JP4569989B2

JP4569989B2 - 木目模様生成方法および木目模様生成システム

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Publication number: JP4569989B2
Application number: JP2000044324A
Authority: JP
Inventors: 直樹河合
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 2000-02-22
Filing date: 2000-02-22
Publication date: 2010-10-27
Anticipated expiration: 2020-02-22
Also published as: JP2001232927A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、天然木材の表面における繊維の潜り角の分布情報を測定し、これを基に樹木内部の流れを定義することで、木目模様を生成する方法およびそのためのシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
壁紙や床材等の建材の表面装飾や、家具の表面装飾のために用いる化粧シートにおいては、天然木材の模様を模した木目柄パターンが広く利用されている。一般に木目柄パターン（木目模様）は、年輪パターンと導管断面パターンとを含んでいる。年輪パターンは、樹木の年ごとの成長に合わせて形成されるパターンである。通常は、樹木の成長環境における寒暖の差に基づいて濃淡の差が生じ、この濃淡の差がそのまま年輪パターンとして現れることになる。従って、１年ごとの周期的な濃淡パターンになる。一方、導管断面パターンは、樹木の導管を切断することによって得られる断面パターンである。導管は、樹木が植物としての生理作用を営むために必要な器官であって、幹から梢に向かって伸びる細い管であり、その断面は細長い楕円状になるのが一般的である。樹木には、代表的なものとしてナラや樫などのように年輪上に導管が配列する環孔材と、桜や松などのように全体に導管が流れを作りながらほぼ均一に分布している散孔材があるが、導管そのものの特性としては、ほぼ同様である。
【０００３】
本出願人は、上述のような木目柄パターンについて、より天然木に近い自然な状態のものを作成するため、天然木の有する木理（導管や繊維など軸方向要素の配向性）の要素を考慮して人為的に作成する手法について発明し、特開平９−３２７９６９号に開示している。
【０００４】
上記の発明では、木目導管パターンを作成するにあたり、上記樹木の構造を模した木理パターンを作成する。まず、図１０に示すような木理モデルを考える。
この木理モデルは基準軸Ａを樹木の成長方向として定義し、この基準軸Ａに沿って導管Ｆを配置したものである。このように基準軸Ａに沿って配置された多数の導管Ｆからなるモデルを基準導管束モデルと呼んでいる。
【０００５】
次に、図１１に示すように、任意の切断面Ｊを定義し、この切断面Ｊで基準導管束モデルを切断すれば、この切断面Ｊ上には、個々の導管Ｆの断面が現れることになる。すなわち、多数の導管断面からなる導管断面パターンが得られる。しかしながら、このような単純なモデルでは、実物の樹木の状態を表現しきれていない。これは、天然木に特有の木理という要素を加味していないためである。一般に木理とは、天然木内の成長輪や構成細胞の配列の状態をさす言葉であり、特に、天然木の導管や繊維など軸方向要素の配向性をさすことが多い。たとえば、実際の天然木の成長方向が基準軸Ａの方向だとすると、天然木内部の導管は全体としてはこの基準軸Ａに沿った方向に伸びているが、部分的にはその配向性にバラツキを生じていることが多い。このような配向性が一般に木理と呼ばれており、配向性の状態により、螺旋木理、波状木理、交錯木理といった名称で呼ばれている。
【０００６】
例えば、図１２左に示すように、基準軸Ａの周囲を螺旋状に取り巻くベクトル場Ｖ１を定義し、図１０に示す基準導管束モデルを構成する個々の導管Ｆを、このベクトル場Ｖ１に沿って歪ませると、図１２右に示すような歪曲導管束モデルが得られる。このような歪曲導管束モデルは、一般に螺旋木理と呼ばれている木理を含んだモデルとなる。
