JP4693555B2 - Two-dimensional image generation method and generation apparatus based on a three-dimensional virtual object with a fiber sheet attached to the surface - Google Patents

Two-dimensional image generation method and generation apparatus based on a three-dimensional virtual object with a fiber sheet attached to the surface Download PDF

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Description

本発明は、表面に繊維シートを張り付けた三次元仮想物体を、所定方向から観察したときの二次元画像を作成する技術に関し、特に、コンピュータを利用したレンダリング処理の技術に関する。   The present invention relates to a technique for creating a two-dimensional image when a three-dimensional virtual object with a fiber sheet attached to the surface is observed from a predetermined direction, and more particularly to a technique for rendering processing using a computer.

コンピュータの性能向上により、産業界の様々な分野でCG画像が利用されるようになってきている。たとえば、建築物、家具、自動車などの設計段階では、通常、多くのCG画像が利用されている。また、コンピュータを利用した製品のプレゼンテーションや映画などの種々の映像表現においても、物品の様々なCG画像が不可欠である。更に、最近では、商品カタログなどにも、実際の商品写真の代わりに、CG画像が利用される例も少なくない。一般に、CADを用いた設計段階を経て製品化された商品の場合、設計に用いたCADデータを流用してCG画像を作成することができるため、商品カタログに掲載するCG画像も比較的容易に作成することが可能になる。   Due to the improvement in computer performance, CG images are being used in various fields of industry. For example, in the design stage of buildings, furniture, automobiles, etc., many CG images are usually used. Also, various CG images of articles are indispensable for various video expressions such as product presentations and movies using computers. Furthermore, recently, there are many examples in which CG images are used instead of actual product photos in product catalogs and the like. In general, in the case of a product that has been commercialized through a design stage using CAD, it is possible to create a CG image using the CAD data used in the design. It becomes possible to create.

建築物、家具、自動車の内装部品などのCADデータは、仮想物体の三次元データであるのに対して、提示用のCG画像は、通常、二次元画像として用意される。したがって、CADデータを利用してCG画像を作成する際には、コンピュータ内に仮想物体の三次元データを取り込み、照明条件、視点位置、投影平面を設定した上で、三次元の仮想物体の二次元投影像を投影平面上に得るためのレンダリング処理が行われる。この処理は、基本的には、照明条件で定められた光源からの照明光が仮想物体の各部で反射して視点位置へ向かう現象をコンピュータ上でシミュレートするものであり、視点位置へ向かう反射光の強度を演算する処理ということができる。仮想物体の表面に、何らかの絵柄をもったシート状素材が張り付けられる場合には、当該シート状素材の絵柄をテクスチャデータとして用意し、仮想物体の表面にこの絵柄をマッピングした上で、反射率の演算が行われることになる。たとえば、下記の特許文献1には、二次元テクスチャを三次元物体の表面にマッピングした上で、レンダリング処理を施し、二次元画像を生成する手法が開示されている。
特開2005−63041号公報
CAD data such as buildings, furniture, and automobile interior parts is three-dimensional data of a virtual object, whereas a CG image for presentation is usually prepared as a two-dimensional image. Therefore, when creating a CG image using CAD data, the 3D data of the virtual object is taken into the computer, the illumination condition, the viewpoint position, and the projection plane are set, and then the 2D of the 3D virtual object is set. A rendering process for obtaining a dimensional projection image on the projection plane is performed. This process basically simulates the phenomenon in which the illumination light from the light source determined by the illumination conditions is reflected at each part of the virtual object and travels to the viewpoint position on the computer. It can be said that the light intensity is calculated. When a sheet material with some pattern is pasted on the surface of the virtual object, prepare the pattern of the sheet material as texture data, map this pattern on the surface of the virtual object, and then reflect the reflectance. An operation is performed. For example, Patent Document 1 below discloses a technique of mapping a two-dimensional texture onto the surface of a three-dimensional object and then performing a rendering process to generate a two-dimensional image.
Japanese Patent Laying-Open No. 2005-63041

椅子やソファなどの家具、自動車の内装、玄関マットや絨毯、衣服をはじめとするアパレル製品、バッグや靴などの物品には、表面に布などの繊維質材料からなるシート(以下、繊維シートと呼ぶ)を張り付けたものが少なくない。このように、表面に繊維シートを張り付けた三次元仮想物体を、所定の照明条件の下で、所定の視点位置から観察したときに得られる二次元画像を生成する場合、通常は、繊維シート表面を表現するためのテクスチャのデータを用意し、このテクスチャを三次元仮想物体にマッピングした上でレンダリング処理を行うことになる。   For furniture such as chairs and sofas, car interiors, doormats and carpets, apparel products such as clothes, bags and shoes, sheets made of fibrous materials such as cloth (hereinafter referred to as fiber sheets) There are a lot of things that are attached. Thus, when generating a two-dimensional image obtained when a three-dimensional virtual object with a fiber sheet attached to the surface is observed from a predetermined viewpoint position under a predetermined illumination condition, the surface of the fiber sheet is usually used. The texture data for expressing is prepared, and the rendering process is performed after mapping the texture to the three-dimensional virtual object.

しかしながら、従来の一般的なテクスチャマッピングの手法を用いた場合、実際の繊維シートのもつ素材の特徴を十分に表現することができないという問題がある。特に、デニム、玉虫織り、タオル、ビロードなどのパイル地といった繊維シートの質感は、非常に繊細であり、従来のレンダリング方法では、二次元画像上にその質感を十分に表現することができない。   However, when the conventional general texture mapping method is used, there is a problem that the characteristics of the material of the actual fiber sheet cannot be expressed sufficiently. In particular, the texture of fiber sheets such as denim, iridescent weave, towels, and velvet piles is very delicate, and conventional rendering methods cannot sufficiently express the texture on a two-dimensional image.

そこで本発明は、仮想物体の三次元データに基づいて、この仮想物体の表面に繊維シートを張り付けた状態を示す二次元データを生成する際に、繊維の質感が十分に表現された二次元画像を生成することができる二次元画像生成方法および生成装置を提供することを目的とする。   Accordingly, the present invention provides a two-dimensional image in which the texture of the fiber is sufficiently expressed when generating two-dimensional data indicating a state in which a fiber sheet is attached to the surface of the virtual object based on the three-dimensional data of the virtual object. It is an object of the present invention to provide a two-dimensional image generation method and a generation apparatus capable of generating the image.

(1) 本発明の第1の態様は、物体の三次元データに基づいて、当該物体の表面に繊維シートを張り付け、これを所定の視点から観察したときに得られる投影画像を示す二次元データを生成する三次元仮想物体に基づく二次元画像生成方法において、
コンピュータが、張り付け対象となる仮想の繊維シートを構成する複数m枚の各レイヤーごとの反射特性を示すm通りのレイヤーデータを入力するレイヤーデータ入力段階と、
コンピュータが、繊維シートを種々の曲率で曲げた状態における各レイヤーごとの可視割合を示す可視割合情報を入力する可視割合情報入力段階と、
コンピュータが、仮想物体の立体形状を示す三次元データを入力する物体データ入力段階と、
コンピュータが、照明条件、視点位置、投影平面を設定する投影条件設定段階と、
コンピュータが、仮想物体の表面上に定義された所定のサンプル点の位置について、仮想物体表面の曲率を求める曲率演算段階と、
コンピュータが、繊維シートを仮想物体の表面に張り付けた場合に、個々のサンプル点から視点位置に向かう反射光の強度を演算する反射光強度演算段階と、
コンピュータが、サンプル点からの反射光と投影平面との交点位置に、反射光の強度に応じた画素値をもつ画素を定義する画素定義段階と、
コンピュータが、多数のサンプル点について定義された多数の画素の集合により、仮想物体の投影画像を示す二次元投影データを生成する投影データ生成段階と、
を実行するようにし、
反射光強度演算段階において、1つのサンプル点からの反射光強度を演算する際に、
可視割合情報を参照して当該サンプル点位置における曲率に対応する各レイヤーごとの可視割合を求める第1のステップと、
当該サンプル点位置における反射特性を、m通りのレイヤーデータの反射特性を第1のステップで求めた可視割合に応じて合成することにより求める第2のステップと、
第2のステップで求めた反射特性に基づいて、当該サンプル点からの反射光の強度を求める第3のステップと、
を行うようにしたものである。
(1) The first aspect of the present invention is a two-dimensional data indicating a projection image obtained when a fiber sheet is attached to the surface of the object based on the three-dimensional data of the object and observed from a predetermined viewpoint. In a two-dimensional image generation method based on a three-dimensional virtual object that generates
A layer data input stage in which the computer inputs m layer data indicating reflection characteristics for each of a plurality of m layers constituting a virtual fiber sheet to be pasted;
A visual ratio information input stage in which a computer inputs visible ratio information indicating a visible ratio for each layer in a state where the fiber sheet is bent with various curvatures;
An object data input stage in which a computer inputs three-dimensional data indicating a three-dimensional shape of a virtual object;
A projection condition setting stage in which a computer sets illumination conditions, a viewpoint position, and a projection plane;
A curvature calculating step for calculating a curvature of the surface of the virtual object for a position of a predetermined sample point defined on the surface of the virtual object;
When the computer pastes the fiber sheet on the surface of the virtual object, the reflected light intensity calculation stage for calculating the intensity of the reflected light from each sample point toward the viewpoint position;
A pixel defining stage in which a computer defines a pixel having a pixel value corresponding to the intensity of the reflected light at the intersection of the reflected light from the sample point and the projection plane;
A projection data generation stage in which a computer generates two-dimensional projection data representing a projection image of a virtual object by a set of a large number of pixels defined for a large number of sample points;
And run
In the reflected light intensity calculation stage, when calculating the reflected light intensity from one sample point,
A first step of determining a visible ratio for each layer corresponding to the curvature at the sample point position with reference to the visible ratio information;
A second step of obtaining the reflection characteristic at the sample point position by combining the reflection characteristics of the m kinds of layer data according to the visible ratio obtained in the first step;
A third step for determining the intensity of the reflected light from the sample point based on the reflection characteristics obtained in the second step;
Is to do.

(2) 本発明の第2の態様は、上述の第1の態様に係る、表面に繊維シートを張り付けた三次元仮想物体に基づく二次元画像生成方法において、
可視割合情報入力段階では、向きのファクターをもった個々の曲率について、各レイヤーごとの可視割合を示す可視割合情報を入力し、
物体データ入力段階では、仮想物体に対する繊維シートの張り付け向きに関する情報を併せて入力し、
曲率演算段階では、向きのファクターをもった曲率を求め、
反射光強度演算段階の第1のステップでは、向きのファクターをもった曲率に対応する各レイヤーごとの可視割合を求めるようにしたものである。
(2) According to a second aspect of the present invention, in the two-dimensional image generation method based on the three-dimensional virtual object according to the first aspect described above, the fiber sheet is attached to the surface.
At the visible rate information input stage, for each curvature with a factor of orientation, enter the visible rate information indicating the visible rate for each layer,
In the object data input stage, information on the direction of the fiber sheet attached to the virtual object is also input,
In the curvature calculation stage, find the curvature with a factor of direction,
In the first step of the reflected light intensity calculation stage, the visible ratio for each layer corresponding to the curvature having the orientation factor is obtained.

(3) 本発明の第3の態様は、上述の第2の態様に係る、表面に繊維シートを張り付けた三次元仮想物体に基づく二次元画像生成方法において、
可視割合情報入力段階では、円柱側面に繊維シートを所定の向きに張り付けた状態における各レイヤーごとの可視割合を定義し、円柱の半径の逆数を用いて曲率σを定義し、円柱の中心軸を半径方向に投影することにより円柱側面上に得られる投影線と繊維シートの基準方向線とのなす角ξを当該曲率σについての曲率角度と定義し、個々の曲率σおよび個々の曲率角度ξの各組み合わせに対応する各レイヤーごとの可視割合を示す可視割合情報を入力し、
物体データ入力段階では、仮想物体上に張り付けられる繊維シートの基準方向線の向きに関する情報を入力し、
曲率演算段階では、所定のサンプル点の位置について、基準方向線の向きに関する情報を参照することにより、曲率σおよびこの曲率σに応じた湾曲方向と基準方向線とのずれを示す曲率角度ξを求め、
反射光強度演算段階の第1のステップでは、曲率σおよび曲率角度ξの組み合わせに対応する各レイヤーごとの可視割合を求めるようにしたものである。
(3) According to a third aspect of the present invention, in the two-dimensional image generation method based on the three-dimensional virtual object according to the second aspect described above, the fiber sheet is attached to the surface.
In the visible ratio information input stage, the visible ratio for each layer in a state where the fiber sheet is stuck to the cylinder side in a predetermined direction is defined, the curvature σ is defined using the reciprocal of the radius of the cylinder, and the central axis of the cylinder is defined. The angle ξ formed by the projection line obtained by projecting in the radial direction on the side surface of the cylinder and the reference direction line of the fiber sheet is defined as a curvature angle with respect to the curvature σ, and each curvature σ and each curvature angle ξ Enter visibility ratio information that indicates the visibility ratio for each layer corresponding to each combination,
In the object data input stage, information on the direction of the reference direction line of the fiber sheet attached on the virtual object is input,
In the curvature calculation stage, the curvature angle ξ indicating the deviation between the curvature direction and the reference direction line according to the curvature σ and the curvature direction σ is obtained by referring to the information on the direction of the reference direction line for the position of the predetermined sample point. Seeking
In the first step of the reflected light intensity calculation stage, the visible ratio for each layer corresponding to the combination of the curvature σ and the curvature angle ξ is obtained.

(4) 本発明の第4の態様は、上述の第1〜第3の態様に係る、表面に繊維シートを張り付けた三次元仮想物体に基づく二次元画像生成方法において、
レイヤーデータ入力段階では、uv二次元座標系上に定義された絵柄データT(u,v)で示される反射特性をもった二次元画像を、それぞれ個々のレイヤーについてのレイヤーデータとして入力し、
反射光強度演算段階の第2のステップでは、サンプル点位置の座標値u,vに対応する各レイヤーごとの絵柄データT(u,v)の値を、第1のステップで求めた可視割合による重みづけに応じて合成することにより、サンプル点位置における反射係数kを求め、
反射光強度演算段階の第3のステップでは、サンプル点における入射照明光の強度をIiとしたときに、反射光強度Iを、反射係数kを用いて、
I=k・Ii
なる式で求めるようにしたものである。
(4) According to a fourth aspect of the present invention, in the two-dimensional image generation method based on the three-dimensional virtual object according to the first to third aspects described above, the fiber sheet is attached to the surface.
In the layer data input stage, a two-dimensional image having reflection characteristics indicated by the pattern data T (u, v) defined on the uv two-dimensional coordinate system is input as layer data for each individual layer,
In the second step of the reflected light intensity calculation stage, the value of the pattern data T (u, v) for each layer corresponding to the coordinate values u, v of the sample point position is determined by the visible ratio obtained in the first step. By combining in accordance with the weighting, the reflection coefficient k at the sample point position is obtained,
In the third step of the reflected light intensity calculation stage, when the intensity of the incident illumination light at the sample point is Ii, the reflected light intensity I is calculated using the reflection coefficient k,
I = k · Ii
It is obtained by the following formula.

