reflection characteristics is observed from a viewpoint distance (referred to as a distance d2) that is twice the distance d1. When observed from the distance d2, the drawing range indicated by one pixel in the window 31 includes four images of the glitter material to be drawn. Here, when the rendering range is considered to be one-dimensional, the feeling of glitter is expressed as a characteristic obtained by synthesizing the respective reflection characteristics from two glitter materials.

本実施形態では、この2個の光輝材21のそれぞれの反射率を計算する代わりに、2個の光輝材21による反射特性が、単一の光輝材21による反射ローブの広がりを2倍に広げた特性であるとみなして近似する。具体的には、2個の光輝材21による反射特性が、図7の破線で示すような緩やかなピークを持つ反射ローブであるとみなす。 In this embodiment, instead of calculating the reflectance of each of the two glittering materials 21, the reflection characteristics of the two glittering materials 21 double the spread of the reflection lobe due to a single glittering material 21. approximation is assumed to be the characteristics of Specifically, it is assumed that the reflection characteristics of the two glittering materials 21 are reflection lobes having gentle peaks as indicated by broken lines in FIG.

ここで、鏡面反射モデルの一例として、Wardモデルを考える。Wardモデルにおける反射率ρは、光源・視線方向ベクトル(l,v)を変数として、下記の(1)式にて求められる。(1)式において、σは表面粗さ係数であり、ksは鏡面反射係数である。また、αは表面下法線ベクトルnとハーフベクトルのなす角度である。ハーフベクトルは、光源・視線方向ベクトル(l,v)の中間の向きを表す単位ベクトルであり、視線方向と逆向きのベクトルと光線方向と逆向きのベクトルとを、ベクトル加算して正規化したベクトルである。 Consider the Ward model as an example of the specular reflection model. The reflectance ρ s in the Ward model is obtained by the following equation (1) using the light source/line-of-sight direction vector (l, v) as a variable. In equation (1), σ is the surface roughness coefficient and ks is the specular reflection coefficient. Also, α is the angle formed by the subsurface normal vector n s and the half vector. A half vector is a unit vector representing an intermediate direction of the light source/line-of-sight direction vector (l, v). is a vector.

Figure 2022119427000002
Figure 2022119427000002

(1)式に基づいて、Wardモデルでは、表面粗さσに比例するように、反射ローブの幅が決定される。よって、反射率計算部132は、反射ローブの幅を2倍に広げたい場合には、反射ローブの幅を2倍に広げた場合における表面粗さσ’を、元の光輝材21の持つ表面粗さσの2倍とすればよい。 Based on equation (1), the Ward model determines the width of the reflection lobe so as to be proportional to the surface roughness σ. Therefore, when it is desired to double the width of the reflection lobe, the reflectance calculation unit 132 calculates the surface roughness σ′ when the width of the reflection lobe is doubled as the surface roughness of the original glitter material 21. It should be twice the roughness σ.

具体的に、上述した近似を用いる場合において、反射率計算部132は、以下の(2)式により、表面粗さσ’を計算する。(2)式において、Sは1つの画素に相当する描画範囲の面積である。ΔSは塗装情報121に記憶される辺長(x、y)にて規定される所定面積である。σは光輝材情報122に記憶される光輝材21の表面粗さである。 Specifically, when using the approximation described above, the reflectance calculator 132 calculates the surface roughness σ′ by the following equation (2). In equation (2), S is the area of the drawing range corresponding to one pixel. ΔS is a predetermined area defined by the side length (x, y) stored in the painting information 121 . σ is the surface roughness of the glitter material 21 stored in the glitter material information 122 .

Figure 2022119427000003
Figure 2022119427000003

また、反射率計算部132は、以下の(3)式により、鏡面反射係数ks’を計算する。(3)式において、Sは1つの画素に相当する描画範囲の面積である。ΔSは塗装情報121に記憶される辺長(x、y)にて規定される所定面積である。ksは光輝材情報122に記憶される光輝材21の鏡面反射係数である。 Also, the reflectance calculator 132 calculates the specular reflection coefficient ks' by the following equation (3). In equation (3), S is the area of the drawing range corresponding to one pixel. ΔS is a predetermined area defined by the side length (x, y) stored in the painting information 121 . ks is the specular reflection coefficient of the glitter material 21 stored in the glitter material information 122 .

Figure 2022119427000004
Figure 2022119427000004

図7には、1個の光輝材による反射ローブの例が示されている。描画する際には、塗装情報121において示された所定面積ΔSに含まれる光輝材21の個数分に応じたそれぞれの反射率を計算する。例えば、所定面積ΔSに4個の光輝材21が含まれる場合であって、描画面積Sが所定面積ΔSに相当する場合には、従来通り、4個の光輝材21それぞれの反射率を計算する。この場合において、描画面積Sが所定面積ΔSの10倍に相当する場合には、従来であれば40個の光輝材21それぞれの反射率を計算する必要がある。これに対し、本実施形態では、(S/ΔS=)10個の光輝材21に相当する1つの光輝材(以下、統合光輝材という)を考え、統合光輝材による反射率を、近似的に算出する。そして、描画面積Sに4個の統合光輝材が含まれるとみなして、それぞれの統合光輝材の反射率を(近似的に)計算する。 FIG. 7 shows an example of a reflection lobe by one bright material. When drawing, each reflectance is calculated according to the number of glittering materials 21 included in the predetermined area ΔS indicated in the coating information 121 . For example, when four glittering materials 21 are included in the predetermined area ΔS and the drawing area S corresponds to the predetermined area ΔS, the reflectance of each of the four glittering materials 21 is calculated as before. . In this case, if the drawing area S corresponds to 10 times the predetermined area ΔS, conventionally, it is necessary to calculate the reflectance of each of the 40 glittering materials 21 . On the other hand, in the present embodiment, one glittering material (hereinafter referred to as an integrated glittering material) corresponding to (S/ΔS=) ten glittering materials 21 is considered, and the reflectance by the integrated glittering material is approximately calculate. Then, assuming that the drawing area S includes four integrated glitter materials, the reflectance of each integrated glitter material is calculated (approximately).