【０００７】
また、螺旋木理を含んだ歪曲導管束モデルにおいて導管Ｆがベクトル場Ｖ１に沿って旋回する代わりに、ｒ＝一定面内で、すなわち樹木の中心から一定の距離を保った状態で波打つようなベクトル場Ｖ２に沿って歪ませることにより、波状木理を含んだ歪曲導管束モデルができる。
【０００８】
このように、三次元空間内において基準軸Ａに対する配向性が部分ごとに異なり、空間内で連続分布し、かつ、連続的に変化するようなベクトル場を定義し、このベクトル場に沿った方向に伸びる多数の導管Ｆを配置すれば、歪曲導管モデルを定義することができる。このような歪曲導管束モデルをコンピュータ上で定義し、これを所定の切断面Ｊで切断すれば、木理の情報を含んだ木目導管断面パターンが得られることになる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記発明では、設定されるパラメータに従って木理パターンが作成され、この木理パターンを基に木目柄パターンを得るため、天然木の有する複雑かつ自然な木目柄パターンを生成するためには、どのようなパラメータを設定するか試行錯誤しなければならず作業負荷が大きい。
【００１０】
上記の点に鑑み、本発明は天然木材の表面における繊維の潜り角の分布情報を測定し、これを基に木理の三次元的なパターン（木理パターン）をモデリングし、この木理パターンを用いて木目導管パターンを抽出することにより、自然な流れを持つ木目模様の生成を行う方法およびそのためのシステムを提供することを課題とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明では、木材表面に対して繊維方向のなす角度を繊維潜り角（ξ）として定義し、天然木材の柾目面における繊維潜り角の分布情報を有限個の測定点において得て、同軸円柱状の構造を有した樹木を仮定し、当該樹木の円柱内における周方向φ、軸方向ｙ、半径方向ｒの位置を円柱座標系（φ，ｙ，ｒ）により表すとともに、前記樹木内の繊維勾配をＧ（φ，ｙ，ｒ）＝ｄφ／ｄｙとして定義し、前記繊維勾配Ｇ（φ，ｙ，ｒ）を、周方向φに関して一定の繊維勾配Ｇ（ｙ，ｒ）で近似して、前記樹木の円柱のｒ−ｙ面における近似による前記繊維勾配Ｇ（ｙ，ｒ）に対し、前記繊維潜り角の分布情報から得られた値を前記有限個の測定点について割り当てるとともに、測定点以外の点について所定の間隔で補間することで、前記繊維勾配Ｇ（ｙ，ｒ）が部分ごとに異なる木理パターンを三次元空間内に定義し、基準面ｙ＝０において多数の導管についてそれぞれ中心座標と半径を定義し、当該基準面に定義された導管を前記木理パターンに沿って軸方向ｙに伸ばすことにより多数の導管を三次元空間内に配置し、前記導管を含んだ木理パターンを所定の切断面によって切断したときに、当該切断面に導管断面の内部と外部で異なる画素値をもった画素を定義し、この画素の集合によって構成されるパターンを木目導管断面パターンとして抽出するようにしたことを特徴とする。請求項１に記載の発明では、天然木材における繊維潜り角の分布情報を取得し、この分布情報に基づいて木理パターンを定義する。このように天然木材が有する繊維の流れの情報をもった木理パターンから所定の面で切断したときの画素の集合を木目導管断面パターンとして抽出するようにしたので、人工的でない自然の風合いを持った木目模様を生成することが可能となる。
【００１２】
請求項２に記載の発明では、木材表面に対して繊維方向のなす角度を繊維潜り角（ξ）として定義し、天然木材の柾目面における繊維潜り角の分布情報を有限個の測定点において測定する繊維潜り角測定手段と、同軸円柱状の構造を有した樹木を仮定し、当該樹木の円柱内における周方向φ、軸方向ｙ、半径方向ｒの位置を円柱座標系（φ，ｙ，ｒ）により表すとともに、前記樹木内の繊維勾配をＧ（φ，ｙ，ｒ）＝ｄφ／ｄｙとして定義し、前記繊維勾配Ｇ（φ，ｙ，ｒ）を、周方向φに関して一定の繊維勾配Ｇ（ｙ，ｒ）で近似して、前記樹木の円柱のｒ−ｙ面における近似による前記繊維勾配Ｇ（ｙ，ｒ）に対し、前記繊維潜り角の分布情報から得られた値を前記有限個の測定点について割り当てるとともに、測定点以外の点について所定