(5) 本発明の第5の態様は、上述の第1〜第3の態様に係る、表面に繊維シートを張り付けた三次元仮想物体に基づく二次元画像生成方法において、
レイヤーデータ入力段階では、個々のレイヤーごとの拡散反射係数をレイヤーデータとして入力し、
反射光強度演算段階の第2のステップでは、個々のレイヤーごとの拡散反射係数を第1のステップで求めた可視割合による重みづけに応じて合成することにより、サンプル点位置における拡散反射係数kdを求め、
反射光強度演算段階の第3のステップでは、サンプル点における入射照明光の強度をIi、仮想物体表面上のサンプル点位置に立てた法線nと入射照明光とのなす角をαとしたときに、反射光強度Iを、
I=kd・Ii・cos α
なる式で求めるようにしたものである。
(5) According to a fifth aspect of the present invention, in the two-dimensional image generation method based on the three-dimensional virtual object having a fiber sheet attached to the surface according to the first to third aspects described above,
At the layer data input stage, the diffuse reflection coefficient for each layer is input as layer data.
In the second step of the reflected light intensity calculation stage, the diffuse reflection coefficient kd at the sample point position is obtained by synthesizing the diffuse reflection coefficient for each layer according to the weighting by the visible ratio obtained in the first step. Seeking
In the third step of the reflected light intensity calculation stage, when the intensity of the incident illumination light at the sample point is Ii, and the angle between the normal line n set at the sample point position on the virtual object surface and the incident illumination light is α And the reflected light intensity I,
I = kd ・ Ii ・ cos α
It is obtained by the following formula.

(6) 本発明の第6の態様は、上述の第5の態様に係る、表面に繊維シートを張り付けた三次元仮想物体に基づく二次元画像生成方法において、
レイヤーデータ入力段階では、uv二次元座標系上に定義された絵柄データT(u,v)で示される拡散反射係数をもった二次元画像を、それぞれ個々のレイヤーについてのレイヤーデータとして入力し、
反射光強度演算段階の第2のステップでは、サンプル点位置の座標値u,vに対応する各レイヤーごとの絵柄データT(u,v)の値を、第1のステップで求めた可視割合による重みづけに応じて合成することにより、サンプル点位置における拡散反射係数kdを求めるようにしたものである。
(6) According to a sixth aspect of the present invention, in the two-dimensional image generation method based on the three-dimensional virtual object according to the fifth aspect, the fiber sheet is attached to the surface.
In the layer data input stage, a two-dimensional image having a diffuse reflection coefficient indicated by the pattern data T (u, v) defined on the uv two-dimensional coordinate system is input as layer data for each individual layer,
In the second step of the reflected light intensity calculation stage, the value of the pattern data T (u, v) for each layer corresponding to the coordinate values u, v of the sample point position is determined by the visible ratio obtained in the first step. The diffuse reflection coefficient kd at the sample point position is obtained by combining in accordance with the weighting.

(7) 本発明の第7の態様は、上述の第1〜第3の態様に係る、表面に繊維シートを張り付けた三次元仮想物体に基づく二次元画像生成方法において、
レイヤーデータ入力段階では、レイヤー面に立てた法線nと照明光とのなす角αに依存した反射係数k(α)と、鏡面反射の鋭さを示すパラメータをβとを、レイヤーデータとして入力し、
反射光強度演算段階の第2のステップでは、仮想物体表面上のサンプル点位置に立てた法線nと入射照明光とのなす角をα、サンプル点における鏡面反射光の射出方向と視点方向とのなす角をγとしたときに、各レイヤーごとの反射係数を、レイヤーデータを参照して、
k(α)・cos βγ
なる式で求め、求めた各レイヤーごとの反射係数を第1のステップで求めた可視割合による重みづけに応じて合成することにより、サンプル点位置における反射係数kを求め、
反射光強度演算段階の第3のステップでは、サンプル点における入射照明光の強度をIiとしたときに、反射光強度Iを、反射係数kを用いて、
I=k・Ii
なる式で求めるようにしたものである。
(7) According to a seventh aspect of the present invention, in the two-dimensional image generation method based on the three-dimensional virtual object according to the first to third aspects described above, the fiber sheet is attached to the surface.
In the layer data input stage, the reflection coefficient k (α) depending on the angle α formed by the normal n standing on the layer surface and the illumination light, and the parameter β indicating the sharpness of specular reflection are input as layer data. ,
In the second step of the reflected light intensity calculation stage, the angle formed between the normal n set at the sample point position on the virtual object surface and the incident illumination light is α, the emission direction of the specular reflection light at the sample point and the viewpoint direction When the angle formed by γ is γ, refer to the layer data for the reflection coefficient for each layer,
k (α) ・ cos β γ
The reflection coefficient k at each sample point is obtained by combining the obtained reflection coefficient for each layer according to the weighting by the visible ratio obtained in the first step,
In the third step of the reflected light intensity calculation stage, when the intensity of the incident illumination light at the sample point is Ii, the reflected light intensity I is calculated using the reflection coefficient k,
I = k · Ii
It is obtained by the following formula.

(8) 本発明の第8の態様は、上述の第7の態様に係る、表面に繊維シートを張り付けた三次元仮想物体に基づく二次元画像生成方法において、
角度αに依存した反射係数をk(α)の代わりに、角度αに依存しない係数ksを用い、各レイヤーごとの反射係数を、
ks・cos βγ
なる式で求めるようにしたものである。
(8) According to an eighth aspect of the present invention, in the two-dimensional image generation method based on the three-dimensional virtual object according to the seventh aspect described above, a fiber sheet attached to the surface.
Instead of k (α), the reflection coefficient depending on the angle α is a coefficient ks that does not depend on the angle α.
ks ・ cos β γ
It is obtained by the following formula.

(9) 本発明の第9の態様は、上述の第1〜第3の態様に係る、表面に繊維シートを張り付けた三次元仮想物体に基づく二次元画像生成方法において、
レイヤーデータ入力段階では、レイヤー面の所定点に立てた法線nと照明光とのなす角をθL、レイヤー面上への照明光の投影像とレイヤー面上の上記所定点を通る基準線とのなす角度をφL、法線nと反射光とのなす角度をθV、レイヤー面上への反射光の投影像と基準線とのなす角度をφVとしたときに、「θL,φL,θV,φV」の関数として与えられる反射係数kb(θL,φL,θV,φV)を各レイヤーごとのレイヤーデータとして入力し、
可視割合情報入力段階では、「曲率,θL,φL,θV,φV」の様々な組み合わせのそれぞれについて、各レイヤーごとの可視割合を示す可視割合情報を入力し、
反射光強度演算段階では、仮想物体表面上のサンプル点位置に立てた法線nと入射照明光とのなす角をθL、法線nに直交する直交平面上への入射照明光の投影像と直交平面上のサンプル点を通る基準線とのなす角度をφL、法線nと反射光とのなす角度をθV、直交平面上への反射光の投影像と基準線とのなす角度をφVと定義し、
反射光強度演算段階の第1のステップでは、可視割合情報を参照することにより、サンプル点位置の「曲率,θL,φL,θV,φV」の組み合わせに対応する各レイヤーごとの可視割合を求め、
反射光強度演算段階の第2のステップでは、レイヤーデータを参照することにより、サンプル点位置の「θL,φL,θV,φV」の組み合わせに対応する反射係数kb(θL,φL,θV,φV)を各レイヤーごとに求め、求めた各反射係数kbを、それぞれ第1のステップで求めた可視割合による重みづけに応じて合成することにより、サンプル点位置における反射係数kbを求め、
反射光強度演算段階の第3のステップでは、サンプル点における入射照明光の強度をIiとしたときに、第2のステップで求めたサンプル点位置における反射係数kbを用いて、サンプル点からの反射光強度Iを、
I=kb・Ii
なる式で求めるようにしたものである。
(9) According to a ninth aspect of the present invention, in the two-dimensional image generation method based on the three-dimensional virtual object according to the first to third aspects described above, the fiber sheet is attached to the surface.
In the layer data input stage, the angle between the normal line n set at a predetermined point on the layer surface and the illumination light is θL, the projected image of the illumination light on the layer surface and the reference line passing through the predetermined point on the layer surface When the angle between the normal line n and the reflected light is θV, and the angle between the projected image of the reflected light on the layer surface and the reference line is φV, “θL, φL, θV, The reflection coefficient kb (θL, φL, θV, φV) given as a function of “φV” is input as layer data for each layer,
In the visible ratio information input stage, for each of various combinations of “curvature, θL, φL, θV, φV”, the visible ratio information indicating the visible ratio for each layer is input.
In the reflected light intensity calculation stage, the angle between the normal line n set at the sample point position on the virtual object surface and the incident illumination light is θL, and the projected image of the incident illumination light on the orthogonal plane orthogonal to the normal line n The angle formed by the reference line passing through the sample point on the orthogonal plane is φL, the angle formed by the normal line n and the reflected light is θV, and the angle formed by the projected image of the reflected light on the orthogonal plane and the reference line is φV. Define
In the first step of the reflected light intensity calculation stage, the visible ratio for each layer corresponding to the combination of “curvature, θL, φL, θV, φV” at the sample point position is obtained by referring to the visible ratio information,
In the second step of the reflected light intensity calculation stage, the reflection coefficient kb (θL, φL, θV, φV) corresponding to the combination of “θL, φL, θV, φV” at the sample point position is referred to by referring to the layer data. For each layer, and by combining the obtained reflection coefficients kb according to the weighting by the visible ratio obtained in the first step, the reflection coefficient kb at the sample point position is obtained,
In the third step of the reflected light intensity calculation stage, when the intensity of the incident illumination light at the sample point is Ii, the reflection from the sample point is performed using the reflection coefficient kb at the sample point position obtained in the second step. The light intensity I,
I = kb · Ii
It is obtained by the following formula.

(10) 本発明の第10の態様は、上述の第1〜第3の態様に係る、表面に繊維シートを張り付けた三次元仮想物体に基づく二次元画像生成方法において、
レイヤーデータ入力段階では、レイヤー面の所定点に立てた法線nと照明光とのなす角をθL、レイヤー面上への照明光の投影像とレイヤー面上の所定点を通る基準線とのなす角度をφL、法線nと反射光とのなす角度をθV、レイヤー面上への反射光の投影像と基準線とのなす角度をφV、レイヤー面上に定義されたuv二次元座標系における所定点の座標値を(u,v)としたときに、「θL,φL,θV,φV,u,v」の関数として与えられる反射係数kb(θL,φL,θV,φV,u,v)を各レイヤーごとのレイヤーデータとして入力し、
可視割合情報入力段階では、「曲率,θL,φL,θV,φV,u,v」の様々な組み合わせのそれぞれについて、各レイヤーごとの可視割合を示す可視割合情報を入力し、
反射光強度演算段階では、仮想物体表面上のサンプル点位置に立てた法線nと入射照明光とのなす角をθL、法線nに直交する直交平面上への入射照明光の投影像と直交平面上のサンプル点を通る基準線とのなす角度をφL、法線nと反射光とのなす角度をθV、直交平面上への反射光の投影像と基準線とのなす角度をφV、サンプル点の座標値を(u,v)と定義し、
反射光強度演算段階の第1のステップでは、可視割合情報を参照することにより、サンプル点位置の「曲率,θL,φL,θV,φV,u,v」の組み合わせに対応する各レイヤーごとの可視割合を求め、
反射光強度演算段階の第2のステップでは、レイヤーデータを参照することにより、サンプル点位置の「θL,φL,θV,φV,u,v」の組み合わせに対応する反射係数kb(θL,φL,θV,φV,u,v)を各レイヤーごとに求め、求めた各反射係数kbを、それぞれ第1のステップで求めた可視割合による重みづけに応じて合成することにより、サンプル点位置における反射係数kbを求め、
反射光強度演算段階の第3のステップでは、サンプル点における入射照明光の強度をIiとしたときに、第2のステップで求めたサンプル点位置における反射係数kbを用いて、サンプル点からの反射光強度Iを、
I=kb・Ii
なる式で求めるようにしたものである。
(10) According to a tenth aspect of the present invention, in the two-dimensional image generation method based on the three-dimensional virtual object according to the first to third aspects described above, the fiber sheet is attached to the surface.
In the layer data input stage, the angle between the normal line n set at a predetermined point on the layer surface and the illumination light is θL, and the projection image of the illumination light on the layer surface and the reference line passing through the predetermined point on the layer surface The angle formed by φL, the angle formed by the normal n and the reflected light is θV, the angle formed by the projected image of the reflected light on the layer surface and the reference line is φV, and the uv two-dimensional coordinate system defined on the layer surface Is the reflection coefficient kb (θL, φL, θV, φV, u, v) given as a function of “θL, φL, θV, φV, u, v” ) As the layer data for each layer,
In the visible ratio information input stage, for each of various combinations of “curvature, θL, φL, θV, φV, u, v”, the visible ratio information indicating the visible ratio for each layer is input.
In the reflected light intensity calculation stage, the angle between the normal line n set at the sample point position on the virtual object surface and the incident illumination light is θL, and the projected image of the incident illumination light on the orthogonal plane orthogonal to the normal line n The angle formed by the reference line passing through the sample point on the orthogonal plane is φL, the angle formed by the normal line n and the reflected light is θV, the angle formed by the projected image of the reflected light on the orthogonal plane and the reference line is φV, Define the coordinate value of the sample point as (u, v),
In the first step of the reflected light intensity calculation stage, by referring to the visible ratio information, the visible for each layer corresponding to the combination of “curvature, θL, φL, θV, φV, u, v” of the sample point position is obtained. Find the percentage,
In the second step of the reflected light intensity calculation stage, the reflection coefficient kb (θL, φL, corresponding to the combination of “θL, φL, θV, φV, u, v” at the sample point position is referred to by referring to the layer data. θV, φV, u, v) is obtained for each layer, and the obtained reflection coefficients kb are synthesized in accordance with the weighting by the visible ratio obtained in the first step, thereby obtaining the reflection coefficient at the sample point position. Find kb,
In the third step of the reflected light intensity calculation stage, when the intensity of the incident illumination light at the sample point is Ii, the reflection from the sample point is performed using the reflection coefficient kb at the sample point position obtained in the second step. The light intensity I,
I = kb · Ii
It is obtained by the following formula.