具体的に、反射率計算部132は、(2)式により求めた近似的な表面粗さσ’、及び(3)式により求めた近似的な鏡面反射係数ks’を用いて、近似的な反射率を計算する。これにより、反射率計算部132は、マクロ視点において膨大な個数の光輝材21のそれぞれの反射特性を合成する計算を繰り返し行うことなく、ミクロ視点である場合と同じ要領で、マクロ視点における複数の光輝材による反射率を近似的に算出することができる。したがって、マクロ視点であっても、計算時間を増大させることなく、光輝感を近似的に表現することが可能となる。 Specifically, the reflectance calculator 132 uses the approximate surface roughness σ′ obtained by the equation (2) and the approximate specular reflection coefficient ks′ obtained by the equation (3) to obtain an approximate Calculate reflectance. As a result, the reflectance calculation unit 132 does not repeat calculations for synthesizing the reflection characteristics of a huge number of glittering materials 21 from the macro viewpoint, but performs a plurality of The reflectance of the glitter material can be approximately calculated. Therefore, even from a macro viewpoint, it is possible to approximate the feeling of brightness without increasing the calculation time.

図1の説明に戻り、入射光計算部133は、入射光を計算する。入射光計算部133は、物体形状情報120から描画画素の位置座標(座標データP)を取得する。入射光計算部133は、光源情報カメラ情報123から描画に用いる光源の位置座標(光源座標位置P)、及び光源の強度(光源強度I)を取得する。また、入射光計算部133は、表面下法線計算部131によって計算された表面下法線ベクトルnを取得する。入射光計算部133は、取得した情報を用いて、光源から物体表面下の光輝材21に対して入射される光の放射照度Eiを計算する。例えば、入射光計算部133は、光源が点光源であった場合には、以下の(4)式を用いて、光の放射照度Eiを算出する。(4)式において、Eiは光の放射照度であり、Iは光源強度である。また、dは光源と画素までの距離であり、θiは描画の対象とする光輝材21の表面下法線ベクトルnと、入射される入射光とのなす角度である。 Returning to the description of FIG. 1, the incident light calculator 133 calculates incident light. The incident light calculator 133 acquires the position coordinates (coordinate data P O ) of the drawing pixels from the object shape information 120 . The incident light calculator 133 acquires the position coordinates of the light source (light source coordinate position P L ) and the intensity of the light source (light source intensity I L ) used for drawing from the light source information camera information 123 . The incident light calculator 133 also obtains the subsurface normal vector n s calculated by the subsurface normal calculator 131 . The incident light calculator 133 uses the acquired information to calculate the irradiance Ei of light incident on the glitter material 21 under the surface of the object from the light source. For example, when the light source is a point light source, the incident light calculator 133 calculates the light irradiance Ei using the following equation (4). In equation (4), Ei is the light irradiance and IL is the light source intensity. Also, dL is the distance between the light source and the pixel, and θi is the angle between the normal vector ns under the surface of the luster material 21 to be drawn and the incident light.

Figure 2022119427000005
Figure 2022119427000005

鏡面反射光計算部134は、描画画素に含まれる光輝材21による鏡面の反射光成分を計算する。鏡面反射光計算部134は、反射率ρに、放射照度Eiを乗算することにより光輝材21による放射輝度Iを、反射光成分として計算する。鏡面反射光計算部134は、反射率ρとして、反射率計算部132によって計算された値を用いる。鏡面反射光計算部134は、放射照度Eiとして、入射光計算部133によって計算された値を用いる。 The specular reflected light calculation unit 134 calculates the reflected light component of the specular surface of the glitter material 21 included in the drawing pixel. The specular reflected light calculator 134 multiplies the reflectance ρ s by the irradiance Ei to calculate the radiance I s from the glitter material 21 as a reflected light component. The specular reflected light calculator 134 uses the value calculated by the reflectance calculator 132 as the reflectance ρs . The specular reflected light calculator 134 uses the value calculated by the incident light calculator 133 as the irradiance Ei.

光輝感加算部135は、描画画素に含まれる光輝材21による光輝感を合成する。具体的に、光輝感加算部135は、描画する対象とする塗装20において、所定面積ΔSに含まれるN個分の光輝材21の反射光成分(放射輝度I)を足し合わせた値を、塗装を表現する画素における表示色とする。 The glitter adding unit 135 synthesizes the glitter by the glitter material 21 included in the drawing pixel. Specifically, the glitter adding unit 135 calculates the sum of the reflected light components (radiance I s ) of the N glittering materials 21 included in the predetermined area ΔS in the painting 20 to be drawn. This is the display color of the pixel that expresses painting.

これにより、塗装を表現する全ての画素において、描画面積Sの大きさに関わらず、N個の光輝材21のそれぞれの反射光成分(放射輝度I)が含まれた光輝感が表現されることとなる。しかも、描画面積Sの大きさが大きくなる程、光輝材21の反射ローブの幅が広くなるように近似しているため、マクロ視点の物体を描画する場合であっても、計算時間の増大を抑制しつつ、より実際の見た目に近い光輝感を表現することが可能である。 As a result, regardless of the size of the drawing area S, all the pixels that express the painting express a feeling of brilliance that includes the respective reflected light components (radiance I s ) of the N luminous materials 21. It will happen. Moreover, since the approximation is such that the width of the reflection lobe of the glittering material 21 increases as the size of the drawing area S increases, even when drawing an object from a macro viewpoint, an increase in calculation time can be avoided. While suppressing it, it is possible to express a feeling of brightness closer to the actual appearance.

CG表示部14は、描画する画像における全ての画素において計算された塗装色(表示色)をCGとして表示する。CG表示部14は、「出力部」の一例である。 The CG display unit 14 displays, as CG, paint colors (display colors) calculated for all pixels in the image to be drawn. The CG display section 14 is an example of an "output section".