の間隔で補間することで、前記繊維勾配Ｇ（ｙ，ｒ）が部分ごとに異なる木理パターンを三次元空間内に定義する木理パターン定義手段と、基準面ｙ＝０において多数の導管についてそれぞれ中心座標と半径を定義し、当該基準面に定義された導管を前記木理パターンに沿って軸方向ｙに伸ばすことにより多数の導管を三次元空間内に配置する属性定義手段と、前記導管を含んだ木理パターンにおける切断面を定義する切断面定義手段と、前記切断面に導管断面の内部と外部で異なる画素値をもった画素を定義し、この画素の集合によって構成されるパターンを木目導管断面パターンとして抽出する木目導管断面パターン抽出手段を有する構成としたことを特徴とする。請求項２に記載の発明では、繊維潜り角測定手段を用いて天然木材における繊維潜り角を測定することにより繊維潜り角の分布情報を取得すると共に、取得した分布情報を用いて木理パターン定義手段により木理の定義を行う。さらに、前記木理パターンを用いて、切断面上の各点について基準面上における対応点を参照し、この対応点の属性に基づいて切断面上の画素値を決定するようにしたので、定義した木理空間内の全てについて画素値を算出する必要がなく、切断面上の画素値だけを算出することが可能になる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。
図１は、本発明による木目模様生成方法の概要を示すフローチャートである。
本発明では、繊維潜り角分布情報の取得（ステップＳ１）、木理パターンの定義（ステップＳ２）、木目導管断面パターンの抽出（ステップＳ３）の各段階を経ることにより、木目模様が生成される。ステップＳ１は、天然木材に照射する照明の角度を変えながら輝度を測定することにより、天然木材における繊維潜り角の分布を算出する段階である。ステップＳ２は、算出された繊維潜り角の分布を用いて、導管の配向性を定義した木理パターンを作成する段階である。ステップＳ３は、木理パターンが定義される三次元空間内に切断面を定義し、その切断面で木理パターンを切断したときにその切断面に与えられる画素値を算出する段階である。
【００１４】
次に、本木目模様生成方法の各段階について詳細に説明する。
（繊維潜り角分布情報の取得）
まず、ステップＳ１の繊維潜り角分布情報の取得について説明する。ステップＳ１では、天然木材上の複数箇所において繊維潜り角を測定することにより、繊維潜り角分布情報を取得する。図２は、ステップＳ１の処理を実行するための繊維潜り角測定装置１０の構成を示すブロック図である。図２は、本座標系をｘ軸負の方向から見た状態であり、図中、１は天然木材（以下、単に木材という）、２は光源、３はカメラ、４は処理装置を示す。
【００１５】
木材１は繊維潜り角を測定する対象物となるものであり、天然の樹木を柾目面で切断したものを用いる。この木材１は樹木の成長方向がｙ軸方向となるように固定して配置される。木材１に正対してカメラ３が配置されている。このカメラ３も固定して配置される。カメラ３は、製版カメラ、ＴＶカメラ、デジタルスチルカメラ等の画像を撮影することができるものであればよい。ここでは理解を容易にするためにデジタルスチルカメラを用いるものとする。なお、ここでは、図に示すようなｘｙｚの直交座標系を定める。また、角度については図２のｙｚ面においてｚ軸を０°として、反時計回りを正とし、時計回りを負とする。
【００１６】
光源２は、できるだけ平行光線を放射するものが望ましい。光線の色は白色光でよい。光源２は複数個（例えば１１個）、ｙ軸に平行でｚ軸を通る線上に配置されている。各光源２ａ〜２ｋ（図示せず）の当該座標系における座標値は処理装置４に登録されており、各光源の点灯、消灯の制御も処理装置４で可能になっている。
【００１７】
処理装置４は、パーソナルコンピュータで実現可能であり、光源２、カメラ３を制御する機能の他、照明角度算出部５、補正輝度値算出部６、補間輝度値算出部７、繊維潜り角決定部８を有する。これらの各部は現実には、処理装置４に搭載した専用のプログラムにより機能する。
【００１８】