(11) 本発明の第11の態様は、上述の第1〜第10の態様に係る、表面に繊維シートを張り付けた三次元仮想物体に基づく二次元画像生成方法において、
曲率演算段階で、特定のサンプル点Qについての曲率として、仮想物体をサンプル点Qを含む所定面で切断した切断面上に現れる仮想物体の輪郭線のサンプル点Q近傍の曲率を求めるようにしたものである。
(11) In an eleventh aspect of the present invention, in the two-dimensional image generation method based on the three-dimensional virtual object according to the above-described first to tenth aspects, a fiber sheet is attached to the surface.
In the curvature calculation stage, as the curvature for a specific sample point Q, the curvature in the vicinity of the sample point Q of the contour line of the virtual object appearing on the cut surface obtained by cutting the virtual object by a predetermined plane including the sample point Q is obtained. Is.

(12) 本発明の第12の態様は、上述の第11の態様に係る、表面に繊維シートを張り付けた三次元仮想物体に基づく二次元画像生成方法において、
切断面上に現れる仮想物体の輪郭線上のサンプル点Qの両側に、サンプル点Qから輪郭線に沿って等距離にある2点QL,QRを定義し、切断面上において、点QLにおける輪郭線の接線TLに直交する線と点QRにおける輪郭線の接線TRに直交する線との交点QQを求め、サンプル点Qと交点QQとの距離rの逆数を、サンプル点Qについての曲率σとするようにしたものである。
(12) According to a twelfth aspect of the present invention, in the two-dimensional image generation method based on the three-dimensional virtual object according to the eleventh aspect, the fiber sheet is attached to the surface.
Two points QL and QR that are equidistant from the sample point Q along the contour line are defined on both sides of the sample point Q on the contour line of the virtual object that appears on the cut surface, and the contour line at the point QL is defined on the cut surface. An intersection point QQ between a line perpendicular to the tangent line TL and a line perpendicular to the tangent line TR of the contour line at the point QR is obtained, and the reciprocal of the distance r between the sample point Q and the intersection point QQ is defined as the curvature σ of the sample point Q. It is what I did.

(13) 本発明の第13の態様は、上述の第1〜第10の態様に係る、表面に繊維シートを張り付けた三次元仮想物体に基づく二次元画像生成方法において、
物体データ入力段階では、仮想物体の立体形状を多角形の集合体として入力し、
曲率演算段階で、特定のサンプル点Qについての曲率を求める際に、当該特定のサンプル点を含むJ個の辺を有する着目多角形について、当該着目多角形とこれに隣接する複数J個の隣接多角形との間の仮想物体の内側についての形成角ω1〜ωJをそれぞれ求め、第j番目の隣接多角形との間の境界を形成する第j番目の辺に関する曲率として、第j番目の形成角ωjが180°に近くなればなるほど小さくなり、かつ、着目多角形および第j番目の隣接多角形の大きさが大きくなればなるほど小さくなるような絶対値をもち、第j番目の形成角ωjと180°との大小関係に応じた符号を有する曲率σjを定義し、第1番目の辺〜第J番目の辺についてそれぞれ曲率σ1〜σJを定義し、特定のサンプル点と第j番目の辺との距離が短ければ短いほど、第j番目の曲率σjの影響が大きくなるように、J個の曲率σ1〜σJを合成することにより、サンプル点Qについての曲率σQを求めるようにしたものである。
(13) According to a thirteenth aspect of the present invention, in the two-dimensional image generation method based on the three-dimensional virtual object according to the above-described first to tenth aspects, the fiber sheet is attached to the surface.
In the object data input stage, the solid shape of the virtual object is input as a polygonal aggregate,
When obtaining the curvature for a specific sample point Q in the curvature calculation stage, for the target polygon having J sides including the specific sample point, the target polygon and a plurality of J adjacent to the target polygon are adjacent to the target polygon. The formation angles ω1 to ωJ about the inside of the virtual object between the polygon and the polygon are obtained, respectively, and the jth formation is used as the curvature with respect to the jth side forming the boundary with the jth adjacent polygon. The j-th forming angle ωj has an absolute value that decreases as the angle ωj approaches 180 ° and decreases as the size of the target polygon and the j-th adjacent polygon increases. And a curvature σj having a sign corresponding to the magnitude relationship between and 180 °, and the curvatures σ1 to σJ are defined for the first side to the Jth side, respectively, and a specific sample point and the jth side Short if the distance to is short More, so that the influence of the j-th curvature σj increases, by synthesizing the J curvature Shiguma1~shigumaJ, is obtained so as to obtain a curvature σQ for sample point Q.

(14) 本発明の第14の態様は、上述の第13の態様に係る、表面に繊維シートを張り付けた三次元仮想物体に基づく二次元画像生成方法において、
可視割合情報入力段階では、向きのファクターをもった個々の曲率について、各レイヤーごとの可視割合を示す可視割合情報を入力し、
物体データ入力段階では、仮想物体に対する繊維シートの張り付け向きを示す基準方向線に関する情報を併せて入力し、
曲率演算段階では、基準方向線と着目多角形の第1番目の辺〜第J番目の辺のそれぞれとのなす角ξ1〜ξJを、各辺についての曲率角度としてそれぞれ求め、サンプル点Qと第j番目の辺との距離が短ければ短いほど、第j番目の曲率角度ξjの影響が大きくなるように、J個の曲率角度ξ1〜ξJを合成することにより、サンプル点Qについての曲率角度ξQを求め、
反射光強度演算段階の第1のステップでは、曲率角度ξQで示される向きのファクターをもった曲率に対応する各レイヤーごとの可視割合を求めるようにしたものである。
(14) According to a fourteenth aspect of the present invention, in the two-dimensional image generation method based on the three-dimensional virtual object according to the thirteenth aspect, the fiber sheet is attached to the surface.
At the visible rate information input stage, for each curvature with a factor of orientation, enter the visible rate information indicating the visible rate for each layer,
In the object data input stage, information on the reference direction line indicating the direction of the fiber sheet attached to the virtual object is also input,
In the curvature calculation stage, angles ξ1 to ξJ formed by the reference direction line and each of the first side to the Jth side of the target polygon are obtained as curvature angles for each side, and the sample point Q and The curvature angle ξQ for the sample point Q is synthesized by combining the J curvature angles ξ1 to ξJ so that the influence of the jth curvature angle ξj increases as the distance to the jth side becomes shorter. Seeking
In the first step of the reflected light intensity calculation stage, the visible ratio for each layer corresponding to the curvature having the orientation factor indicated by the curvature angle ξQ is obtained.

(15) 本発明の第15の態様は、上述の第1〜第10の態様に係る、表面に繊維シートを張り付けた三次元仮想物体に基づく二次元画像生成方法において、
物体データ入力段階では、仮想物体の立体形状を三角形の集合体として入力し、
曲率演算段階で、特定のサンプル点Qについての曲率を求める際に、当該特定のサンプル点を含む着目三角形Tqについて、当該着目三角形Tqと、辺A,B,Cを境界としてこれに隣接する3個の隣接三角形Ta,Tb,Tcとの間の仮想物体の内側についての形成角ωa,ωb,ωcをそれぞれ求め、辺Aに関する曲率として、形成角ωaが180°に近くなればなるほど小さくなり、かつ、着目三角形Tqおよび隣接三角形Taの大きさが大きくなればなるほど小さくなるような絶対値をもち、形成角ωaと180°との大小関係に応じた符号を有する曲率σaを定義し、辺Bに関する曲率として、形成角ωbが180°に近くなればなるほど小さくなり、かつ、着目三角形Tqおよび隣接三角形Tbの大きさが大きくなればなるほど小さくなるような絶対値をもち、形成角ωbと180°との大小関係に応じた符号を有する曲率σbを定義し、辺Cに関する曲率として、形成角ωcが180°に近くなればなるほど小さくなり、かつ、着目三角形Tqおよび隣接三角形Tcの大きさが大きくなればなるほど小さくなるような絶対値をもち、形成角ωcと180°との大小関係に応じた符号を有する曲率σcを定義し、サンプル点Qと辺Aとの距離が短ければ短いほど曲率σaの影響が大きくなり、サンプル点Qと辺Bとの距離が短ければ短いほど曲率σbの影響が大きくなり、サンプル点Qと辺Cとの距離が短ければ短いほど曲率σcの影響が大きくなるように、曲率σa,σb,σcを合成することにより、サンプル点Qについての曲率σQを求めるようにしたものである。
(15) According to a fifteenth aspect of the present invention, in the two-dimensional image generation method based on the three-dimensional virtual object according to the first to tenth aspects, the fiber sheet is attached to the surface.
In the object data input stage, the three-dimensional shape of the virtual object is input as a collection of triangles,
When calculating the curvature for a specific sample point Q in the curvature calculation stage, the target triangle Tq including the specific sample point is adjacent to the target triangle Tq and sides A, B, and C as boundaries. The formation angles ωa, ωb, and ωc about the inside of the virtual object between the adjacent triangles Ta, Tb, and Tc are respectively obtained, and the curvature with respect to the side A becomes smaller as the formation angle ωa approaches 180 °, In addition, a curvature σa having an absolute value that decreases as the size of the target triangle Tq and the adjacent triangle Ta increases, and having a sign corresponding to the magnitude relationship between the formation angle ωa and 180 °, is defined as side B As for the curvature, the smaller the formation angle ωb is closer to 180 °, the smaller the curvature is, and the smaller the size of the target triangle Tq and the adjacent triangle Tb is. And the curvature σb having a sign corresponding to the magnitude relationship between the forming angle ωb and 180 ° is defined, and the curvature with respect to the side C becomes smaller as the forming angle ωc approaches 180 °, And defining a curvature σc having an absolute value that decreases as the size of the target triangle Tq and the adjacent triangle Tc increases, and having a sign corresponding to the magnitude relationship between the formation angle ωc and 180 °, The shorter the distance between Q and side A, the greater the effect of curvature σa, and the shorter the distance between sample point Q and side B, the greater the effect of curvature σb. The curvature σQ for the sample point Q is obtained by combining the curvatures σa, σb, and σc so that the influence of the curvature σc increases as the distance becomes shorter.

(16) 本発明の第16の態様は、上述の第15の態様に係る、表面に繊維シートを張り付けた三次元仮想物体に基づく二次元画像生成方法において、
辺Aに関する曲率を定義する際に、着目三角形Tqの辺Aに対する対角から辺Aに下ろした垂線の長さhqaと、隣接三角形Taの辺Aに対する対角から辺Aに下ろした垂線の長さhaと、を求め、平面上に、「長さhqaをもった線分」と「長さhaをもった線分」とを、それぞれの一端が接続点Jaで接続され、かつ、接続点Jaにおける両線分のなす角が形成角ωaとなるように配置し、「長さhqaをもった線分」の垂直二等分線と「長さhaをもった線分」の垂直二等分線との交点Oaと接続点Jaとの距離Raの逆数を、辺Aに関する曲率σaの絶対値と定義し、
辺Bに関する曲率を定義する際に、着目三角形Tqの辺Bに対する対角から辺Bに下ろした垂線の長さhqbと、隣接三角形Tbの辺Bに対する対角から辺Bに下ろした垂線の長さhbと、を求め、平面上に、「長さhqbをもった線分」と「長さhbをもった線分」とを、それぞれの一端が接続点Jbで接続され、かつ、接続点Jbにおける両線分のなす角が形成角ωbとなるように配置し、「長さhqbをもった線分」の垂直二等分線と「長さhbをもった線分」の垂直二等分線との交点Obと接続点Jbとの距離Rbの逆数を、辺Bに関する曲率σbの絶対値と定義し、
辺Cに関する曲率を定義する際に、着目三角形Tqの辺Cに対する対角から辺Cに下ろした垂線の長さhqcと、隣接三角形Tcの辺Cに対する対角から辺Cに下ろした垂線の長さhcと、を求め、平面上に、「長さhqcをもった線分」と「長さhcをもった線分」とを、それぞれの一端が接続点Jcで接続され、かつ、接続点Jcにおける両線分のなす角が形成角ωcとなるように配置し、「長さhqcをもった線分」の垂直二等分線と「長さhcをもった線分」の垂直二等分線との交点Ocと接続点Jcとの距離Rcの逆数を、辺Cに関する曲率σcの絶対値と定義するようにしたものである。
(16) According to a sixteenth aspect of the present invention, in the two-dimensional image generation method based on the three-dimensional virtual object according to the fifteenth aspect, the fiber sheet is attached to the surface.
When defining the curvature with respect to the side A, the length hqa of the perpendicular line from the diagonal to the side A of the triangle Tq of interest to the side A and the length of the perpendicular line from the diagonal to the side A of the adjacent triangle Ta to the side A And a line segment having a length hqa and a line segment having a length ha are connected to each other at a connection point Ja, and a connection point is obtained. The angle between both line segments in Ja is arranged to be the formation angle ωa, and the vertical bisector of “line segment with length hqa” and the vertical bisector of “line segment with length ha” The reciprocal of the distance Ra between the intersection Oa and the connection point Ja with the dividing line is defined as the absolute value of the curvature σa with respect to the side A,
When defining the curvature with respect to the side B, the length hqb of the perpendicular line from the diagonal of the triangle Tq to the side B to the side B and the length of the perpendicular line from the diagonal to the side B of the adjacent triangle Tb to the side B Hb, and “on a plane, a line segment having a length hqb” and “a line segment having a length hb” are connected to each other at a connection point Jb. Arranged so that the angle formed by both line segments in Jb is the forming angle ωb, the vertical bisector of “line segment having length hqb” and the vertical bisector of “line segment having length hb” The reciprocal of the distance Rb between the intersection Ob with the segment and the connection point Jb is defined as the absolute value of the curvature σb with respect to the side B,
When defining the curvature with respect to the side C, the length hqc of the perpendicular line from the diagonal to the side C of the triangle Tq of interest to the side C and the length of the perpendicular line from the diagonal to the side C of the adjacent triangle Tc to the side C The length hc is obtained, and one end of each of the “line segment having the length hqc” and the “line segment having the length hc” is connected at the connection point Jc on the plane, and the connection point Arranged so that the angle formed by both line segments in Jc is the formation angle ωc, the vertical bisector of “line segment having length hqc” and the vertical bisector of “line segment having length hc” The reciprocal of the distance Rc between the intersection Oc with the segment and the connection point Jc is defined as the absolute value of the curvature σc with respect to the side C.

(17) 本発明の第17の態様は、上述の第15または第16の態様に係る、表面に繊維シートを張り付けた三次元仮想物体に基づく二次元画像生成方法において、
サンプル点Qについての曲率σQを求める際に、着目三角形Tqの辺Aに対する対角とサンプル点Qとの距離をLa、着目三角形Tqの辺Bに対する対角とサンプル点Qとの距離をLb、着目三角形Tqの辺Cに対する対角とサンプル点Qとの距離をLcとしたときに、
σQ=(La・σa+Lb・σb+Lc・σc)/(La+Lb+Lc)
なる演算を行うようにしたものである。
(17) According to a seventeenth aspect of the present invention, in the two-dimensional image generation method based on the three-dimensional virtual object according to the fifteenth or sixteenth aspect, a fiber sheet is attached to the surface.
When obtaining the curvature σQ for the sample point Q, the distance between the diagonal of the target triangle Tq with respect to the side A and the sample point Q is La, the distance between the diagonal of the target triangle Tq with respect to the side B and the sample point Q is Lb, When the distance between the diagonal to the side C of the triangle of interest Tq and the sample point Q is Lc,
σQ = (La · σa + Lb · σb + Lc · σc) / (La + Lb + Lc)
The operation is performed as follows.