ここで、表示装置1が光輝感を表現する処理の動作例を、図8を用いて説明する。図8は、本実施形態の表示装置1が行う処理の流れを示すフローチャートである。以下では、ある画素における塗装の光輝感を、その画素の表示色として計算する処理の流れを説明する。 Here, an operation example of processing for expressing the sense of brightness by the display device 1 will be described with reference to FIG. 8 . FIG. 8 is a flow chart showing the flow of processing performed by the display device 1 of this embodiment. The flow of processing for calculating the brightness of paint in a certain pixel as the display color of that pixel will be described below.

ステップS1:
表示装置1は、物体形状情報120より、描画画素に対応する物体のポリゴン情報として、ポリゴンの位置座標、及びポリゴンの法線nを取得する。
Step S1:
From the object shape information 120, the display device 1 acquires the position coordinates of the polygon and the normal line n0 of the polygon as the polygon information of the object corresponding to the drawing pixel.

ステップS2:
表示装置1は、光源情報カメラ情報123より、物体を照明する光源情報およびカメラの位置情報を取得する。
Step S2:
The display device 1 acquires the light source information for illuminating the object and the position information of the camera from the light source information camera information 123 .

ステップS3:
表示装置1は、塗装情報121より、描画画素に対応する塗装20の情報として、所定面積ΔS、所定面積ΔSに含まれる光輝材21の個数N、及びそれぞれの光輝材21における表面下法線の分散sを取得する。
Step S3:
From the painting information 121, the display device 1 obtains the predetermined area ΔS, the number N of the glittering materials 21 included in the predetermined area ΔS, and the normal lines under the surfaces of the glittering materials 21 as the information of the painting 20 corresponding to the drawing pixel. Get the variance s2 .

ステップS4:
表示装置1は、光輝材情報122より、描画画素に対応する塗装20に含まれる光輝材21に関する情報として、光輝材1個における鏡面反射係数k、及び表面粗さσを取得する。表示装置1は、変数mを初期化し、変数m=0(ゼロ)とする。
Step S4:
From the glitter material information 122, the display device 1 acquires the specular reflection coefficient k s and the surface roughness σ 2 of one glitter material as information on the glitter material 21 contained in the painting 20 corresponding to the drawing pixel. The display device 1 initializes the variable m to 0 (zero).

ステップS5:
表示装置1は、変数mが個数Nより大きいか否かを判定する。個数Nは、所定面積ΔSに含まれる光輝材21の個数であり、塗装情報121に記憶される情報である。表示装置1は、変数mが個数Nより小さい場合にはステップS6に進む。すなわち、表示装置1は、以下のステップS6からステップ9を、個数Nだけ繰り返す。
Step S5:
The display device 1 determines whether or not the variable m is greater than the number N. The number N is the number of glittering materials 21 included in the predetermined area ΔS, and is information stored in the coating information 121 . When the variable m is smaller than the number N, the display device 1 proceeds to step S6. That is, the display device 1 repeats the following steps S6 to S9 by the number N.

ステップS6:
表示装置1は、塗装情報121として取得した、光輝材21の表面下法線における分散情報を用いて、ガウス分布関数によって決定される、光輝材21のそれぞれの表面下法線を計算する。
Step S6:
The display device 1 uses the dispersion information of the normal under the surface of the glitter material 21 acquired as the coating information 121 to calculate the normal under the surface of the glitter material 21 determined by the Gaussian distribution function.

ステップS7:
表示装置1は、ステップS6によって計算した光輝材21のそれぞれの表面下法線、光源情報カメラ情報123から取得した光源及びカメラの方向、光輝材情報122、及び描画画素における描画面積Sから、描画画素において描画する1個の光輝材による反射率(鏡面反射係数)を計算する。
Step S7:
The display device 1 draws from the normal under the surface of each glitter material 21 calculated in step S6, the light source and camera direction obtained from the light source information camera information 123, the glitter material information 122, and the drawing area S in the drawing pixel. Calculate the reflectance (specular reflection coefficient) by one glitter material drawn in a pixel.

この場合において、表示装置1は、描画面積Sと、予め設定された所定面積ΔSとの比を用いて、描画面積Sに含まれる光輝材21の個数を、所定面積ΔSに含まれる光輝材の個数と同数とみなした場合における光輝材の反射特性を近似的に算出し、近似的に算出した反射特性を用いて、光輝材の反射率を計算する。 In this case, the display device 1 calculates the number of glittering materials 21 included in the drawing area S by using the ratio of the drawing area S to the preset predetermined area ΔS. The reflectivity of the luster material is calculated approximately when the number is considered to be the same as the number, and the reflectance of the luster material is calculated using the approximately calculated reflection properties.

ステップS8:
表示装置1は、描画画素において光輝材に入射する光の強度を計算する。
Step S8:
The display device 1 calculates the intensity of light incident on the glitter material in the drawing pixel.

ステップS9:
表示装置1は、ステップS7により取得した鏡面反射係数、及びステップS8で計算した入射光強度から、描画画素における1個の光輝材から放たれる放射輝度Iを、光輝材の鏡面における反射光成分として計算する。
Step S9:
Based on the specular reflection coefficient obtained in step S7 and the incident light intensity calculated in step S8, the display device 1 calculates the radiance I s emitted from one glitter material in the drawing pixel as reflected light on the mirror surface of the glitter material. Calculate as a component.

ステップS10:
表示装置1は、変数mをインクリメントし、ステップS5に示す処理に戻る。表示装置1は、ステップS5において、表示装置1は、変数mが個数Nより大きい場合にはステップS11に進む。
Step S10:
The display device 1 increments the variable m and returns to the process shown in step S5. If the variable m is greater than the number N in step S5, the display device 1 proceeds to step S11.