次に、図２に示す繊維潜り角測定装置１０の動作について説明する。まず、処理装置４により光源２ａを点灯させ、他の光源２ｂ〜２ｋは消灯しておく。この状態でカメラ３により木材１を撮影する。このカメラ３で撮影された画像のデジタルデータは、光源２ａの当該座標系における座標値と共に処理装置４に登録される。なお、カメラ３として製版カメラを用いる場合には、撮影したフィルムを現像し、スキャナ入力してデジタル化して処理装置４に渡すようにすれば良く、またＴＶカメラを用いる場合には、ＴＶカメラからの画像信号をデジタル化して処理装置４に渡せば良い。
【００１９】
また、本実施形態では、後述するところから明らかなように、処理装置４において繊維潜り角測定のために用いられるのは輝度のデータのみであるから、例えばカメラ３がＲ、Ｇ、Ｂの３色の画像データを出力するものである場合には、処理装置４はＧの画像データのみを取り込むようにしても良く、あるいはＲ、Ｇ、Ｂから輝度を表すデータを生成して、その輝度のデータのみを用いるようにしても良い。
【００２０】
そして、処理装置４は、当該画像データを光源２ａにおける画像データであることを登録する。これによって、光源２ａが点灯された場合の画像データが処理装置４に取り込まれることになる。次に、光源２ａを消灯し、光源２ｂを点灯して、カメラ３により木材１を撮影し、そのときの画像データを処理装置４に渡す。以下、同様にして、光源２ｃ〜２ｋを１つずつ点灯させて木材１を撮影して、そのときの画像データを処理装置４に渡す動作を繰り返す。処理装置４は、この１１枚の画像の輝度データを取り込み、それぞれの画像がどの光源に対して撮影されたかを対応させて登録する。
【００２１】
ここで、各光源２をどの位置にどの位の間隔で配置するかは、任意に定めることができる。多く配置すればする程、カメラ３で撮影した木材１の画像の各画素位置における繊維潜り角を精度良く求めることができる。例えば、ｚ軸を中心として±50°の範囲に１°間隔で配置しようとしたとする。この場合、配置する光源が１０１個必要となり、それに伴って撮影回数も増えるため、費用がかかると共に、作業者の負担も大きくなる。
【００２２】
そこで、この装置１０では、作業者の負担軽減のために、配置する間隔を比較的大きく取るようにする。例えば、配置する光源を１０個程度として適当な間隔に並べれば良い。本実施形態のように１１個の光源を用いた場合、１１枚の画像が撮影されることになる。
【００２３】
全光源に対しての撮影が終わったら、次に、撮影された各画素と各光源との照明角度をｘ軸に平行な各画素行ごとに求める。ここで、画素行とは画素の並びのことを言う。これは、使用する光源が点光源であるため、同一光源により撮影されたものであっても、画素位置により照明角度が異なるためである。また、このときｘ軸方向の照明角度の差は考慮しない。なぜなら、樹木の成長方向がｙ軸方向になるように木材１を配置しているため、繊維の流れと垂直なｘ軸方向は、繊維潜り角を求めるに当たって影響が少ないからである。さて、照明角度は、照明角度算出部５により、各ｘ軸に平行な各画素行ごとに以下の式（１）により計算される。
【００２４】
θ＝ａｔａｎ（ｄｙ／ｄｚ）・・・（１）
ここで、ｄｙ、ｄｚはそれぞれ、着目画素行と光源とのｙ座標、ｚ座標の差である。例えば、ｙ＝０の画素行と光源２の角度θを求める場合のｄｙ、ｄｚは、図２に示すようになる。光源は、木材を表面から照明可能な位置に配置されているため、θは−９０°＜θ＜９０°となる。
【００２５】
そして、次に撮影された１１枚の画像の各画素の輝度値を光源からの距離に基づいて補正する。撮影された画像における画素の輝度値は、木材１における当該画素の対応する位置の明るさに影響され、この明るさは光源からの距離によっても影響を受ける。そのため、撮影して得られた輝度値を、光源からの距離に基づいて補正するのである。この補正は補正輝度値算出部６により以下の式（２）を用いて行われる。
【００２６】
Ｌｓ＝（ｄ／ｄｓ）²×Ｌ・・・（２）
ここで、Ｌｓは補正された輝度値、Ｌは撮影された画像における輝度値、ｄは光源と補正対象画素位置の距離、ｄｓは補正のための標準距離である。また、距離ｄは角度の場合と異なり、ｘ軸方向も考慮するため、以下の式（３）により計算される。
【００２７】
ｄ＝√（ｄｘ²＋ｄｙ²＋ｄｚ²）・・・（３）
ｄｘ、ｄｙ、ｄｚはそれぞれ、図３に示すように、着目画素に対応する木材１上の位置Ｑと光源２とのｘ座標、ｙ座標、ｚ座標の差である。補正輝度値Ｌｓは、相対的な値が求まれば十分であるため、標準距離ｄｓは、どんな値でも良い。