(18) 本発明の第18の態様は、上述の第15または第16の態様に係る、表面に繊維シートを張り付けた三次元仮想物体に基づく二次元画像生成方法において、
サンプル点Qについての曲率σQを求める際に、サンプル点Qから辺Aに下ろした垂線と、サンプル点Qから辺Bに下ろした垂線と、サンプル点Qから辺Cに下ろした垂線と、によって、着目三角形Tqを3つの領域に分割し、辺Aに対する対角を含む領域の面積をUa、辺Bに対する対角を含む領域の面積をUb、辺Cに対する対角を含む領域の面積をUcとしたときに、
σQ=(Ua・σa+Ub・σb+Uc・σc)/(Ua+Ub+Uc)
なる演算を行うようにしたものである。
(18) According to an eighteenth aspect of the present invention, in the two-dimensional image generation method based on the three-dimensional virtual object according to the fifteenth or sixteenth aspect, a fiber sheet is attached to the surface.
In determining the curvature σQ for the sample point Q, a perpendicular line from the sample point Q to the side A, a perpendicular line from the sample point Q to the side B, and a perpendicular line from the sample point Q to the side C, The target triangle Tq is divided into three regions, the area of the region including the diagonal to the side A is Ua, the area of the region including the diagonal to the side B is Ub, and the area of the region including the diagonal to the side C is Uc. When
σQ = (Ua · σa + Ub · σb + Uc · σc) / (Ua + Ub + Uc)
The operation is performed as follows.

(19) 本発明の第19の態様は、上述の第15〜第18の態様に係る、表面に繊維シートを張り付けた三次元仮想物体に基づく二次元画像生成方法において、
可視割合情報入力段階では、向きのファクターをもった個々の曲率について、各レイヤーごとの可視割合を示す可視割合情報を入力し、
物体データ入力段階では、仮想物体に対する繊維シートの張り付け向きを示す基準方向線に関する情報を併せて入力し、
曲率演算段階では、基準方向線と着目三角形の辺A,辺B,辺Cのそれぞれとのなす角ξa,ξb,ξcを、各辺についての曲率角度としてそれぞれ求め、サンプル点Qと辺Aとの距離が短ければ短いほど曲率角度ξaの影響が大きくなり、サンプル点Qと辺Bとの距離が短ければ短いほど曲率角度ξbの影響が大きくなり、サンプル点Qと辺Cとの距離が短ければ短いほど曲率角度ξcの影響が大きくなるように、曲率角度ξa,ξb,ξcを合成することにより、サンプル点Qについての曲率角度ξQを求め、
反射光強度演算段階の第1のステップでは、曲率角度ξQで示される向きのファクターをもった曲率に対応する各レイヤーごとの可視割合を求めるようにしたものである。
(19) According to a nineteenth aspect of the present invention, in the two-dimensional image generation method based on the three-dimensional virtual object according to the above-described fifteenth to eighteenth aspects, a fiber sheet is attached to the surface.
At the visible rate information input stage, for each curvature with a factor of orientation, enter the visible rate information indicating the visible rate for each layer,
In the object data input stage, information on the reference direction line indicating the direction of the fiber sheet attached to the virtual object is also input,
In the curvature calculation stage, angles ξa, ξb, and ξc formed by the reference direction line and each of the sides A, B, and C of the target triangle are respectively obtained as the curvature angles for the respective sides, and the sample point Q, side A, and The shorter the distance, the greater the influence of the curvature angle ξa, and the shorter the distance between the sample point Q and the side B, the greater the influence of the curvature angle ξb, and the shorter the distance between the sample point Q and the side C. The curvature angle ξQ for the sample point Q is obtained by synthesizing the curvature angles ξa, ξb, and ξc so that the influence of the curvature angle ξc becomes larger as the length becomes shorter.
In the first step of the reflected light intensity calculation stage, the visible ratio for each layer corresponding to the curvature having the orientation factor indicated by the curvature angle ξQ is obtained.

(20) 本発明の第20の態様は、上述の第19の態様に係る、表面に繊維シートを張り付けた三次元仮想物体に基づく二次元画像生成方法において、
サンプル点Qについての曲率角度ξQを求める際に、着目三角形Tqの辺Aに対する対角とサンプル点Qとの距離をLa、着目三角形Tqの辺Bに対する対角とサンプル点Qとの距離をLb、着目三角形Tqの辺Cに対する対角とサンプル点Qとの距離をLcとしたときに、
ξQ=(La・ξa+Lb・ξb+Lc・ξc)/(La+Lb+Lc)
なる演算を行うようにしたものである。
(20) According to a twentieth aspect of the present invention, in the two-dimensional image generation method based on the three-dimensional virtual object according to the nineteenth aspect, the fiber sheet is attached to the surface.
When obtaining the curvature angle ξQ for the sample point Q, the distance between the diagonal of the target triangle Tq with respect to the side A and the sample point Q is La, and the distance between the diagonal of the target triangle Tq with respect to the side B and the sample point Q is Lb. When the distance between the diagonal to the side C of the triangle Tq of interest and the sample point Q is Lc,
ξQ = (La · ξa + Lb · ξb + Lc · ξc) / (La + Lb + Lc)
The operation is performed as follows.

(21) 本発明の第21の態様は、上述の第19の態様に係る、表面に繊維シートを張り付けた三次元仮想物体に基づく二次元画像生成方法において、
サンプル点Qについての曲率角度ξQを求める際に、サンプル点Qから辺Aに下ろした垂線と、サンプル点Qから辺Bに下ろした垂線と、サンプル点Qから辺Cに下ろした垂線と、によって、着目三角形Tqを3つの領域に分割し、辺Aに対する対角を含む領域の面積をUa、辺Bに対する対角を含む領域の面積をUb、辺Cに対する対角を含む領域の面積をUcとしたときに、
σQ=(Ua・ξa+Ub・ξb+Uc・ξc)/(Ua+Ub+Uc)
なる演算を行うようにしたものである。
(21) According to a twenty-first aspect of the present invention, in the two-dimensional image generation method based on the three-dimensional virtual object according to the nineteenth aspect, the fiber sheet is attached to the surface.
When determining the curvature angle ξQ for the sample point Q, a perpendicular line from the sample point Q to the side A, a perpendicular line from the sample point Q to the side B, and a perpendicular line from the sample point Q to the side C The target triangle Tq is divided into three regions, the area of the region including the diagonal to the side A is Ua, the area of the region including the diagonal to the side B is Ub, and the area of the region including the diagonal to the side C is Uc And when
σQ = (Ua · ξa + Ub · ξb + Uc · ξc) / (Ua + Ub + Uc)
The operation is performed as follows.

(22) 本発明の第22の態様は、上述の第1〜第10の態様に係る、表面に繊維シートを張り付けた三次元仮想物体に基づく二次元画像生成方法において、
物体データ入力段階では、仮想物体の立体形状を、数式およびこの数式に用いられているパラメータの値によって表現されるパラメトリック曲面として入力し、
曲率演算段階で、特定のサンプル点Qについての曲率を、数式およびパラメータの値を用いた演算により求めるようにしたものである。
(22) According to a twenty-second aspect of the present invention, in the two-dimensional image generation method based on the three-dimensional virtual object according to the above-described first to tenth aspects, a fiber sheet is attached to the surface.
In the object data input stage, the three-dimensional shape of the virtual object is input as a parametric curved surface expressed by a mathematical formula and the parameter value used in the mathematical formula,
In the curvature calculation stage, the curvature for a specific sample point Q is obtained by calculation using mathematical formulas and parameter values.

(23) 本発明の第23の態様は、上述の第1〜第22の態様に係る、表面に繊維シートを張り付けた三次元仮想物体に基づく二次元画像生成方法において、
コンピュータが、繊維シート構造体の形状データを入力し、この形状データに基づいて、繊維シートを種々の曲率で曲げた状態をシミュレートし、種々の曲率についての各レイヤーごとの可視割合を示す可視割合情報を作成する可視割合情報作成段階を更に有し、作成された可視割合情報を可視割合情報入力段階で入力するようにしたものである。
(23) According to a twenty-third aspect of the present invention, in the two-dimensional image generation method based on the three-dimensional virtual object according to the above first to twenty-second aspects, a fiber sheet is attached to the surface.
The computer inputs the shape data of the fiber sheet structure, and based on this shape data, simulates the state where the fiber sheet is bent with various curvatures, and shows the visible ratio of each layer for various curvatures. A visible ratio information creation stage for creating ratio information is further provided, and the created visible ratio information is input at the visible ratio information input stage.

(24) 本発明の第24の態様は、上述の第23の態様に係る、表面に繊維シートを張り付けた三次元仮想物体に基づく二次元画像生成方法において、
繊維シート構造体をレイヤー面に対して垂直上方に投影し、隠面処理を施したときに、投影面上に現れるレイヤーごとの面積比に基づいて可視割合を決定するようにしたものである。
(24) According to a twenty-fourth aspect of the present invention, in the two-dimensional image generation method based on the three-dimensional virtual object according to the twenty-third aspect, the fiber sheet is attached to the surface.
When the fiber sheet structure is projected vertically upward with respect to the layer surface and the hidden surface treatment is performed, the visible ratio is determined based on the area ratio of each layer appearing on the projection surface.

(25) 本発明の第25の態様は、上述の第1〜第24の態様に係る、表面に繊維シートを張り付けた三次元仮想物体に基づく二次元画像生成方法において、
可視割合情報入力段階で、離散的に定義された複数の曲率ごとの可視割合情報を入力し、
反射光強度演算段階の第1のステップで、曲率演算段階で求められた特定のサンプル点についての曲率に対応する可視割合を、可視割合情報によって離散的な曲率について定義されている可視割合を補間することによって求めるようにしたものである。
(25) According to a 25th aspect of the present invention, in the two-dimensional image generation method based on the three-dimensional virtual object according to the above first to twenty-fourth aspects, a fiber sheet is attached to the surface.
In the visual ratio information input stage, enter the visual ratio information for each of a plurality of discretely defined curvatures.
In the first step of the reflected light intensity calculation stage, the visible ratio corresponding to the curvature for the specific sample point obtained in the curvature calculation stage is interpolated with the visible ratio defined for the discrete curvature by the visible ratio information. It is what you ask for by doing.

(26) 本発明の第26の態様は、上述の第1〜第25の態様に係る、表面に繊維シートを張り付けた三次元仮想物体に基づく二次元画像生成方法における各段階をコンピュータに実行させるためのプログラムを用意したものである。   (26) According to a twenty-sixth aspect of the present invention, the computer executes each step in the two-dimensional image generation method based on the three-dimensional virtual object having a fiber sheet attached to the surface according to the first to the twenty-fifth aspects. A program for this purpose is prepared.

(27) 本発明の第27の態様は、物体の三次元データに基づいて、当該物体の表面に繊維シートを張り付け、これを所定の視点から観察したときに得られる投影画像を示す二次元データを生成する三次元仮想物体に基づく二次元画像生成装置において、
外部から与えられる種々のデータを入力するデータ入力部と、
データ入力部から入力された、仮想物体の立体形状を示す三次元データを格納する三次元データ格納部と、
データ入力部から入力された、張り付け対象となる仮想の繊維シートを構成する複数m枚の各レイヤーごとの反射特性を示すm通りのレイヤーデータを格納するレイヤーデータ格納部と、
データ入力部から入力された、繊維シートを種々の曲率で曲げた状態における各レイヤーごとの可視割合を示す可視割合情報を格納する可視割合情報格納部と、
データ入力部から入力されたデータに基づき、照明条件、視点位置、投影平面を設定する投影条件設定部と、
三次元データに基づいて、仮想物体の表面上に定義された所定のサンプル点の位置について、仮想物体表面の曲率を求める曲率演算部と、
繊維シートを仮想物体の表面に張り付けた場合に、個々のサンプル点から視点位置に向かう反射光の強度を演算する反射光強度演算部と、
サンプル点からの反射光と投影平面との交点位置に、反射光の強度に応じた画素値をもつ画素を定義する画素定義部と、
多数のサンプル点について定義された多数の画素の集合を、仮想物体の投影画像を示す二次元投影データとして格納する投影データ格納部と、
を設け、
反射光強度演算部を、
可視割合情報を参照して1つのサンプル点位置における曲率に対応する各レイヤーごとの可視割合を求める第1の機能部と、
当該サンプル点位置における反射特性を、m通りのレイヤーデータの反射特性を第1の機能部が求めた可視割合に応じて合成することにより求める第2の機能部と、
第2の機能部が求めた反射特性に基づいて、当該サンプル点からの反射光の強度を求める第3の機能部と、
によって構成したものである。
(27) According to a twenty-seventh aspect of the present invention, two-dimensional data indicating a projection image obtained when a fiber sheet is attached to the surface of the object based on the three-dimensional data of the object and observed from a predetermined viewpoint In a two-dimensional image generation device based on a three-dimensional virtual object that generates
A data input unit for inputting various data given from the outside;
A three-dimensional data storage unit that stores three-dimensional data that is input from the data input unit and indicates the three-dimensional shape of the virtual object;
A layer data storage unit that stores m layers of data indicating the reflection characteristics of each of a plurality of m layers constituting a virtual fiber sheet to be pasted, input from the data input unit;
Visible rate information storage unit that stores the visible rate information indicating the visible rate for each layer in a state where the fiber sheet is bent with various curvatures, which is input from the data input unit;
A projection condition setting unit for setting illumination conditions, a viewpoint position, and a projection plane based on data input from the data input unit;
A curvature calculator that calculates the curvature of the surface of the virtual object with respect to the position of the predetermined sample point defined on the surface of the virtual object based on the three-dimensional data;
When the fiber sheet is attached to the surface of the virtual object, a reflected light intensity calculation unit that calculates the intensity of reflected light from each sample point toward the viewpoint position;
A pixel definition unit that defines a pixel having a pixel value corresponding to the intensity of the reflected light at the intersection of the reflected light from the sample point and the projection plane;
A projection data storage unit that stores a set of a large number of pixels defined for a large number of sample points as two-dimensional projection data indicating a projection image of a virtual object;
Provided,
The reflected light intensity calculation unit
A first functional unit that obtains a visible ratio for each layer corresponding to the curvature at one sample point position with reference to the visible ratio information;
A second functional unit that obtains the reflection characteristic at the sample point position by combining the reflection characteristics of m layer data according to the visible ratio obtained by the first functional unit;
Based on the reflection characteristics obtained by the second functional unit, a third functional unit for obtaining the intensity of the reflected light from the sample point;
It is constituted by.