ステップS11:
表示装置1は、ステップS6~S10を繰り返すごとに算出したN個の光輝材それぞれにおける反射光成分(放射輝度I)を足し合わせた値を、描画画素の表示色とする。
Step S11:
The display device 1 sets the value obtained by adding the reflected light component (radiance I s ) of each of the N glittering materials calculated each time steps S6 to S10 are repeated as the display color of the drawing pixel.

上述したフローチャートでは、N個分の放射輝度Iを計算した後に、それぞれの放射輝度Iを足し合わせる場合を例示して説明したが、これに限定されることはない。放射輝度Iを計算する度に、計算した放射輝度Iを足し合わせる処理をN回じっしすることにより表示色が算出されるようにしてもよい。 In the flowchart described above, the case where the respective radiances I s are added after calculating the radiances I s for N pieces has been exemplified and explained, but the present invention is not limited to this. The display color may be calculated by performing the process of adding the calculated radiance I s N times each time the radiance I s is calculated.

以上説明したように、実施形態の表示装置1は、取得部130と、表面下法線計算部131と、反射率計算部132と、入射光計算部133と、鏡面反射光計算部134と、光輝感加算部135と、CG表示部14とを備える。取得部130は、物体形状情報120、塗装情報121、光輝材情報122、及び光源情報カメラ情報123を取得する。表面下法線計算部131は、塗装情報121の表面下法線の分布度合、及び物体形状情報120を用いて、所定面積ΔSに含まれる光輝材21の表面下法線を計算する。反射率計算部132は、光輝材情報122、及び表面下法線計算部131により計算された表面下法線を用いて、光輝材21の反射率を計算する。反射率は、光源及び視線方向を変数とする。反射率計算部132は、距離dに応じて光輝材21の反射率を計算する。距離dはカメラの視点位置から物体までの視点距離である。入射光計算部133は、光源情報を用いて、描画画素に対する入射光を計算する。鏡面反射光計算部134は、反射率計算部132により計算された反射率、入射光計算部133により計算された入射光、及びカメラ情報を用いて、描画画素に描画する光輝材21の反射光成分を計算する。光輝感加算部135は、鏡面反射光計算部134により計算された反射光成分を、描画画素に含める光輝材の個数分足し合わせて、描画画素の表示色を計算する。CG表示部14は、光輝感加算部135により計算された画素ごとの表示色を出力(表示)する。これにより、実施形態の表示装置1では、視点距離に応じて光輝材21の反射率を計算することができ、視点距離に応じた適切な分解能で物体を表現するような反射率を算出することが可能となる。したがって、マクロ視点であっても、少ない計算量により効率的に光輝感を表現することができる。 As described above, the display device 1 of the embodiment includes the acquisition unit 130, the subsurface normal calculation unit 131, the reflectance calculation unit 132, the incident light calculation unit 133, the specular reflection light calculation unit 134, A brightness addition unit 135 and a CG display unit 14 are provided. The acquisition unit 130 acquires object shape information 120 , painting information 121 , glitter material information 122 , and light source information camera information 123 . The subsurface normal calculation unit 131 uses the subsurface normal distribution degree of the painting information 121 and the object shape information 120 to calculate the subsurface normal of the glitter 21 included in the predetermined area ΔS. The reflectance calculator 132 calculates the reflectance of the glitter material 21 using the glitter material information 122 and the subsurface normal calculated by the subsurface normal calculator 131 . Reflectance is variable with light source and viewing direction. The reflectance calculator 132 calculates the reflectance of the glitter material 21 according to the distance d. The distance d is the viewpoint distance from the viewpoint position of the camera to the object. The incident light calculator 133 uses the light source information to calculate the incident light for the drawing pixels. The specular reflected light calculation unit 134 uses the reflectance calculated by the reflectance calculation unit 132, the incident light calculated by the incident light calculation unit 133, and the camera information to calculate the reflected light of the glitter material 21 to be drawn on the drawing pixel. Calculate the ingredients. The brightness addition unit 135 adds the reflected light components calculated by the specular reflection calculation unit 134 by the number of the brightness materials included in the drawing pixel to calculate the display color of the drawing pixel. The CG display unit 14 outputs (displays) the display color for each pixel calculated by the brightness adding unit 135 . Thus, in the display device 1 of the embodiment, the reflectance of the glitter material 21 can be calculated according to the viewpoint distance, and the reflectance can be calculated so as to express the object with an appropriate resolution according to the viewpoint distance. becomes possible. Therefore, even from a macro viewpoint, it is possible to efficiently express the feeling of brilliance with a small amount of calculation.

また、実施形態の表示装置1では、反射率計算部132は、マクロ視点における描画面積に含まれる光輝材21の個数が、ミクロ視点における描画面積に含まれる光輝材21の個数と同数となるように、複数の光輝材21を統合した統合光輝材がマクロ視点における描画面積に含まれるとする。反射率計算部132は、光輝材21の反射特性、マクロ視点における描画面積とミクロ視点における描画面積との比に基づいて、統合光輝材における反射光成分を計算する。これにより、実施形態の表示装置1では、マクロ視点であっても、ミクロ視点と同等の計算により表示色を計算することができる。しかも、統合光輝材における反射光成分を、統合前の個々の光輝材21の反射特性と面積比(S/ΔS)に基づいて計算することができるため、マクロ視点における反射特性を、視点距離に応じた特性となるように計算することが可能である。したがって、マクロ視点であっても、少ない計算量により効率的に光輝感を表現することができる。 In addition, in the display device 1 of the embodiment, the reflectance calculation unit 132 is configured so that the number of glittering materials 21 included in the drawing area from the macro viewpoint is the same as the number of glittering materials 21 included in the drawing area from the microscopic viewpoint. In addition, it is assumed that an integrated glittering material obtained by integrating a plurality of glittering materials 21 is included in the drawing area in the macro viewpoint. The reflectance calculator 132 calculates the reflected light component of the integrated glitter material based on the reflection characteristics of the glitter material 21 and the ratio of the drawing area in the macro viewpoint and the drawing area in the micro viewpoint. Accordingly, in the display device 1 of the embodiment, the display color can be calculated by the calculation equivalent to that for the micro viewpoint even from the macro viewpoint. Moreover, since the reflected light component in the integrated glittering material can be calculated based on the reflection characteristics and the area ratio (S/ΔS) of the individual glittering materials 21 before integration, the reflection characteristics at the macro viewpoint can be adjusted to the viewpoint distance. It is possible to calculate so as to have the corresponding characteristics. Therefore, even from a macro viewpoint, it is possible to efficiently express the feeling of brightness with a small amount of calculation.