ただし、標準距離ｄｓは、全撮影画像の全画素に対して同じ値が用いられる。全ての画素に対する補正輝度値が算出されたら、処理装置４は、撮影された木材１の画像のそれぞれの画素位置における繊維潜り角を求める処理を行う。
【００２８】
いま、ある画素位置に着目すると、当該画素位置については１１個の補正輝度値のデータがある。これらの１１個の輝度値が図４（ａ）の黒点で示すようであったとする。図４は横軸が照明角度、縦軸が輝度値を示している。照明角度θは式（１）で求めたものである。本実施形態では、光源を適当な位置に配置して、各画素行ごとに照明角度を算出するので、実際には、図４に示すように照明角度がちょうど１０°間隔になることは滅多にないが、説明の便宜上、１０°単位とした。次に、補間輝度値算出部７は、図４（ａ）に示す輝度値の間を滑らかに補間する。補間の手法としては、例えばスプライン関数を用いれば良い。スプライン関数によって図４（ａ）の黒点で示すような離散的に分布する輝度値を補間すれば、図４（ｂ）に示すように、図中黒点で示す輝度値を通る曲線で補間できるので望ましいものである。
【００２９】
そして、補間輝度値算出部７は、上記の補間を行う際に、所定の角度刻みで輝度値を求める。このときの刻み角度は小さい方が望ましい。例えば、１°刻みで輝度値を求めるものとすると、この場合には補正輝度値１１個と補間輝度値９０個の輝度値の計１０１個が得られる。そして、繊維潜り角決定部８は、これらの輝度値の中で最大輝度値をとる照明角度を求め、その照明角度の半分の角度を当該画素位置における繊維潜り角ξとし、当該繊維潜り角ξを当該画素位置に登録する。例えば図４（ｂ）においては、最大輝度Ｌ_MAXとなる照明角度はθ_LMAXであるので、当該画素位置における繊維潜り角ξはθ_LMAX／２となる。
【００３０】
繊維潜り角ξをこのように定めることの妥当性は明らかである。一般に光源方向と撮影方向が同一であり、照射面に対して垂直である場合、繊維潜り角ξ＝９０°のとき輝度値は最小、繊維潜り角ξ＝０°すなわち繊維が成長方向と平行のとき、輝度値は最大となる。したがって、例えば、図５に示すように木材１の繊維イの一部が図のＡに示す位置で表面に現れているとし、Ａの位置における繊維イに対する垂線がロで示すようであるとすると、繊維イの繊維潜り角ξと、光源２からの照明の角度と、カメラ３で撮影される方向が図５に示す関係になるときにＡで示す位置の輝度は最大になり、このとき、Ａの位置における繊維潜り角ξをθとするのである。
【００３１】
そして、この繊維潜り角測定装置１０においては、現在着目している画素位置について、照明角度と補正輝度値との関係から、補間によって、例えば、１°刻みの照明角度における輝度値を求め、最大輝度となる照明角度の１／２を当該画素位置における繊維潜り角とするのである。つまり、図５のＡの位置の画素に着目した場合、図５に示すような位置関係で画像が撮影されることは必ずしも無いが、照明角度と補正輝度値との関係から、補間によって図５に示すような照明角度を求め、その照明角度を１／２にして当該Ａの位置における繊維潜り角を求めるのである。
【００３２】
そして、処理装置４は、以上の処理を、撮影した画像の全ての画素位置について行う。これによって、カメラ３で撮影された画像の全ての画素位置について繊維潜り角ξを求めることができ、各画素位置に対して繊維潜り角が登録された２次元のスカラー場、すなわち繊維潜り角の２次元平面における分布情報を生成することができる。この繊維潜り角分布情報は、繊維潜り角測定装置１０からデジタルデータの形式で出力される。
【００３３】
（木理パターンの定義）
続いて、ステップＳ２の木理パターンの定義について説明する。ステップＳ２においては、ステップＳ１において求められた繊維潜り角分布情報を用いて、これを仮想的な円筒に沿って回転させてマッピングすることにより、木理を表現する三次元的な繊維の流れの場を定義する。すなわち、図７、図８に示したように導管の配向性を決定するのであるが、ここでは、波状木理、螺旋木理といった木理ではなく、実測した繊維潜り角に基づいて決定するのである。
【００３４】