(28) 本発明の第28の態様は、上述の第27の態様に係る、表面に繊維シートを張り付けた三次元仮想物体に基づく二次元画像生成装置において、
データ入力部が、繊維シートを仮想物体に張り付けたときに、繊維シート上に定義された基準方向線の向きに関する情報を入力する機能を有し、
可視割合情報格納部が、向きのファクターをもった個々の曲率について、各レイヤーごとの可視割合を示す可視割合情報を入力する機能を有し、
曲率演算部が、向きのファクターをもった曲率を求める機能を有し、
反射光強度演算部が、向きのファクターをもった曲率に対応する各レイヤーごとの可視割合を用いて、反射光強度を求める機能を有するようにしたものである。
(28) According to a twenty-eighth aspect of the present invention, in the two-dimensional image generation device based on the three-dimensional virtual object according to the twenty-seventh aspect, a fiber sheet is attached to the surface.
The data input unit has a function of inputting information regarding the orientation of the reference direction line defined on the fiber sheet when the fiber sheet is attached to the virtual object,
The visible ratio information storage unit has a function of inputting visible ratio information indicating the visible ratio of each layer for each curvature having a direction factor,
The curvature calculator has a function to calculate the curvature with the orientation factor,
The reflected light intensity calculation unit has a function of obtaining the reflected light intensity using the visible ratio for each layer corresponding to the curvature having the orientation factor.

本発明に係る二次元画像生成方法および生成装置によれば、繊維シートの反射特性を複数のレイヤーごとに分けて取り扱い、この繊維シートを張り付けた仮想物体の各部からの反射光強度を演算する際に、当該各部の曲率に応じて定まる所定比率で各レイヤーごとの反射特性の合成を行うようにしたため、繊維の質感が十分に表現された二次元画像を生成することが可能になる。   According to the two-dimensional image generation method and the generation apparatus according to the present invention, the reflection characteristics of the fiber sheet are handled separately for each of a plurality of layers, and the reflected light intensity from each part of the virtual object to which the fiber sheet is attached is calculated. In addition, since the reflection characteristics of each layer are synthesized at a predetermined ratio determined according to the curvature of each part, it is possible to generate a two-dimensional image in which the texture of the fiber is sufficiently expressed.

以下、本発明を図示する実施形態に基づいて説明する。   Hereinafter, the present invention will be described based on the illustrated embodiments.

<<< §1.レンダリング処理の基本概念 >>>
本発明は、コンピュータを用いたレンダリング処理に係るものであり、特に、表面に繊維シート(布などの繊維質材料からなるシート)を張り付けた三次元仮想物体についてのレンダリング処理に係るものである。ここでは、従来の一般的なレンダリング処理の基本概念とその問題点、そして当該問題点を解決するための本発明の基本概念を説明する。
<<< §1. Basic concept of rendering processing >>
The present invention relates to a rendering process using a computer, and particularly relates to a rendering process for a three-dimensional virtual object in which a fiber sheet (a sheet made of a fibrous material such as cloth) is attached to the surface. Here, a basic concept of a conventional general rendering process, its problems, and a basic concept of the present invention for solving the problems will be described.

まず、図1(a) に示すような三次元仮想物体10を、所定の視点位置から観察した場合に得られる二次元画像を生成する処理を考えよう。この仮想物体10は、直方体状の立体であり、実際には全6面を有しているが、得られた二次元画像上には、図示のとおり上面11、前面12,側面13の3面のみが現れている。レンダリング処理は、仮想物体10の三次元データに基づいて、図示のような二次元画像を生成する処理であり、仮想物体10の三次元データをコンピュータに入力し、照明条件(光源の種類や位置)、視点位置、投影平面を設定した上で、光源からの照明光が、仮想物体10の表面各部から反射して視点位置方向へ向かう光学現象をシミュレートする処理ということができる。所定の投影平面上において、仮想物体10の表面各部からの反射光強度分布を演算することにより、この投影平面上に二次元画像を得ることができる。   First, let us consider a process of generating a two-dimensional image obtained when a three-dimensional virtual object 10 as shown in FIG. 1A is observed from a predetermined viewpoint position. The virtual object 10 is a rectangular parallelepiped solid and actually has all six surfaces. However, on the obtained two-dimensional image, three surfaces of an upper surface 11, a front surface 12, and a side surface 13 as illustrated. Only appears. The rendering process is a process of generating a two-dimensional image as shown in the figure based on the three-dimensional data of the virtual object 10, and the three-dimensional data of the virtual object 10 is input to the computer, and the illumination condition (the type and position of the light source) ), A process of simulating an optical phenomenon in which the illumination light from the light source is reflected from each part of the surface of the virtual object 10 toward the viewpoint position after setting the viewpoint position and the projection plane. By calculating the reflected light intensity distribution from each part of the surface of the virtual object 10 on a predetermined projection plane, a two-dimensional image can be obtained on the projection plane.

一方、図1(b) に示す仮想物体20は、図1(a) に示す仮想物体10の表面に、繊維シートを張り付けたものである。図示のとおり、得られた二次元画像上には、上面21、前面22,側面23の3面が現れているが、いずれも繊維シートを張り付けた面となっている。このように、三次元仮想物体の表面に、何らかの二次元シートを張り付けた状態を示すレンダリング処理は、通常、テクスチャマッピングの手法を利用して行われる。すなわち、二次元シートの絵柄情報を二次元テクスチャデータ(二次元の反射特性分布を示すデータ)として用意しておき、仮想物体の表面に、このテクスチャデータを張り付けた状態で、各部の反射率を演算する処理が行われる。テクスチャデータとして、繊維1本1本の濃淡が表現された絵柄データを用意しておけば、得られる二次元画像上にも、繊維の質感が表現されることになる。   On the other hand, the virtual object 20 shown in FIG. 1B is obtained by attaching a fiber sheet to the surface of the virtual object 10 shown in FIG. As shown in the figure, on the obtained two-dimensional image, three surfaces of an upper surface 21, a front surface 22, and a side surface 23 appear, and all are surfaces to which a fiber sheet is attached. As described above, rendering processing that indicates a state in which a two-dimensional sheet is pasted on the surface of a three-dimensional virtual object is usually performed using a texture mapping technique. That is, the pattern information of a two-dimensional sheet is prepared as two-dimensional texture data (data indicating a two-dimensional reflection characteristic distribution), and the reflectance of each part is set with the texture data pasted on the surface of a virtual object. Processing to calculate is performed. If pattern data representing the density of each fiber is prepared as texture data, the texture of the fiber is also expressed on the obtained two-dimensional image.

しかしながら、前述したとおり、従来の一般的なテクスチャマッピングの手法を用いた場合、実際の繊維シートのもつ素材の特徴を十分に表現することが困難である。このため、CGにより生成された二次元画像は、実物の写真画像に比べると、繊維の質感が不自然に見え、リアルな臨場感に乏しい結果となる。   However, as described above, when the conventional general texture mapping method is used, it is difficult to sufficiently express the characteristics of the material of the actual fiber sheet. For this reason, the two-dimensional image generated by CG looks unnatural in the texture of the fiber compared to a real photographic image, resulting in poor realism.

そこで、本願発明者は、繊維シートを張り付けた物体の二次元画像をCGで生成した場合に、十分な繊維質表現を行うことができない原因をいろいろな方法で探求してみた。その結果、ソファなどの家具や自動車のシートなどについては、特に、繊維質表現の不自然さが顕著になる傾向があることがわかった。更に技術的な検証・考察を重ねることにより、次の2つの事実に気がついた。   Therefore, the inventor of the present application has searched for the cause of the inability to perform sufficient fiber expression when a two-dimensional image of an object with a fiber sheet attached thereto is generated by CG. As a result, it was found that the unnaturalness of fiber expression tends to be particularly noticeable for furniture such as sofas and automobile seats. Through further technical verification and consideration, I noticed the following two facts.

第1の事実は、繊維シートを仮想物体の平面に張り付けた場合より、曲面に張り付けた場合の方が、不自然さがより顕著であるという点である。たとえば、図1(a) に示すような平面のみからなる仮想物体10よりも、図2(a) に示すような曲面を含む仮想物体30の方が、不自然さが顕著になる。仮想物体30には、上面31と側面32とが現れているが、このうちの上面31は曲面を構成している。ここで、図2(b) に示すように、表面に繊維シートを張り付けた仮想物体40を用意して、従来の一般的な方法でレンダリング処理を行った場合、平面からなる側面42の繊維質表現よりも、曲面からなる上面41の繊維質表現の方が不自然に見える傾向にあることが判明した。   The first fact is that unnaturalness is more conspicuous when the fiber sheet is attached to a curved surface than when the fiber sheet is attached to the plane of the virtual object. For example, the virtual object 30 including a curved surface as shown in FIG. 2 (a) is more unnatural than the virtual object 10 consisting only of a plane as shown in FIG. 1 (a). An upper surface 31 and a side surface 32 appear on the virtual object 30, and the upper surface 31 of these has a curved surface. Here, as shown in FIG. 2 (b), when a virtual object 40 with a fiber sheet attached to the surface is prepared and rendering processing is performed by a conventional general method, the fiber on the side surface 42 formed of a plane is obtained. It was found that the fiber representation of the upper surface 41 made of a curved surface tends to look unnatural rather than the representation.

第2の事実は、繊維質表現が不自然になるのは、特に、デニム、玉虫織り、タオル、ビロードなどのパイル地といった繊維シートを張り付けた場合に顕著であるという点である。これらの生地に共通するのは、表面が植毛構造をなしていたり、視野に投影される縦糸と横糸との面積比が固定されていなかったりして、生地を曲げると、表面の構造に変化が生じるという点である。   The second fact is that the fiber expression becomes unnatural particularly when a fiber sheet such as a pile fabric such as denim, iridescent weave, towel or velvet is attached. Common to these fabrics is that the surface has a flocked structure, or the area ratio between the warp and weft projected onto the field of view is not fixed. It occurs.

たとえば、図2(b) に示す例の場合、生地を側面42(平面)に張り付けた場合を基準の状態とすると、生地を上面41(曲面)に張り付けた場合は、生地は凸状に湾曲することになる。このため、表面に多数の植毛構造をもった生地の場合、1本1本の毛の先端部の間隔がより広がることになる。たとえば、タオル地の場合、ベースとなる素材に対して、多数のパイルが植毛された構造を有しているが、生地を凸状に湾曲させると、個々のパイルの先端部の間隔が広がり、ベースとなる素材が観察される面積が増加することになる。逆に、生地を凹状に湾曲させると、個々のパイルの先端部の間隔が狭まり、ベースとなる素材が観察される面積は減少する。その結果、生地を張り付ける面の曲率によって、生地の観察態様が変化することになる。   For example, in the example shown in FIG. 2 (b), when the fabric is attached to the side surface 42 (plane) as a reference state, when the fabric is attached to the upper surface 41 (curved surface), the fabric is curved in a convex shape. Will do. For this reason, in the case of a fabric having a large number of flocking structures on the surface, the distance between the tips of each hair is further increased. For example, towel fabric has a structure in which a large number of piles are planted on the base material, but if the fabric is curved in a convex shape, the distance between the tips of the individual piles increases, and the base This increases the area where the material is observed. Conversely, when the dough is curved in a concave shape, the distance between the tips of the individual piles is narrowed, and the area where the base material is observed is reduced. As a result, the observation mode of the fabric changes depending on the curvature of the surface on which the fabric is pasted.

また、玉虫織りの場合は、視野に投影される縦糸と横糸との面積比が、生地の観察態様に大きな影響を与えることになるが、生地を凹状に湾曲させた場合と、凸状に湾曲させた場合とでは、視野に投影される縦糸と横糸との面積比が変化することになる。この場合、生地の観察態様は、湾曲させる方向にも依存して変化する。あるいはフェルト地などでは、凸状に湾曲させることによって、鏡面反射成分が増加する現象もみられる。これは、生地の湾曲によって生じる張力によって、繊維の向きが一方向に揃うためと考えられる。同様の現象は、フェルトのみならず、様々な繊維シートで生じていると思われる。   In the case of iridescent weaving, the area ratio between the warp and weft projected onto the field of view has a great influence on the observation mode of the fabric. In this case, the area ratio between the warp and the weft projected on the field of view changes. In this case, the observation mode of the cloth changes depending on the bending direction. Or in felt ground, the phenomenon that the specular reflection component increases by bending in a convex shape is also seen. This is considered because the direction of the fibers is aligned in one direction by the tension generated by the curvature of the fabric. The same phenomenon seems to occur not only in felt but also in various fiber sheets.

このような2つの事実から、繊維シートを張り付けた仮想物体の二次元画像において、繊維の質感に不自然さが生じる要因の1つは、曲面に張り付けた繊維シートの表面構造の変化にある、と考えることができる。そこで、本願発明者は、二次元画像をCGで作成する場合に、繊維シートの表面構造の変化を考慮したレンダリング処理を行うことにより、不自然さを払拭することができるのではないかと考えたのである。そのためには、レンダリング処理において、仮想物体表面における反射特性を定量的に評価する際に、当該仮想物体表面の曲率を考慮するようにすればよい。以下、この概念をより詳細に説明する。   From these two facts, in the two-dimensional image of the virtual object pasted with the fiber sheet, one of the factors causing unnaturalness in the texture of the fiber is the change in the surface structure of the fiber sheet pasted on the curved surface. Can be considered. Therefore, the inventor of the present application thought that when creating a two-dimensional image with CG, unnaturalness could be eliminated by performing a rendering process in consideration of changes in the surface structure of the fiber sheet. It is. For this purpose, in the rendering process, the curvature of the virtual object surface may be taken into account when quantitatively evaluating the reflection characteristics on the virtual object surface. Hereinafter, this concept will be described in more detail.

図3は、一般的なレンダリング処理の原理を示す斜視図である。この例は、仮想物体50を、視点Eから観察したときに、投影平面M上に投影画像55を求めるシェーディングモデルを示すものである。このとき、仮想繊維シート60を仮想物体50の表面に張り付けた状態の投影像を求めるようにする。このようなレンダリング処理を行うために、まず、仮想物体50を示す三次元データが用意される。たとえば、図示の例では、XYZ三次元座標系上に定義された多数のポリゴン(多角形)の集合として、仮想物体50が表現されており、仮想物体50の表面の各部は、それぞれポリゴンによって構成されている。   FIG. 3 is a perspective view showing the principle of general rendering processing. This example shows a shading model for obtaining a projection image 55 on the projection plane M when the virtual object 50 is observed from the viewpoint E. At this time, a projection image with the virtual fiber sheet 60 attached to the surface of the virtual object 50 is obtained. In order to perform such rendering processing, first, three-dimensional data indicating the virtual object 50 is prepared. For example, in the illustrated example, the virtual object 50 is expressed as a set of a large number of polygons (polygons) defined on an XYZ three-dimensional coordinate system, and each part of the surface of the virtual object 50 is configured by a polygon. Has been.