また、実施形態の表示装置1では、反射率計算部132は、描画面積Sに応じて、光輝材21の反射光における、視線角度に応じた放射輝度の広がりを制御する。これにより、実施形態の表示装置1では、描画面積Sに応じた反射率を計算することができる。したがって、上述した効果と同等の効果を奏する。 In addition, in the display device 1 of the embodiment, the reflectance calculator 132 controls the spread of the radiance of the light reflected by the glitter material 21 according to the line-of-sight angle. Thereby, the display device 1 of the embodiment can calculate the reflectance according to the drawing area S. FIG. Therefore, the same effects as those described above can be obtained.

また、実施形態の表示装置1では、反射率計算部132は、描画面積Sに応じて、光輝材情報122における光輝材21の表面粗さσを変化させることにより、光輝材21の反射光における視線角度に応じた放射輝度の広がりを制御する。これにより、実施形態の表示装置1では、描画面積Sに応じた表面粗さσを計算することにより、反射率を計算することができる。したがって、上述した効果と同等の効果を奏する。 In addition, in the display device 1 of the embodiment, the reflectance calculation unit 132 changes the surface roughness σ2 of the glitter material 21 in the glitter material information 122 according to the drawing area S, so that the reflected light of the glitter material 21 is controls the spread of radiance as a function of line-of-sight angle. Accordingly, in the display device 1 of the embodiment, the reflectance can be calculated by calculating the surface roughness σ 2 according to the drawing area S. Therefore, the same effects as those described above can be obtained.

また、実施形態の表示装置1では、反射率計算部132は、描画面積Sに含まれる光輝材21の個数が、所定面積ΔSに含まれる光輝材21の個数と同数とする。これにより、実施形態の表示装置1では、描画面積Sに関わらず、所定面積ΔSの物体を描画する場合と同様な計算量にて、表示色を計算することができる。 In addition, in the display device 1 of the embodiment, the reflectance calculator 132 sets the number of glittering materials 21 included in the drawing area S to be the same as the number of glittering materials 21 included in the predetermined area ΔS. Thus, in the display device 1 of the embodiment, regardless of the drawing area S, the display color can be calculated with the same amount of calculation as when drawing an object with a predetermined area ΔS.

また、実施形態の表示装置1では、反射率計算部132は、描画面積Sに含まれる光輝材21の個数が、予め定められた所定面積ΔSに含まれる光輝材21の個数と同数となるように、複数の光輝材21を統合した統合光輝材が描画面積Sに含まれると仮定する。反射率計算部132は、光輝材21の表面粗さσに対する統合光輝材の表面粗さσ’の比が、所定面積ΔSに対する描画面積Sの比と同じ比率となるように、統合光輝材の表面粗さσ’を決定する。これにより、実施形態の表示装置1では、描画面積Sに応じて、適切な統合光輝材の表面粗さσ’を決定することができる。 In addition, in the display device 1 of the embodiment, the reflectance calculation unit 132 makes the number of the glittering materials 21 included in the drawing area S equal to the number of the glittering materials 21 included in the predetermined area ΔS. Furthermore, it is assumed that the drawing area S includes an integrated glittering material obtained by integrating a plurality of glittering materials 21 . The reflectance calculator 132 calculates the integrated brightness so that the ratio of the surface roughness σ′2 of the integrated brightness material to the surface roughness σ2 of the brightness material 21 is the same as the ratio of the drawing area S to the predetermined area ΔS. Determine the surface roughness σ' 2 of the material. Accordingly, in the display device 1 of the embodiment, it is possible to determine an appropriate surface roughness σ′ 2 of the integrated glitter material according to the drawing area S.

上述した実施形態では、塗装を表現する1つの画素における光輝感を表現する際に、画素の描画面積Sと予め設定された所定面積ΔSとの比を用いて反射光を計算するようにした。これにより、視点距離に応じた光輝感を表現することができる。特に、本実施形態では、マクロ視点において膨大な数の光輝材からの反射光を計算する必要がなく、ミクロ視点と同等に、高速に光輝感を表現することが可能である。 In the above-described embodiment, when expressing the feeling of brightness in one pixel expressing painting, the reflected light is calculated using the ratio of the drawing area S of the pixel and the preset predetermined area ΔS. As a result, it is possible to express a sense of brilliance according to the viewpoint distance. In particular, in the present embodiment, it is possible to express the feeling of brightness at a high speed in the same manner as in the micro-viewpoint without the need to calculate reflected light from a huge number of glittering materials from the macro-viewpoint.

また、上述した実施形態においては、光輝感の表現を中心として記述した。しかし、もちろん塗装では、最も上層のクリアコート層表面における鏡面反射や、下層部の顔料層における拡散反射も発生する。こうした層におけるそれぞれの反射光を、別途計算してCG表示部14において足し合わせることで、より複雑な塗装色として表現することも想定される。 Further, in the above-described embodiments, the description has focused on the representation of the feeling of brilliance. However, of course, in painting, specular reflection occurs on the surface of the uppermost clear coat layer and diffuse reflection occurs on the lower pigment layer. It is conceivable that the reflected light from each of these layers may be separately calculated and added together in the CG display unit 14 to express a more complicated paint color.