まずここで、測定した繊維潜り角の分布情報が、どのような理論で木理パターンの作成に反映されるかについて説明しておく。樹木は同軸円柱状の構造を有しており、図６ａに示すような円柱座標系を用いることで簡潔に記述することができる。樹木を完全な円柱と仮定すると、同軸円柱状の肥大生長により、ｒ＝一定で定義される円筒面は同一時期に形成された繊維束で形成されていると考えることができる。すなわち１本の繊維束はｒ（中心軸からの距離）＝一定面内で配向すると考えられる。図６ｂのようにｒ＝一定面内（φ−ｙ面）での繊維の配向を考えると、この面内での繊維勾配は位置（φ，ｙ）の関数として記述することができ、繊維勾配はｄφ／ｄｙ＝Ｇ（φ，ｙ）と定義される（図６ｃ）。
【００３５】
ここで、Ｇ（φ，ｙ）はｙ方向に連続的に変化するが、図６ｂに示すようにφ−ｙ面で同一径の繊維が敷き詰められた状態では、Ｇはφの変化に対してほぼ一定であると考えられ、繊維勾配Ｇはｙのみの関数Ｇ（ｙ）で近似的に表現することができる。
【００３６】
以上をｒ方向に拡張すると、木理は繊維勾配関数Ｇ（ｙ，ｒ）として記述できる。肥大生長は連続的なものであるため、Ｇ（ｙ，ｒ）はｒ方向へも連続的であると考えられる。
【００３７】
すなわち、図７に示すｒ−ｙ面に、繊維潜り角測定装置１０により得られたｘ−ｙ面の繊維潜り角の分布情報の割り当てを行う。このとき、図１，２に示したｚ方向は図６，７に示す座標系のφ方向に対応することになるので、繊維潜り角ξは、Ｇ（ｙ，ｒ）＝ｃｏｔξにより、繊維勾配Ｇ（ｙ，ｒ）に変換される。
【００３８】
上記のようにこの木理モデルでは、繊維勾配Ｇ（ｙ，ｒ）はφに依らないものとして定義されるので、任意のφにおけるｒ−ｙ面において、繊維勾配Ｇ（ｙ，ｒ）を割り当てることにより、樹木円柱内の多数の点において、その点における繊維勾配Ｇ（ｙ，ｒ，φ）が得られる。繊維潜り角測定装置１０により得られる繊維潜り角の測定点は有限個であるため、所定の間隔で補間することにより、連続する導管の傾きが得られる。さらに、別途設定した導管の太さ情報により、樹木円柱内における導管の存在位置が特定される。
【００３９】
（木目導管断面パターンの抽出）
ステップＳ２において木理パターンが定義されたら、ステップＳ３では、まず基準面ｙ＝０において多数の導管についてそれぞれ中心座標と半径を定義する。
これら基準面に定義された導管は前記木理パターンに沿ってｙ方向に伸びるため、木理パターンにおける三次元導管パターンが得られる。
【００４０】
次に、定義された木理パターンに対して切断面Ｊが定義されることになる。具体的には、例えば、切断面Ｊの４隅の頂点の空間上の位置を設定することにより定義する。続いて、この切断面Ｊを構成する全ての画素中で上記三次元導管パターンの内部に位置する画素を抽出することで木目導管断面パターンが抽出される。ある画素が導管の内部に含まれるか否かは、まず該画素の三次元空間内での位置を表す座標値を４隅の座標値と切断面内での相対的な位置より求め、該三次元座標値を前記木理パターンにより定義された座標変換によりｙ＝０における対応点を求める。このｙ＝０における対応点と、前記定義した導管群の中心位置と半径の関係より、導管の内部に対応するか否かが定まる。図８は、こうして切断面Ｊ上に得られた木目画像の一例を示す図である。図８に示すように、楕円状の木目導管断面が多数現れており、各木目導管断面の内部の点Ｋ３には画素値“１”（黒）が定義され、外部の点Ｋ４には画素値“０”（白）が定義されている。
【００４１】
以上のようにして、木目導管断面パターン（木目模様）が得られれば、刷版装置、印刷装置等を用いて、刷版・印刷工程を行い、壁紙などにこの木目画像を印刷するか、あるいは、エンボス版作成装置、エンボス加工装置等を用いて、エンボス版作成・エンボス加工工程を行い、壁紙などにこの木目模様を凹凸形状として転写する。この木目模様はデジタルデータとして保持されているので、このデジタル画像データを利用して行われることになる。
【００４２】
本発明における、画素に対する導管の内外判定は具体的には以下の手順で行う。まず、ｙ＝０において、導管の中心位置Ｓ（ｒ，φ）および半径ｄを決定する。続いて、切断面Ｊ上の点（ｒ，φ，ｙ）について、以下に示すようなこの木理パターンに基づく座標変換を施すことにより、ｙ＝０における対応点（Ｒｒｅｆ，φｒｅｆ，０）を算出し、該算出された対応点と前記定義した導管の位置および半径より内外を判定する。