一方、仮想繊維シート60は、二次元のテクスチャデータとして用意される。図示の例では、仮想繊維シート60上のuv二次元座標系上に定義された画像データによって、格子模様の下地にハート型の絵柄が表現されている。この絵柄データは、結局、仮想繊維シート60の反射特性の分布を示す反射特性データということができる。レンダリング処理を行う際には、このuv座標系上に定義された絵柄データを、XYZ座標系上に定義された仮想物体の表面にマッピングし、仮想物体表面の各部の反射特性を決定することになる。   On the other hand, the virtual fiber sheet 60 is prepared as two-dimensional texture data. In the example shown in the figure, a heart-shaped picture is expressed on the base of the lattice pattern by image data defined on the uv two-dimensional coordinate system on the virtual fiber sheet 60. After all, this pattern data can be referred to as reflection characteristic data indicating the distribution of reflection characteristics of the virtual fiber sheet 60. When rendering processing is performed, the pattern data defined on the uv coordinate system is mapped to the surface of the virtual object defined on the XYZ coordinate system, and the reflection characteristics of each part of the virtual object surface are determined. Become.

レンダリング処理にあたっては、この他、照明条件、視点位置、投影平面を設定する必要がある。照明条件としては、光源の種類(たとえば、形状、大きさ、波長特性など)や位置などを設定する。図示の例の場合、光源G、視点E、投影平面Mが図示の位置に設定されている。また、投影平面M上には、xy二次元座標系が定義されており、投影画像55(レンダリング処理の目的物として得られる二次元画像)は、このxy座標系上の画像データとして得られることになる。   In the rendering process, it is necessary to set the illumination conditions, the viewpoint position, and the projection plane. As illumination conditions, the type (for example, shape, size, wavelength characteristics, etc.) and position of the light source are set. In the case of the illustrated example, the light source G, the viewpoint E, and the projection plane M are set at the illustrated positions. In addition, an xy two-dimensional coordinate system is defined on the projection plane M, and a projection image 55 (a two-dimensional image obtained as an object of rendering processing) is obtained as image data on the xy coordinate system. become.

いま、図示のとおり、仮想物体50上にサンプル点Qを定義し、このサンプル点Qから視点Eに向かう反射光Vを考える。この反射光Vは、光源Gからの照明光Lが、サンプル点Qで反射することにより得られる光であり、視点Eの位置で観察される光である。もっとも、ここでいう「反射」とは、「鏡面反射」のみでなく、「拡散反射」も含めた広い概念であり、サンプル点Qに様々な角度で入射する照明光がそれぞれ反射光として視点Eに向かうことになる。したがって、図示の反射光Vは、様々な角度から入射した照明光から得られる反射光の集まりというべきものになる。   Now, as illustrated, a sample point Q is defined on the virtual object 50, and the reflected light V traveling from the sample point Q toward the viewpoint E is considered. The reflected light V is light obtained by reflecting the illumination light L from the light source G at the sample point Q, and is light that is observed at the position of the viewpoint E. However, “reflection” here is a broad concept that includes not only “specular reflection” but also “diffuse reflection”, and illumination light incident on the sample point Q at various angles is reflected as viewpoint E. Will head to. Accordingly, the reflected light V shown in the figure is a collection of reflected light obtained from illumination light incident from various angles.

1つのサンプル点Qから視点Eに向かう反射光Vと投影平面Mとの交点位置に、当該反射光Vの強度に応じた画素値をもつ画素Pを定義するようにし、仮想物体50の表面上の多数のサンプル点から視点Eに向かう各反射光について、同様に、投影平面M上に画素を定義すれば、多数のサンプル点について定義された多数の画素の集合により、仮想物体50の投影画像が投影平面M上に得られることになる。実用上は、予め投影平面M上に所望の解像度で画素配列を定義しておき、視点Eと個々の画素Pの代表点(たとえば、中心位置)とを結ぶ線を仮想物体50上へと伸ばし、仮想物体表面との交点位置にサンプル点Qを定義し、上述した手法により、個々の画素Pの画素値を演算すれば、必要な解像度をもった二次元データを得ることができる。   On the surface of the virtual object 50, a pixel P having a pixel value corresponding to the intensity of the reflected light V is defined at the intersection of the reflected light V from the sample point Q toward the viewpoint E and the projection plane M. Similarly, if pixels are defined on the projection plane M with respect to each reflected light directed from the large number of sample points to the viewpoint E, the projection image of the virtual object 50 is obtained by the collection of the large number of pixels defined for the large number of sample points. Is obtained on the projection plane M. In practice, a pixel array is defined in advance on the projection plane M at a desired resolution, and a line connecting the viewpoint E and the representative point (for example, the center position) of each pixel P is extended onto the virtual object 50. If the sample point Q is defined at the intersection position with the virtual object surface and the pixel value of each pixel P is calculated by the above-described method, two-dimensional data having the necessary resolution can be obtained.

このように、投影平面M上の画素Pの画素値を求めるためには、サンプル点Qから画素Pを通って視点Eに向かう反射光Vの強度を求める必要があるが、このような反射光Vの強度は、基本的に、サンプル点Qに入射する照明光Lの強度と、サンプル点Qにおける光の反射率(鏡面反射率や拡散反射率)とを考慮した演算によって求めることができる。もちろん、このとき、サンプル点Qを含むポリゴンの向きを考慮に入れた演算が行われ、サンプル点Qにマッピングされたテクスチャデータ(uv座標系上に定義された繊維シート60の画像データ)も考慮に入れた演算が行われる。したがって、仮想物体50の表面が曲面であれば、当該曲面に応じた陰影をもった投影画像55が得られることになり、仮想繊維シート60の反射特性データ(テクスチャデータ)が、図示のように、格子模様とハート型の絵柄の情報をもっていれば、投影画像55上にも、この格子模様およびハート型の絵柄が表現されることになる(図3では、この絵柄の図示は省略)。   As described above, in order to obtain the pixel value of the pixel P on the projection plane M, it is necessary to obtain the intensity of the reflected light V from the sample point Q through the pixel P toward the viewpoint E. The intensity of V can be basically obtained by calculation in consideration of the intensity of the illumination light L incident on the sample point Q and the light reflectance (specular reflectance or diffuse reflectance) at the sample point Q. Of course, at this time, an operation taking into account the orientation of the polygon including the sample point Q is performed, and texture data mapped to the sample point Q (image data of the fiber sheet 60 defined on the uv coordinate system) is also taken into consideration. The operation entered in is performed. Therefore, if the surface of the virtual object 50 is a curved surface, a projection image 55 having a shadow corresponding to the curved surface is obtained, and the reflection characteristic data (texture data) of the virtual fiber sheet 60 is as illustrated. If there is information on the lattice pattern and the heart-shaped pattern, the lattice pattern and the heart-shaped pattern are also expressed on the projected image 55 (the illustration of the pattern is omitted in FIG. 3).

しかしながら、従来のテクスチャマッピングの手法では、テクスチャデータを三次元仮想物体の表面にマッピングする場合、単に、二次元データを幾何学的にマッピングするだけなので、生地を曲げると、表面の構造に変化が生じるような繊維シートを、曲面にマッピングした場合に、十分な質感表現を行うことができない。本発明の基本概念は、このレンダリング処理の際に、更に、サンプル点Qにおける仮想物体50の曲率を考慮に入れて反射光の強度演算を行うようにする、という点にある。   However, in the conventional texture mapping method, when mapping texture data onto the surface of a three-dimensional virtual object, the two-dimensional data is simply mapped geometrically. When such a fiber sheet is mapped onto a curved surface, sufficient texture expression cannot be performed. The basic concept of the present invention is that, in the rendering process, the intensity calculation of the reflected light is further performed in consideration of the curvature of the virtual object 50 at the sample point Q.

この基本概念を、図4を参照しながら、もう少し詳しく説明しよう。図4は、繊維シートと物体表面の曲率との関係を示す斜視図である。ここでは、まず、図4(a) に示すように、半径r1の円柱からなる物体51が、その中心軸Hを水平方向に向けて配置されている状態において、格子模様とハート型の絵柄の情報をもった繊維シート61を、円柱側面に沿って張り付けた場合を考えよう。また、繊維シート61は、タオル地からなり、下地となる格子模様は、縦糸と横糸との編み目によって構成されているものとし、ハート型の絵柄は、この下地に植毛された個々のパイルを染色することにより表現されているものとする。   This basic concept will be explained in more detail with reference to FIG. FIG. 4 is a perspective view showing the relationship between the fiber sheet and the curvature of the object surface. Here, first, as shown in FIG. 4 (a), in a state where an object 51 made of a cylinder having a radius r1 is arranged with its central axis H oriented in the horizontal direction, a lattice pattern and a heart-shaped pattern are displayed. Let us consider a case where the fiber sheet 61 having information is pasted along the side surface of the cylinder. Further, the fiber sheet 61 is made of towel cloth, and the lattice pattern as a base is composed of warp and weft stitches, and the heart-shaped pattern dyes individual piles planted on the base. It is expressed by

ここで、繊維シート61の縦方向に、図示のとおり基準方向線Wを定義する。この基準方向線Wは、繊維シート61の下地の縦糸の方向を示すことになる。この繊維シート61を図示の向きのまま、円柱状の物体51の周囲に巻き付けたとすると、基準方向線Wは、円柱の円周方向を向くことになる。ここで、便宜上、円柱の中心軸Hを半径方向に投影することにより円柱側面上に得られる投影線H′と張り付けられた繊維シート61の基準方向線Wとのなす角を曲率角度ξと呼ぶことにすれば、図4(a) の例の場合、曲率角度ξ=90°になる。   Here, a reference direction line W is defined in the longitudinal direction of the fiber sheet 61 as illustrated. The reference direction line W indicates the direction of the warp yarn as the base of the fiber sheet 61. If the fiber sheet 61 is wound around the cylindrical object 51 in the illustrated direction, the reference direction line W is directed to the circumferential direction of the cylinder. Here, for the sake of convenience, the angle formed between the projection line H ′ obtained on the side surface of the cylinder by projecting the central axis H of the cylinder in the radial direction and the reference direction line W of the attached fiber sheet 61 is referred to as a curvature angle ξ. In the case of FIG. 4A, the curvature angle ξ = 90 °.

図4(b) は、やはり曲率角度ξ=90°となるように、繊維シート61を円柱状の物体52に張り付けたものであるが、物体52の半径はr2であり(r2<r1)、物体51よりも若干細い円柱となっている。ここでは、各円柱側面の曲率σを、その半径の逆数と定義してみる。すると、繊維シート61は、図4(a) の例では、曲率σ=1/r1の曲面に張り付けられていることになり、図4(b) の例では、曲率σ=1/r2の曲面に張り付けられていることになる。一方、図4(c) は、半径r1の円柱状物体51を用いている点は図4(a) と同じであるが、円柱の中心軸Hを垂直方向に向けて配置した状態で、繊維シート61を張り付けているため、投影線H′と基準方向線Wとは同一方向を向くことになるので、両者のなす角として定義される曲率角度はξ=0°となる。   FIG. 4B shows the fiber sheet 61 attached to the cylindrical object 52 so that the curvature angle ξ = 90 °, and the radius of the object 52 is r2 (r2 <r1). The cylinder is slightly thinner than the object 51. Here, the curvature σ of each cylindrical side is defined as the reciprocal of its radius. Then, in the example of FIG. 4 (a), the fiber sheet 61 is attached to a curved surface with a curvature σ = 1 / r1, and in the example of FIG. 4 (b), a curved surface with a curvature σ = 1 / r2. It will be attached to. On the other hand, FIG. 4 (c) is the same as FIG. 4 (a) in that a cylindrical object 51 having a radius r1 is used, but with the center axis H of the cylinder oriented in the vertical direction, Since the sheet 61 is pasted, the projection line H ′ and the reference direction line W face the same direction, so the curvature angle defined as the angle formed by both is ξ = 0 °.

結局、図4(a) 〜(c) は、いずれも同一の繊維シート61を張り付けた例であるが、図4(a) の場合、曲率σ=1/r1,曲率角度90°、図4(b) の場合、曲率σ=1/r2,曲率角度90°、図4(c) の場合、曲率σ=1/r1,曲率角度0°ということになる。   4A to 4C are examples in which the same fiber sheet 61 is attached, but in the case of FIG. 4A, the curvature σ = 1 / r1, the curvature angle 90 °, FIG. In the case of (b), the curvature σ = 1 / r2, the curvature angle 90 °, and in the case of FIG. 4C, the curvature σ = 1 / r1, the curvature angle 0 °.

この3通りの場合を、コンピュータ上でシミュレートするために、従来の方法でレンダリング処理を行うことを考えよう。この場合、もちろん、各円柱側面は、XYZ三次元座標系上での曲面として取り扱われ、光源からの照明光の照射角度や反射光の方向などを求める演算において、この曲面の情報が反映されることになる。また、繊維シート61のテクスチャデータがマッピングされるため、繊維シートの格子模様およびハート型の絵柄の情報を考慮した演算が行われる。しかしながら、繊維シート61が同一である以上、図4(a) 〜(c) のいずれの場合も、同一のテクスチャデータを用いた演算が行われる。このような従来の手法は、同一の繊維シート61を張り付ける限り、張り付け対象となる面がどのような面であっても、そのテクスチャの情報に変わりはない、という前提に立っている。   In order to simulate these three cases on a computer, let us consider performing a rendering process by a conventional method. In this case, of course, each cylindrical side surface is treated as a curved surface on the XYZ three-dimensional coordinate system, and information on the curved surface is reflected in the calculation for obtaining the irradiation angle of illumination light from the light source, the direction of reflected light, and the like. It will be. In addition, since the texture data of the fiber sheet 61 is mapped, calculation is performed in consideration of the information on the lattice pattern and the heart-shaped pattern of the fiber sheet. However, as long as the fiber sheet 61 is the same, the calculation using the same texture data is performed in any of the cases of FIGS. 4 (a) to 4 (c). Such a conventional method is based on the premise that as long as the same fiber sheet 61 is pasted, the texture information does not change regardless of the surface to be pasted.

しかしながら、実際には、繊維シート61を曲面上に張り付けると、多かれ少なかれ、その表面構造に変化が生じ、テクスチャの情報が変化することになる。ここで述べる例の場合、繊維シート61はタオル地であり、下地となる下部レイヤーと、この下地に植毛された多数のパイルからなる上部レイヤーとによって構成されているものとする。前述したとおり、下部レイヤーの格子模様は、下地を構成する縦糸と横糸との編み目として現れた模様であり、上部レイヤーのハート型の絵柄は、パイルを染色することにより表現された模様である。このようなタオル地は、物理的に湾曲させると、個々のパイルの下地に対する植毛状態に変化が生じるため、張り付け対象となる三次元物体の曲率に応じて、上部レイヤーと下部レイヤーとの可視割合が変化する。また、同じ曲率をもった物体に張り付けた場合であっても、張り付け向きに応じて、上部レイヤーと下部レイヤーとの可視割合が変化する。   However, in reality, when the fiber sheet 61 is pasted on the curved surface, the surface structure changes more or less, and the texture information changes. In the case of the example described here, the fiber sheet 61 is a towel fabric, and is composed of a lower layer that is a base and an upper layer that is made up of a number of piles planted on the base. As described above, the lattice pattern of the lower layer is a pattern that appears as stitches of warp and weft constituting the base, and the heart-shaped pattern of the upper layer is a pattern expressed by dyeing the pile. When such a towel cloth is physically curved, the flocking state on the ground of each pile changes, so the visibility ratio between the upper layer and the lower layer depends on the curvature of the three-dimensional object to be pasted. Change. Further, even when pasted on an object having the same curvature, the visible ratio of the upper layer and the lower layer changes according to the pasting direction.