また、上述した実施形態において、表面粗さσ’、及び鏡面反射係数ks’は、所定面積ΔSと描画面積Sとの比を用いて計算されている。他にも、ある解像度に対する視点距離の関係から、上記のパラメータ(表面粗さσ’、及び鏡面反射係数ks’)を変更したり補正したりすることも考えられる。 Further, in the above-described embodiment, the surface roughness σ' 2 and the specular reflection coefficient ks' are calculated using the ratio of the predetermined area ΔS and the drawing area S. In addition, it is conceivable to change or correct the above parameters (surface roughness σ′ 2 and specular reflection coefficient ks′) based on the relationship of viewpoint distance to a certain resolution.

また、上述した実施形態において、鏡面反射係数ks、ks’、表面粗さσ、σ’などのパラメータが、RGBの各色で設定されてもよい。これにより、光輝材21の色を表現することができる。 Further, in the above-described embodiment, parameters such as specular reflection coefficients ks, ks', surface roughness σ 2 , σ' 2 may be set for each color of RGB. Thereby, the color of the luster material 21 can be expressed.

また、上述した実施形態では、鏡面反射光計算部134により個々の光輝材21における放射輝度I(鏡面反射放射輝度)を計算した後に、光輝感加算部135において放射輝度Iの足し合わせを実施している。しかし、反射率計算部132により計算された各光輝材21における反射率を事前に足し合わせてから、鏡面反射光計算部134によりカメラ方向に対する鏡面反射光を計算してもよい。 In the above-described embodiment, after the radiance I s (specular reflection radiance) of each glittering material 21 is calculated by the specular reflection calculation unit 134, the radiance I s is added by the glitter adding unit 135. are being implemented. However, the reflectance of each glitter material 21 calculated by the reflectance calculator 132 may be added in advance, and then the specular reflected light calculator 134 may calculate the specular reflected light in the direction of the camera.

また、上述した実施形態では、反射特性を推定する場合に用いる反射モデルが、Wardモデルである場合を例示して説明した。しかしながらこれに限定されない。Wardモデルに限らず、如何なるモデルを用いて反射特性が推定されてもよい。例えば、Cook-Torranceのような金属反射に適したモデルを採用し、アルミフレークのような光輝感を表現するようにしてもよい。 Further, in the above-described embodiment, the case where the reflection model used when estimating the reflection characteristics is the Ward model has been exemplified and explained. However, it is not limited to this. Any model other than the Ward model may be used to estimate the reflection characteristics. For example, a model suitable for metallic reflection, such as Cook-Torrance, may be employed to express the luster of aluminum flakes.

上述した実施形態における表示装置1の全部または一部をコンピュータで実現するようにしてもよい。その場合、この機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することによって実現してもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、OSや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ROM、CD-ROM等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含んでもよい。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよく、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよく、FPGA等のプログラマブルロジックデバイスを用いて実現されるものであってもよい。 All or part of the display device 1 in the above-described embodiments may be realized by a computer. In that case, a program for realizing this function may be recorded in a computer-readable recording medium, and the program recorded in this recording medium may be read into a computer system and executed. It should be noted that the "computer system" referred to here includes hardware such as an OS and peripheral devices. The term "computer-readable recording medium" refers to portable media such as flexible discs, magneto-optical discs, ROMs and CD-ROMs, and storage devices such as hard discs incorporated in computer systems. Furthermore, "computer-readable recording medium" means a medium that dynamically retains a program for a short period of time, like a communication line when transmitting a program via a network such as the Internet or a communication line such as a telephone line. It may also include something that holds the program for a certain period of time, such as a volatile memory inside a computer system that serves as a server or client in that case. Further, the program may be for realizing a part of the functions described above, or may be capable of realizing the functions described above in combination with a program already recorded in the computer system. It may be implemented using a programmable logic device such as FPGA.

以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。 Although the embodiment of the present invention has been described in detail with reference to the drawings, the specific configuration is not limited to this embodiment, and design and the like are included within the scope of the gist of the present invention.

1…表示装置(計算装置)、11…通信部、12…記憶部、13…制御部、120…物体形状情報、121…塗装情報、122…光輝材情報、130…取得部、131…表面下法線計算部、132…反射率計算部、133…入射光計算部、134…鏡面反射光計算部、135…光輝感加算部、14…CG表示部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Display apparatus (calculation apparatus), 11... Communication part, 12... Storage part, 13... Control part, 120... Object shape information, 121... Paint information, 122... Luster material information, 130... Acquisition part, 131... Under surface Normal calculation unit 132 Reflectance calculation unit 133 Incident light calculation unit 134 Specular reflection calculation unit 135 Brilliance addition unit 14 CG display unit

Claims (9)