【００４３】
Ｒｒｅｆ（ｒ，φ，ｙ）＝ｒ
φｒｅｆ（ｒ，φ，ｙ）＝∫Ｇ（ｙ，ｒ）ｄｙ＋φ
【００４４】
定義された木理パターンに基づく座標変換は２つの関数からなり、上段のＲｒｅｆは点（ｒ，φ，ｙ）のｙ＝０におけるｒを参照するためのものであり、この木理モデルでは定数値ｒとしている。すなわち、繊維勾配は必ず円周方向となる。また、座標変換のうち下段のφｒｅｆは点（ｒ，φ，ｙ）のｙ＝０におけるφを参照するためのものであり、繊維勾配Ｇ（ｙ，ｒ）をｙ方向に積分することにより位相の差が求まる。これらの座標変換により点（ｒ，φ，ｙ）の、ｙ＝０における対応点（ｒ，φ）が求まり、この対応点（ｒ，φ）が上記決定された導管のいずれかの中心位置Ｓ（ｒ，φ）から半径ｄ以内に該当するかどうかにより切断面上の点の画素値を決定する。この処理を切断面Ｊ上の全ての点について行うことにより、木目導管断面パターンが得られる。
【００４５】
（システム構成）
次に、上記木目模様生成方法を実行するためのシステムについて説明する。図９は、木目模様生成システムの構成図である。図９に示すように木目模様生成システムは、繊維潜り角測定装置１０、木理パターン定義手段２０、属性定義手段３０、切断面定義手段４０、パターン抽出手段５０、刷版装置６０、エンボス加工装置７０、印刷装置８０により構成される。
【００４６】
繊維潜り角測定装置１０は上記ステップＳ１において説明した通り、図２に示すような構造となっている。この繊維潜り角測定装置１０により取得された繊維潜り角の分布情報は、好ましくはネットワークを介して木理パターン定義手段２０に渡される。木理パターン定義手段２０は、上記ステップＳ２の処理を実行する。具体的には、仮想的な円筒に沿って回転させてマッピングする。属性定義手段３０は、多数の導管について中心座標Ｓ（ｒ，φ）と半径ｄを定義するためのものである。
【００４７】
切断面定義手段４０は上記ステップＳ３において説明したように、切断面を定義する機能を有する。パターン抽出手段５０は、切断面定義手段４０により設定された切断面上の各点について、木理パターン定義手段２０において定義された木理パターンに基づいた座標変換を用いてｙ＝０における点を参照し、ｙ＝０の面において導管の中か外かを判断し、その判断に従って切断面上の各点に定義した画素値を決定するものである。切断面上の全ての点において画素値を決定することにより、木目導管断面パターンが得られる。
【００４８】
以上の構成要素１０〜５０は実際にはコンピュータを利用して実現されるものである。したがって、図９では説明の便宜上、これらの各構成要素をそれぞれ機能ブロックとして分けて示しているが、実際には、これらの各構成要素は物理的に区別され得るものではない。
【００４９】
刷版装置６０は、パターン抽出手段５０から出力されたラスター画像データに基づいて刷版処理を行う装置であり、こうして得られた版を用いてエンボス加工装置７０ではエンボス加工が行われ、印刷装置８０では印刷が行われることになる。
【００５０】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく種々の変形が可能である。例えば、上記繊維潜り角測定装置１０は上記説明のような装置に限らず、天然の木材から繊維潜り角の分布情報が取得できるものであれば良い。例えば、本出願人が既に出願している特願平１０−１０４８３１に記載のような装置を用いても良い。
【００５１】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明によれば、天然木材における繊維潜り角の分布情報を取得し、この分布情報に基づいて木理パターンを定義する。このように天然木材が有する繊維の流れの情報をもった木理パターンから所定の面で切断したときの画素の集合を木目導管断面パターンとして抽出するようにしたので、人工的でない自然の風合いを持った木目模様を生成することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の木目模様生成方法の処理動作を示すフローチャートである。