たとえば、このような繊維シート61を、図4(a) に示すように、曲率σ=1/r1の円柱に張り付けた場合と、図4(b) に示すように、曲率σ=1/r2の円柱に張り付けた場合とを比べると、図4(b) に示すように、曲率がより大きな曲面(半径がより小さな円柱側面)に張り付けた場合の方が、下地(下部レイヤー)の可視割合は大きくなる。また、同じ曲率σ=1/r1の円柱に張り付けた場合であっても、図4(a) に示すように、曲率角度ξ=90°となるように張り付けた場合と、図4(c) に示すように、曲率角度ξ=0°となるように張り付けた場合とでは、下地(下部レイヤー)の可視割合が異なってくる。もちろん、曲率角度ξは、30°,45°,60°といった任意の角度をとることができ、下地(下部レイヤー)の可視割合も、これらの角度に応じて変わってくる。   For example, such a fiber sheet 61 is attached to a cylinder having a curvature σ = 1 / r1 as shown in FIG. 4 (a), and the curvature σ = 1 / r2 as shown in FIG. 4 (b). Compared with the case where it is pasted on the cylinder, as shown in Fig. 4 (b), when it is pasted on a curved surface with a larger curvature (side surface of a cylinder with a smaller radius), the visible ratio of the base (lower layer) Will grow. Further, even when pasted on a cylinder having the same curvature σ = 1 / r1, as shown in FIG. 4 (a), when pasted to a curvature angle ξ = 90 °, FIG. 4 (c) As shown in FIG. 4, the visible ratio of the base (lower layer) differs from the case where the curvature angle ξ = 0 ° is applied. Of course, the curvature angle ξ can be any angle such as 30 °, 45 °, and 60 °, and the visible ratio of the base (lower layer) also changes according to these angles.

なお、本願において、「曲率」という文言は、狭義の意味では、上述した曲率σのように、湾曲の度合いを示すパラメータを指す言葉として用いているが、広義の意味では、上述した曲率角度ξをも考慮したパラメータを指す言葉として用いることにする。特に、「向きのファクターをもった曲率」と言った場合には、広義の「曲率」を意味するものであり、上述した例の場合、特定のσと特定のξとの組み合わせを意味するものである。   In the present application, the term “curvature” is used in a narrow sense as a term indicating a parameter indicating the degree of curvature like the above-described curvature σ, but in a broad sense, the curvature angle ξ described above. Is used as a term that refers to a parameter that also takes into account. In particular, “curvature with orientation factor” means “curvature” in a broad sense, and in the above example, it means a combination of a specific σ and a specific ξ. It is.

結局、繊維シート61のテクスチャ情報は、張り付け対象となる面の曲率(狭義の曲率)と、曲率角度に応じて変化することになる。もちろん、このような繊維の表面構造の変化は、通常、ハート型の模様を星型に変えるといった劇的な変化をもたらすものではなく、下部レイヤーの格子模様と上部レイヤーのハート型模様との濃度バランスの変化をもたらす程度のものであるが、CG画像の微妙な自然の風合いを左右する要因になることは確かである。現実的には、既に列挙したとおり、デニム、玉虫織り、タオル、ビロードなどのパイル地といった繊維シートを張り付けた物体のCG画像を作成する場合に、特に顕著な要因として現れてくる。   Eventually, the texture information of the fiber sheet 61 changes according to the curvature of the surface to be pasted (curvature in a narrow sense) and the curvature angle. Of course, such a change in the surface structure of the fiber usually does not bring about dramatic changes such as changing the heart-shaped pattern to a star pattern, but the concentration of the lattice pattern in the lower layer and the heart-shaped pattern in the upper layer. Although it is a thing which brings about the change of a balance, it is certainly a factor which influences the delicate natural texture of a CG image. In reality, as already enumerated, it appears as a particularly prominent factor when creating a CG image of an object to which a fiber sheet such as denim, iridescent weave, towel or velvet pile is attached.

したがって、自然の風合いまで忠実に再現したCG画像を作成するには、張り付け対象となる面の曲率(狭義の曲率)および曲率角度に応じて変化するテクスチャ情報を考慮した取り扱いを行えばよい。もちろん、理論的には、繊維シートのテクスチャ情報として、単なる二次元画像データではなく、1本1本の繊維の三次元構造までも厳密に定義したデータを用意し、繊維シートを三次元的に取り扱う処理を行えば、実物の繊維の質感を忠実に再現したCG画像が得られる。しかしながら、そのような処理は非常に複雑な演算を必要とするため、現実的には好ましくない。   Therefore, in order to create a CG image that faithfully reproduces the natural texture, it is only necessary to handle in consideration of texture information that changes in accordance with the curvature of the surface to be pasted (curvature in a narrow sense) and the curvature angle. Of course, theoretically, as the texture information of the fiber sheet, not only simple two-dimensional image data but also data that strictly defines the three-dimensional structure of each fiber is prepared. When the handling process is performed, a CG image faithfully reproducing the texture of the actual fiber can be obtained. However, such a process requires a very complicated calculation and is not preferable in practice.

そこで本発明では、繊維シートの反射特性を複数のレイヤーごとに分けて取り扱い、この繊維シートを張り付けた仮想物体の各部からの反射光強度を演算する際に、当該各部の曲率(広義の曲率でも、狭義の曲率でもどちらでもよい。)に応じて定まる所定比率で各レイヤーごとの反射特性の合成を行うようにし、繊維の質感が十分に表現された二次元画像を生成している。その具体的手法に関しては後述する。   Therefore, in the present invention, the reflection characteristics of the fiber sheet are handled separately for a plurality of layers, and when calculating the reflected light intensity from each part of the virtual object to which the fiber sheet is attached, the curvature of each part (even in a broad sense) The reflection characteristics for each layer are synthesized at a predetermined ratio determined according to the curvature in a narrow sense, and a two-dimensional image in which the texture of the fiber is sufficiently expressed is generated. The specific method will be described later.

<<< §2.本発明の基本概念 >>>
本発明の最も重要な特徴は、パイル地など、曲率に応じて反射特性に変化が生じる繊維シートの擬似的な取り扱いにある。本来、パイル地などの実際の繊維シートは、三次元の構造体である。たとえば、図5の上段に示す図は、パイル地からなる繊維シート61の一例の構造を示す側面図である。図示の例の場合、繊維シート61は、上部レイヤーL1と下部レイヤーL2とによって構成されている。下部レイヤーL2は下地となる布地であり、上部レイヤーL1は、この下地に植毛された多数のパイルからなる。したがって、レンダリング処理を行う上で、この繊維シート61自身を三次元の構造体として取り扱うようにすれば、非常に精度の高い二次元投影画像を得ることができる。しかしながら、繊維シート61を張り付ける対象となる物体が三次元構造体である上に、更に、繊維シート61自身も三次元構造体として取り扱うようにすれば、レンダリング処理の演算負担は極めて大きくなる。
<<< §2. Basic concept of the present invention >>
The most important feature of the present invention resides in pseudo handling of a fiber sheet in which the reflection characteristics change depending on the curvature, such as a pile ground. Originally, an actual fiber sheet such as a pile fabric is a three-dimensional structure. For example, the figure shown in the upper part of FIG. 5 is a side view showing the structure of an example of the fiber sheet 61 made of pile fabric. In the case of the illustrated example, the fiber sheet 61 is constituted by an upper layer L1 and a lower layer L2. The lower layer L2 is a fabric serving as a base, and the upper layer L1 is composed of a number of piles planted on the base. Therefore, when the rendering process is performed, if the fiber sheet 61 itself is handled as a three-dimensional structure, a highly accurate two-dimensional projection image can be obtained. However, if the object on which the fiber sheet 61 is pasted is a three-dimensional structure, and if the fiber sheet 61 is also handled as a three-dimensional structure, the computational burden of rendering processing becomes extremely large.

そこで、本発明では、レンダリング処理を行う際には、繊維シート61をあくまでも二次元のシートとして取り扱うようにし、演算負担をできるだけ軽減できるようにしている。ただ、パイル地のように、曲率に応じて反射特性に変化が生じる繊維シートを三次元物体にマッピングする場合、レンダリング時に、曲率に応じた反射特性が反映されるように、何らかの工夫が必要になる。本発明では、その工夫として、繊維シート61を複数のレイヤーとして取り扱い、個々のレイヤーごとに反射特性を示すデータを用意しておくようにし、かつ、曲率に応じて定まる所定比率で各レイヤーごとの反射特性の合成を行うようにしている。   Therefore, in the present invention, when the rendering process is performed, the fiber sheet 61 is handled as a two-dimensional sheet only so that the calculation load can be reduced as much as possible. However, when mapping a fiber sheet that changes its reflection characteristics according to the curvature, such as a pile, to a three-dimensional object, some ingenuity is required to reflect the reflection characteristics according to the curvature during rendering. Become. In the present invention, as a contrivance, the fiber sheet 61 is handled as a plurality of layers, and data indicating reflection characteristics is prepared for each layer, and for each layer at a predetermined ratio determined according to the curvature. The reflection characteristics are synthesized.

たとえば、図5に示す例の場合、繊維シート61は、上部レイヤーL1と下部レイヤーL2とによって構成されているので、この2つのレイヤーの画像をそれぞれ別個に分けて取り扱うようにすればよい。図5の下段には、上部レイヤーL1のレイヤーデータLD1と、下部レイヤーL2のレイヤーデータLD2とを、それぞれ別個に用意した例が示されている。これらのレイヤーデータLD1,LD2は、いずれもuv二次元座標系上に定義された画像データであり、各レイヤーごとの反射特性を示すデータである。ここでは、説明の便宜上、レイヤーデータLD1がハート型の絵柄をもった画像を示すデータであり、レイヤーデータLD2が格子模様の絵柄をもった画像を示すデータである場合が例示されている。実際には、これらのレイヤーデータは、カラー画像データとして用意されることになる。   For example, in the example shown in FIG. 5, since the fiber sheet 61 is composed of the upper layer L1 and the lower layer L2, the images of the two layers may be handled separately. The lower part of FIG. 5 shows an example in which the layer data LD1 of the upper layer L1 and the layer data LD2 of the lower layer L2 are separately prepared. These layer data LD1 and LD2 are both image data defined on the uv two-dimensional coordinate system, and are data indicating reflection characteristics for each layer. Here, for convenience of explanation, the case where the layer data LD1 is data indicating an image having a heart-shaped pattern and the layer data LD2 is data indicating an image having a lattice-shaped pattern is illustrated. Actually, these layer data are prepared as color image data.

このようなレイヤーデータD1,D2は、たとえば、各レイヤーを写真撮影することにより得ることができる。各レイヤーに白色照明光を照射した状態で、各レイヤーのカラー写真を撮影すれば、当該カラー写真を構成する三原色RGBの各画素値は、個々の画素位置におけるRGB各色の波長の光の反射特性を示すデータということになる。   Such layer data D1 and D2 can be obtained, for example, by taking a picture of each layer. If a color photograph of each layer is taken with white illumination light applied to each layer, the pixel values of the three primary colors RGB constituting the color photograph are reflected characteristics of light of the wavelengths of RGB colors at the individual pixel positions. It will be the data indicating.

具体的には、レイヤーデータLD1については、上部レイヤーL1を上方から写真撮影すれば得ることができる。図5の上段に示すように、繊維シート61を平面上に置いた状態で、これを上方から観察したときに、上部レイヤーL1のみが観察され、下部レイヤーL2が全く露出しないのであれば、この状態で繊維シート61を上方から撮影した画像を、そのままレイヤーデータLD1として利用することができる。もし、この状態で、下部レイヤーL2の一部が透けて見えるようであれば、図5の中段左に示すように、何らかの方法で下部レイヤーL2を除去し、上部レイヤーL1のみを上方から撮影した画像を、レイヤーデータLD1として利用すればよい。   Specifically, the layer data LD1 can be obtained by photographing the upper layer L1 from above. As shown in the upper part of FIG. 5, when the fiber sheet 61 is placed on a plane and is observed from above, only the upper layer L1 is observed and the lower layer L2 is not exposed at all. An image obtained by photographing the fiber sheet 61 from above in the state can be used as it is as the layer data LD1. If a part of the lower layer L2 can be seen through in this state, the lower layer L2 is removed by some method and only the upper layer L1 is taken from above as shown in the middle left of FIG. An image may be used as the layer data LD1.

一方、レイヤーデータLD2については、、図5の中段右に示すように、何らかの方法で上部レイヤーL1を除去し、下部レイヤーL2のみを上方から撮影した画像を、レイヤーデータLD2として利用すればよい。既製の繊維シート61から上部レイヤーL1を除去するのが困難な場合には、この繊維シート61の製造工場から、上部レイヤーL1となるべきパイルを植毛する工程前の段階の下部レイヤーL2を取り寄せ、これを上方から撮影すればよい。   On the other hand, for the layer data LD2, as shown in the middle right of FIG. 5, an image obtained by removing the upper layer L1 by some method and photographing only the lower layer L2 from above may be used as the layer data LD2. When it is difficult to remove the upper layer L1 from the ready-made fiber sheet 61, the lower layer L2 of the stage before the process of flocking the pile to be the upper layer L1 is ordered from the manufacturing factory of the fiber sheet 61, This can be taken from above.

ここで、各レイヤーごとの可視割合と曲率との関係を、図6を参照しながら考えてみよう。図6(a) 〜(d) は、図5の上段に示す繊維シート61を様々な曲率で湾曲させた状態を示す側面図である。図4に示す例のように、繊維シート61を円柱側面に張り付けたときの曲率σを、当該円柱の半径rの逆数1/rと定義したとすれば、図6(a) に示すように、繊維シート61が平面上に張り付けられている場合は、曲率σ1=0ということになり、図6(b) ,(c) に示すように、円柱側面に張り付けられている場合は、曲率σ2,σ3は、それぞれの円柱の半径の逆数になる。また、図6(b) ,(c) に示すように、上に凸となるように円柱の外面に張り付けられている場合の曲率を正の数値で表し、図6(d) に示すように、下に凸となるように円柱の内面に張り付けられている場合の曲率を負の数値で表すことにすると、曲率σ2,σ3は正の値として定義されるのに対して、曲率σ4は負の値として定義されることになる。   Here, let us consider the relationship between the visible ratio and the curvature for each layer with reference to FIG. FIGS. 6A to 6D are side views showing a state in which the fiber sheet 61 shown in the upper part of FIG. 5 is bent with various curvatures. As shown in FIG. 6 (a), if the curvature σ when the fiber sheet 61 is stuck to the side surface of the cylinder is defined as the reciprocal 1 / r of the radius r of the cylinder as in the example shown in FIG. When the fiber sheet 61 is stuck on a plane, the curvature σ1 = 0, and as shown in FIGS. 6B and 6C, the curvature σ2 , Σ3 is the reciprocal of the radius of each cylinder. Also, as shown in FIGS. 6 (b) and 6 (c), the curvature when sticking to the outer surface of the cylinder so as to be convex upward is expressed by a positive numerical value, as shown in FIG. 6 (d). If the curvature of the cylinder attached to the inner surface of the cylinder so as to protrude downward is expressed by a negative value, the curvatures σ2 and σ3 are defined as positive values, whereas the curvature σ4 is negative. Will be defined as the value of.