光輝材を含む物体における光輝感をコンピュータグラフィックスにより表現する画像の表示色を計算する計算装置であり、
前記物体の形状を示す物体形状情報、前記物体を照明する光源を示す光源情報、前記物体を仮想的に撮像するカメラに関するカメラ情報、所定面積に含まれる前記光輝材の個数と前記光輝材のそれぞれの表面下法線の分布度合とを示す塗装情報、及び前記光輝材による反射特性を示す光輝材情報を取得する取得部と、
前記表面下法線の分布度合及び前記物体形状情報を用いて、前記所定面積に含まれる光輝材の表面下法線を計算する表面下法線計算部と、
前記光輝材情報、及び表面下法線計算部により計算された前記表面下法線を用いて、光源及び視線方向を変数とした光輝材の反射率を、前記カメラの視点位置から前記物体までの視点距離に応じて、計算する反射率計算部と、
前記光源情報を用いて、描画する対象となる描画画素に対する入射光を計算する入射光計算部と、
前記反射率計算部により計算された反射率、前記入射光計算部により計算された入射光、及び前記カメラ情報を用いて、前記描画画素に描画する前記光輝材の反射光成分を計算する鏡面反射光計算部と、
前記鏡面反射光計算部により計算された前記反射光成分を、前記描画画素に含める前記光輝材の個数分足し合わせて、前記描画画素の表示色を計算する光輝感加算部と、
前記光輝感加算部により計算された画素ごとの前記表示色を出力する出力部と、
を備える計算装置。
A computing device for calculating the display color of an image that expresses the feeling of glitter in an object containing a glitter material by computer graphics,
Object shape information indicating the shape of the object, light source information indicating a light source for illuminating the object, camera information regarding a camera for virtually imaging the object, the number of the glittering materials contained in a predetermined area, and the glittering materials, respectively. an acquisition unit that acquires coating information indicating the degree of distribution of normals under the surface of and luster material information indicating the reflection characteristics of the luster material;
a subsurface normal calculation unit that calculates the subsurface normal of the luster material included in the predetermined area using the distribution degree of the subsurface normal and the object shape information;
Using the glitter material information and the subsurface normal calculated by the subsurface normal calculation unit, the reflectance of the glitter material with the light source and line of sight as variables is calculated from the viewpoint position of the camera to the object. a reflectance calculation unit that calculates according to the viewpoint distance;
an incident light calculation unit that calculates incident light for a drawing pixel to be drawn using the light source information;
specular reflection for calculating the reflected light component of the glittering material to be drawn in the drawing pixel using the reflectance calculated by the reflectance calculator, the incident light calculated by the incident light calculator, and the camera information; an optical calculation unit;
a brightness addition unit that calculates the display color of the drawing pixel by adding the reflected light components calculated by the specular reflection calculation unit by the number of the glitter materials included in the drawing pixel;
an output unit that outputs the display color for each pixel calculated by the brightness addition unit;
A computing device comprising
前記反射率計算部は、前記視点距離が大きいマクロ視点における前記描画画素において描画する前記物体の描画面積に含まれる前記光輝材の個数が、前記視点距離が小さいミクロ視点における前記描画面積に含まれる前記光輝材の個数と同数となるように、複数の前記光輝材を統合した統合光輝材が前記マクロ視点における前記描画面積に含まれるとし、前記光輝材の反射特性、及び前記マクロ視点における前記描画面積と前記ミクロ視点における前記描画面積との比に基づいて、前記統合光輝材における反射率を計算する、
請求項1に記載の計算装置。
The reflectance calculation unit determines that the number of the glittering materials included in the drawing area of the object drawn in the drawing pixel at the macro viewpoint with the large viewpoint distance is included in the drawing area at the micro viewpoint with the small viewpoint distance. Assume that an integrated glittering material obtained by integrating a plurality of glittering materials is included in the drawing area in the macro viewpoint so that the number of the glittering materials is the same as the number of the glittering materials, and the reflection characteristics of the glittering material and the drawing in the macro viewpoint calculating the reflectance in the integrated glitter based on the ratio of the area to the drawing area in the micro perspective;
2. The computing device of claim 1.
前記光輝材情報は、鏡面反射モデルにおける前記光輝材の鏡面反射係数、及び前記光輝材の表面粗さを示す情報である、
請求項1又は請求項2に記載の計算装置。
The glitter material information is information indicating the specular reflection coefficient of the glitter material in the specular reflection model and the surface roughness of the glitter material.
3. A computing device according to claim 1 or claim 2.
前記表面下法線計算部は、塗装情報として、正規分布に従った分散を示す情報を、前記光輝材の表面下法線のばらつき度合として取得し、前記分散を用いて前記光輝材の法線を計算し、
前記正規分布は、前記描画画素に描画する物体における表面法線を中心とする前記分散にて示されるばらつきを持ち、前記表面法線に対する天頂角が平均0となる分布である、
請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の計算装置。
The subsurface normal calculation unit acquires, as coating information, information indicating dispersion according to a normal distribution as the degree of variation of the subsurface normal of the glitter material, and uses the dispersion to determine the normal line of the glitter material. to calculate
The normal distribution is a distribution that has a variation represented by the variance centered on the surface normal of the object to be drawn on the drawing pixels, and the zenith angle with respect to the surface normal is 0 on average.
4. A computing device according to any one of claims 1 to 3.
前記反射率計算部は、前記描画画素において描画する前記物体の描画面積に応じて、前記光輝材の反射光における視線角度に応じた放射輝度の広がりを制御する、
請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の計算装置。
The reflectance calculation unit controls the spread of radiance according to the line-of-sight angle in the reflected light of the glitter material according to the drawing area of the object drawn in the drawing pixels.
5. A computing device according to any one of claims 1 to 4.
前記反射率計算部は、前記描画画素における描画する前記物体の描画面積に応じて、前記光輝材情報における前記光輝材の表面粗さを変化させることにより、前記光輝材の反射光における視線角度に応じた放射輝度の広がりを制御する、
請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の計算装置。
The reflectance calculation unit changes the surface roughness of the glitter material in the glitter material information according to the drawing area of the object to be drawn in the drawing pixels, thereby changing the line-of-sight angle of the reflected light of the glitter material. controls the spread of radiance according to
A computing device according to any one of claims 1 to 5.
前記反射率計算部は、前記描画画素において描画する前記物体の描画面積に含まれる前記光輝材の個数が、予め定められた所定面積に含まれる前記光輝材の個数と同数となるように、複数の前記光輝材を統合した統合光輝材が前記描画面積に含まれるとし、前記光輝材の表面粗さに対する前記統合光輝材の表面粗さの比が、前記所定面積に対する前記描画面積の比と同じ比率となるように、前記統合光輝材の表面粗さを決定する、
請求項1から請求項6のいずれか一項に記載の計算装置。