【図２】図１のステップＳ１の処理を実行する繊維潜り角測定装置１０の構成を示す図である。
【図３】図２の繊維潜り角測定装置１０を角度を変えて示した図である。
【図４】繊維潜り角を求めるための輝度値の補間に関する説明図である。
【図５】図４の手法により繊維潜り角を決定することの妥当性を説明するための図である。
【図６】図１のステップＳ２の木理パターンの定義を説明するための図である。
【図７】取得された繊維潜り角の分布情報を木理モデルに適用するための説明図である。
【図８】ステップＳ３の処理により得られる木目導管断面パターンの一例を示す図である。
【図９】本発明による木目模様生成システムの一実施形態を示す構成図である。
【図１０】基準導管束モデルを示す図である。
【図１１】基準導管束モデルを所定の切断面Ｊで切断した状態を示す図である。
【図１２】螺旋木理を表現した歪曲導管束モデルを示す図である。
【符号の説明】
１・・・天然木材
２・・・光源
３・・・カメラ
４・・・処理装置
５・・・照明角度算出部
６・・・補正輝度値算出部
７・・・補間輝度値算出部
８・・・繊維潜り角決定部
１０・・・繊維潜り角測定装置
２０・・・木理パターン定義手段
３０・・・属性定義手段
４０・・・切断面定義手段
５０・・・パターン抽出手段
６０・・・刷版装置
７０・・・エンボス加工装置
８０・・・印刷装置

Claims

木材表面に対して繊維方向のなす角度を繊維潜り角（ξ）として定義し、天然木材の柾目面における繊維潜り角の分布情報を有限個の測定点において得る段階と、
同軸円柱状の構造を有した樹木を仮定し、当該樹木の円柱内における周方向φ、軸方向ｙ、半径方向ｒの位置を円柱座標系（φ，ｙ，ｒ）により表すとともに、前記樹木内の繊維勾配をＧ（φ，ｙ，ｒ）＝ｄφ／ｄｙとして定義し、前記繊維勾配Ｇ（φ，ｙ，ｒ）を、周方向φに関して一定の繊維勾配Ｇ（ｙ，ｒ）で近似して、前記樹木の円柱のｒ−ｙ面における近似による前記繊維勾配Ｇ（ｙ，ｒ）に対し、前記繊維潜り角の分布情報から得られた値を前記有限個の測定点について割り当てるとともに、測定点以外の点について所定の間隔で補間することで、前記繊維勾配Ｇ（ｙ，ｒ）が部分ごとに異なる木理パターンを三次元空間内に定義する段階と、
基準面ｙ＝０において多数の導管についてそれぞれ中心座標と半径を定義し、当該基準面に定義された導管を前記木理パターンに沿って軸方向ｙに伸ばすことにより多数の導管を三次元空間内に配置する段階と、
前記導管を含んだ木理パターンを所定の切断面によって切断したときに、当該切断面に導管断面の内部と外部で異なる画素値をもった画素を定義し、この画素の集合によって構成されるパターンを木目導管断面パターンとして抽出する段階を有することを特徴とする木目模様の生成方法。
木材表面に対して繊維方向のなす角度を繊維潜り角（ξ）として定義し、天然木材の柾目面における繊維潜り角の分布情報を有限個の測定点において測定する繊維潜り角測定手段と、
同軸円柱状の構造を有した樹木を仮定し、当該樹木の円柱内における周方向φ、軸方向ｙ、半径方向ｒの位置を円柱座標系（φ，ｙ，ｒ）により表すとともに、前記樹木内の繊維勾配をＧ（φ，ｙ，ｒ）＝ｄφ／ｄｙとして定義し、前記繊維勾配Ｇ（φ，ｙ，ｒ）を、周方向φに関して一定の繊維勾配Ｇ（ｙ，ｒ）で近似して、前記樹木の円柱のｒ−ｙ面における近似による前記繊維勾配Ｇ（ｙ，ｒ）に対し、前記繊維潜り角の分布情報から得られた値を前記有限個の測定点について割り当てるとともに、測定点以外の点について所定の間隔で補間することで、前記繊維勾配Ｇ（ｙ，ｒ）が部分ごとに異なる木理パターンを三次元空間内に定義する木理パターン定義手段と、
基準面ｙ＝０において多数の導管についてそれぞれ中心座標と半径を定義し、当該基準面に定義された導管を前記木理パターンに沿って軸方向ｙに伸ばすことにより多数の導管を三次元空間内に配置する属性定義手段と、
前記導管を含んだ木理パターンにおける切断面を定義する切断面定義手段と、
前記切断面に導管断面の内部と外部で異なる画素値をもった画素を定義し、この画素の集合によって構成されるパターンを木目導管断面パターンとして抽出する木目導管断面パターン抽出手段と、
を有することを特徴とする木目模様生成システム。