The reflectance calculation unit calculates a number of the glitter materials so that the number of the glitter materials included in the drawing area of the object drawn in the drawing pixels is the same as the number of the glitter materials included in a predetermined area. is included in the drawing area, and the ratio of the surface roughness of the integrated glitter material to the surface roughness of the glitter material is the same as the ratio of the drawing area to the predetermined area Determining the surface roughness of the integrated glitter material so that the ratio is
7. A computing device according to any one of claims 1-6.
光輝材を含む物体における光輝感をコンピュータグラフィックスにより表現する画像の表示色を計算するコンピュータ装置が行う計算方法であり、
取得部が、前記物体の形状を示す物体形状情報、前記物体を照明する光源を示す光源情報、前記物体を仮想的に撮像するカメラに関するカメラ情報、所定面積に含まれる前記光輝材の個数と前記光輝材のそれぞれの表面下法線の分布度合とを示す塗装情報、及び前記光輝材による反射特性を示す光輝材情報を取得し、
表面下法線計算部が、前記表面下法線の分布度合及び前記物体形状情報を用いて、前記所定面積に含まれる光輝材の表面下法線を計算し、
反射率計算部が、前記光輝材情報、及び表面下法線計算部により計算された前記表面下法線を用いて、光源及び視線方向を変数とした光輝材の反射率を、前記カメラの視点位置から前記物体までの視点距離に応じて、計算し、
入射光計算部が、前記光源情報を用いて、描画する対象となる描画画素に対する入射光を計算し、
鏡面反射光計算部が、前記反射率計算部により計算された反射率、前記入射光計算部により計算された入射光、及び前記カメラ情報を用いて、前記描画画素に描画する前記光輝材の反射光成分を計算し、
光輝感加算部が、前記鏡面反射光計算部により計算された前記反射光成分を、前記描画画素に含める前記光輝材の個数分足し合わせて、前記描画画素の表示色を計算し、
出力部が、前記光輝感加算部により計算された画素ごとの前記表示色を出力する、
計算方法。
A calculation method performed by a computer device for calculating the display color of an image that expresses the feeling of glitter in an object containing a glitter material by computer graphics,
An acquisition unit obtains object shape information indicating the shape of the object, light source information indicating a light source that illuminates the object, camera information regarding a camera that virtually captures the object, the number of the glittering materials included in a predetermined area, and the Acquiring painting information indicating the degree of distribution of normals under the surface of each of the glittering materials, and glittering material information indicating the reflection characteristics of the glittering materials,
a subsurface normal calculation unit, using the distribution degree of the subsurface normal and the object shape information, calculates the subsurface normal of the glitter material included in the predetermined area;
A reflectance calculation unit uses the glitter material information and the subsurface normal calculated by the subsurface normal calculation unit to calculate the reflectance of the glitter material with the light source and line of sight as variables from the viewpoint of the camera. According to the viewpoint distance from the position to said object, calculate
an incident light calculation unit, using the light source information, calculates incident light for a drawing pixel to be drawn;
A specular reflected light calculation unit uses the reflectance calculated by the reflectance calculation unit, the incident light calculated by the incident light calculation unit, and the camera information to calculate the reflection of the glitter material to be drawn on the drawing pixels. Calculate the light component,
a glitter addition unit adds the reflected light components calculated by the specular reflection light calculation unit by the number of the glitter materials included in the drawing pixel to calculate the display color of the drawing pixel;
An output unit outputs the display color for each pixel calculated by the brightness adding unit;
Method of calculation.
光輝材を含む物体における光輝感をコンピュータグラフィックスにより表現する画像の表示色を計算するするコンピュータ装置に、
前記物体の形状を示す物体形状情報、前記物体を照明する光源を示す光源情報、前記物体を仮想的に撮像するカメラに関するカメラ情報、所定面積に含まれる前記光輝材の個数と前記光輝材のそれぞれの表面下法線の分布度合とを示す塗装情報、及び前記光輝材による反射特性を示す光輝材情報を取得する取得工程、
前記表面下法線の分布度合及び前記物体形状情報を用いて、前記所定面積に含まれる光輝材の表面下法線を計算する表面下法線計算工程、
前記光輝材情報、及び表面下法線計算工程により計算された前記表面下法線を用いて、光源及び視線方向を変数とした光輝材の反射率を、前記カメラの視点位置から前記物体までの視点距離に応じて、計算する反射率計算工程、
前記光源情報を用いて、描画する対象となる描画画素に対する入射光を計算する入射光計算工程、
前記反射率計算工程により計算された反射率、前記入射光計算工程により計算された入射光、及び前記カメラ情報を用いて、前記描画画素に描画する前記光輝材の反射光成分を計算する鏡面反射光計算工程、
前記鏡面反射光計算工程により計算された前記反射光成分を、前記描画画素に含める前記光輝材の個数分足し合わせて、前記描画画素の表示色を計算する光輝感加算工程、
前記光輝感加算工程により計算された画素ごとの前記表示色を出力する出力工程、
を実行させるプログラム。
A computer device that calculates the display color of an image that expresses the feeling of glitter in an object containing a glitter material by computer graphics,
Object shape information indicating the shape of the object, light source information indicating a light source for illuminating the object, camera information regarding a camera for virtually imaging the object, the number of the glittering materials contained in a predetermined area, and the glittering materials, respectively. Acquisition step of acquiring coating information indicating the degree of distribution of normals under the surface of and glitter material information indicating the reflection characteristics of the glitter material,
a subsurface normal calculation step of calculating the subsurface normal of the glittering material included in the predetermined area using the distribution degree of the subsurface normal and the object shape information;
Using the glitter material information and the subsurface normal calculated by the subsurface normal calculation step, the reflectance of the glitter material with the light source and line of sight as variables is calculated from the viewpoint position of the camera to the object. a reflectance calculation step of calculating according to the viewpoint distance;
an incident light calculation step of calculating incident light for a drawing pixel to be drawn using the light source information;
Specular reflection for calculating the reflected light component of the glittering material to be drawn on the drawing pixels, using the reflectance calculated by the reflectance calculation step, the incident light calculated by the incident light calculation step, and the camera information. optical calculation process,
a brightness addition step of calculating the display color of the drawing pixel by adding the reflected light components calculated in the specular reflected light calculation step by the number of the glittering materials included in the drawing pixel;
an output step of outputting the display color for each pixel calculated by the brightness adding step;
program to run.
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