ここで重要な点は、同じ繊維シート61を上方から観察した場合でも、曲率の値に応じて、各レイヤーの可視割合が異なってくるという点である。たとえば、図6(a) のように、曲率がσ1(=0)の場合、上部レイヤーL1の可視割合が100%、下部レイヤーL2の可視割合が0%であったものとしよう。これは、繊維シート61を、図6(a) に示すように平面上に張り付けた状態において、上方から観察すると、下部レイヤーL2は、上部レイヤーL1の陰に隠れて全く見えない状態であることを意味する。   The important point here is that even when the same fiber sheet 61 is observed from above, the visible ratio of each layer varies depending on the value of curvature. For example, as shown in FIG. 6A, when the curvature is σ1 (= 0), it is assumed that the visible ratio of the upper layer L1 is 100% and the visible ratio of the lower layer L2 is 0%. This is because when the fiber sheet 61 is attached on a plane as shown in FIG. 6 (a), the lower layer L2 is hidden behind the upper layer L1 and cannot be seen at all. Means.

ところが、図6(b) のように、曲率がσ2になると、繊維シート61は、上に凸の湾曲面に張り付けられるため、個々のパイルの間隔が広がり、パイル間に隙間が生じるようになる。このため、この繊維シート61を上方から観察すると、パイル間の隙間から、下部レイヤーL2の一部が露出するようになる。この露出割合が20%であったとすれば、図示のとおり、上部レイヤーL1の可視割合が80%、下部レイヤーL2の可視割合が20%ということになる。湾曲の度合いが更に高くなり、図6(c) のように、曲率がσ3になると、個々のパイル間の隙間は更に広がることになり、図示の例では、上部レイヤーL1の可視割合が70%、下部レイヤーL2の可視割合が30%になっている。   However, as shown in FIG. 6 (b), when the curvature becomes σ2, the fiber sheet 61 is stuck to the upwardly curved surface, so that the interval between the individual piles is widened, and a gap is generated between the piles. . For this reason, when the fiber sheet 61 is observed from above, a part of the lower layer L2 is exposed from the gap between the piles. If the exposure ratio is 20%, the visible ratio of the upper layer L1 is 80% and the visible ratio of the lower layer L2 is 20% as shown in the figure. When the degree of curvature is further increased and the curvature is σ3 as shown in FIG. 6 (c), the gap between the individual piles is further widened. In the illustrated example, the visible ratio of the upper layer L1 is 70%. The visible ratio of the lower layer L2 is 30%.

一方、図6(d) のように、曲率が負の値をとるσ4になると、繊維シート61は、下に凸の湾曲面に張り付けられるため、個々のパイルは圧搾状態となり、パイル間に隙間は全く生じなくなる。このため、図6(a) の状態と同様に、上部レイヤーL1の可視割合が100%、下部レイヤーL2の可視割合が0%ということになる。すなわち、上方から観察すると、下部レイヤーL2は、上部レイヤーL1の陰に隠れて全く見えない状態になる。   On the other hand, as shown in FIG. 6 (d), when the curvature becomes σ4 having a negative value, the fiber sheet 61 is stuck to the downwardly curved curved surface. No longer occurs. Therefore, similarly to the state of FIG. 6A, the visible ratio of the upper layer L1 is 100%, and the visible ratio of the lower layer L2 is 0%. In other words, when viewed from above, the lower layer L2 is hidden behind the upper layer L1 and cannot be seen at all.

このような可視割合は、繊維シート61の構造をデータとして用意し、コンピュータシミュレーションを行うことにより求めることができる。すなわち、コンピュータに、繊維シート構造体の形状データを入力し、この形状データに基づいて、繊維シートを種々の曲率で曲げた状態をシミュレートし、種々の曲率についての各レイヤーごとの可視割合を示す可視割合情報を作成する処理を行えばよい。図7は、このようなシミュレーションの一実施例を示す側面図である。実在の繊維シート61は、三次元の構造体であるが、ここに示す実施例では、これを側面から見た幾何学的な解析を行うことにより、二次元平面上でのシミュレーションにより可視割合を演算している。   Such a visible ratio can be obtained by preparing the structure of the fiber sheet 61 as data and performing computer simulation. That is, the shape data of the fiber sheet structure is input to the computer, and based on this shape data, the state of bending the fiber sheet with various curvatures is simulated, and the visible ratio for each layer with respect to various curvatures is calculated. The process of creating the visible ratio information shown may be performed. FIG. 7 is a side view showing an example of such a simulation. The actual fiber sheet 61 is a three-dimensional structure, but in the embodiment shown here, by performing a geometrical analysis of the structure viewed from the side, the visible ratio is obtained by simulation on a two-dimensional plane. Arithmetic.

また、上部レイヤーL1を構成する個々のパイルは、実際には多数の糸から構成されているが、この実施例では、図7(a) に示すように、側面から見たときの輪郭線のみのデータを用意して解析を行っており、しかも近似的に多角形の輪郭線(図では、こん棒のような形状となっている)に置き換えて解析を行っている。一方、下部レイヤーL2は、単なる線分(図では太線で示す)として取り扱っており、個々のパイル(こん棒型の多角形)が、この太線に対して常に垂直になるように植毛されているという前提でシミュレーションを行っている。   The individual piles constituting the upper layer L1 are actually composed of a large number of yarns, but in this embodiment, as shown in FIG. 7 (a), only the contour line when viewed from the side is shown. The data is prepared and analyzed, and the analysis is performed by replacing it with a polygonal contour line (in the figure, a shape like a club). On the other hand, the lower layer L2 is handled as a simple line segment (indicated by a thick line in the figure), and each pile (a club-shaped polygon) is planted so as to be always perpendicular to the thick line. Simulation is performed on the premise.

可視割合としては、この繊維シート61を垂直上方から観察した場合の値を算出している。すなわち、繊維シート61を垂直上方から観察したときに、視野に入る上部レイヤーL1と下部レイヤーL2との比率を可視割合として算出する。具体的には、図7(a) に示すように、下部レイヤーL2の上方に所定距離おいて平行となるように配置された投影線分Pを定義し、この投影線分P上の各点を垂直下方へと伸ばし、上部レイヤーL1を構成する個々のパイル(こん棒型の多角形)に衝突するか、もしくは、下部レイヤーL2(太線)まで到達するか、を判定すればよい。個々の多角形に衝突する割合が上部レイヤーL1の可視割合であり、太線まで到達する割合が下部レイヤーL2の可視割合ということになる。   As the visible ratio, a value when the fiber sheet 61 is observed from vertically above is calculated. That is, when the fiber sheet 61 is observed from vertically above, the ratio of the upper layer L1 and the lower layer L2 entering the visual field is calculated as a visible ratio. Specifically, as shown in FIG. 7 (a), a projection line segment P arranged so as to be parallel with a predetermined distance above the lower layer L2 is defined, and each point on the projection line segment P is defined. Is extended vertically downward to determine whether it collides with individual piles (crown-shaped polygons) constituting the upper layer L1 or reaches the lower layer L2 (thick line). The rate of collision with individual polygons is the visible rate of the upper layer L1, and the rate of reaching the thick line is the visible rate of the lower layer L2.

図7(a) に示す例では、繊維シート61を上方から観察しても、下部レイヤーL2は、上部レイヤーL1の陰になって全く見えない状態なので、上部レイヤーL1の可視割合が100%、下部レイヤーL2の可視割合が0%という結果が得られる。また、図7(b) に示すように、繊維シート61を下に凸となるように湾曲させた場合(負の曲率をシミュレートした場合)も、上部レイヤーL1の可視割合が100%、下部レイヤーL2の可視割合が0%という結果が得られる。これに対して、図7(c) に示すように、繊維シート61を上に凸となるように湾曲させた場合(正の曲率をシミュレートした場合)は、下部レイヤーL2の一部が、上部レイヤーL1の隙間から見えることになるので(図にグレーで示す部分)、たとえば、上部レイヤーL1の可視割合が70%、下部レイヤーL2の可視割合が30%というような結果が得られることになる。もちろん、湾曲状態(曲率)が変われば、可視割合も変わってくる。   In the example shown in FIG. 7 (a), even when the fiber sheet 61 is observed from above, the lower layer L2 is invisible behind the upper layer L1, so the visible ratio of the upper layer L1 is 100%. As a result, the visible ratio of the lower layer L2 is 0%. Further, as shown in FIG. 7 (b), when the fiber sheet 61 is curved to be convex downward (when negative curvature is simulated), the visible ratio of the upper layer L1 is 100%, The result that the visible ratio of the layer L2 is 0% is obtained. On the other hand, as shown in FIG. 7 (c), when the fiber sheet 61 is curved to be convex upward (when a positive curvature is simulated), a part of the lower layer L2 is Since it can be seen from the gap of the upper layer L1 (the portion shown in gray in the figure), for example, a result that the visible ratio of the upper layer L1 is 70% and the visible ratio of the lower layer L2 is 30% is obtained. Become. Of course, if the bending state (curvature) changes, the visible ratio also changes.

繊維シート61の湾曲状態のシミュレーションは、レイヤーL2を示す線分を所定半径の円弧とし、レイヤーL1を構成する個々のパイル(こん棒型の多角形)を、個々の植毛位置において、この円弧状線分に対して垂直になるように描画することにより行うことができる。円弧の半径を様々に変化させてシミュレーションを行えば、様々な曲率について、可視割合を求めることができる。   In the simulation of the curved state of the fiber sheet 61, a line segment indicating the layer L2 is an arc having a predetermined radius, and individual piles (crown-shaped polygons) constituting the layer L1 are arranged at the arcuate line at each flocking position. This can be done by drawing perpendicular to the minutes. If the simulation is performed with various changes in the radius of the arc, the visible ratio can be obtained for various curvatures.

結局、このシミュレーションは、繊維シート構造体をレイヤー面(シートを平面上においたときの当該平面に平行な面)に対して垂直上方に投影し、隠面処理を施したときに、投影面上に現れるレイヤーごとの面積比に基づいて可視割合を決定する処理と言うことができる。   In the end, this simulation shows that when the fiber sheet structure is projected vertically upward with respect to the layer surface (the surface parallel to the plane when the sheet is placed on the plane) and the hidden surface treatment is performed, It can be said that the visible ratio is determined based on the area ratio of each layer appearing in FIG.

図8は、このようなシミュレーションの結果として得られた可視割合情報の一例を示すテーブルである。曲率σは、レイヤーL2を示す円弧状線分の半径rの逆数として定義されている(単位は、たとえば、1/cm)。図示の結果では、曲率σが0もしくは負の値をとる場合(図7(a) および図7(b) のような場合)は、いずれも、上部レイヤーL1の可視割合が100%、下部レイヤーL2の可視割合が0%という結果となっている。これに対して、曲率σが正の値をとる場合(図7(c) のような場合)は、曲率σが大きくなればなるほど、上部レイヤーL1の可視割合が低下し、下部レイヤーL2の可視割合が増加する結果が得られている。   FIG. 8 is a table showing an example of the visible ratio information obtained as a result of such a simulation. The curvature σ is defined as the reciprocal of the radius r of the arcuate line segment indicating the layer L2 (unit: 1 / cm, for example). In the result shown in the figure, when the curvature σ is 0 or a negative value (as shown in FIGS. 7 (a) and 7 (b)), the visible rate of the upper layer L1 is 100% and the lower layer As a result, the visible ratio of L2 is 0%. On the other hand, when the curvature σ takes a positive value (as shown in FIG. 7C), the larger the curvature σ, the lower the visible ratio of the upper layer L1, and the lower layer L2 visible. The result is that the percentage increases.

以上、図7を参照して、可視割合を単純な二次元モデル(側面から見たときの個々のパイルの輪郭線のみのデータを用意して解析を行うモデル)を利用してシミュレートする例を述べたが、もちろん、より複雑な三次元モデルを用いたシミュレーションを行うことも可能である。すなわち、図7に示す二次元モデルでは、各パイルを厚みをもたない幾何学的な多角形として取り扱っているが、たとえば、各パイルを所定の厚みをもった板として取り扱い、図の奥行き方向に、このような板が所定ピッチで配置されている三次元モデルを定義すれば、三次元的なシミュレーションが可能になる。   As described above, with reference to FIG. 7, an example of simulating the visible ratio using a simple two-dimensional model (a model in which data is prepared by analyzing only the outlines of individual piles when viewed from the side). Of course, it is also possible to perform a simulation using a more complicated three-dimensional model. That is, in the two-dimensional model shown in FIG. 7, each pile is handled as a geometric polygon having no thickness. In addition, if a three-dimensional model in which such plates are arranged at a predetermined pitch is defined, a three-dimensional simulation is possible.

また、二次元モデルのシミュレーションでは、曲率は向きのファクターをもたない値(狭義の曲率)として定義せざるを得ないが、三次元モデルのシミュレーションでは、曲率を向きのファクターをもった値(狭義の曲率σと曲率角度ξとの組み合わせで定義される広義の曲率)として定義することが可能になる。このように、曲率をσとξとの組み合わせで定義した場合、種々のσおよびξの組み合わせごとにシミュレーションを行い、個々の組み合わせごとにそれぞれ各レイヤーの可視割合が求められるので、たとえば、図9に示すような可視割合情報が得られることになる。   In 2D model simulation, curvature must be defined as a value that does not have an orientation factor (in a narrow sense), but in 3D model simulation, curvature is a value that has a direction factor ( (Curvature in a broad sense defined by a combination of a curvature σ in a narrow sense and a curvature angle ξ). As described above, when the curvature is defined by a combination of σ and ξ, a simulation is performed for each combination of various σ and ξ, and the visible ratio of each layer is obtained for each combination. Visible ratio information as shown in FIG.

あるいは、シミュレーションを行う代わりに、実在の繊維シート61を用意し、これを円柱側面を有する実在の物体に張り付け、各レイヤーごとの可視割合を実測することも可能である。たとえば、黒く染色したパイルを上部レイヤーL1として、白く染色した下地となる下部レイヤーL2に多数植毛した実在の繊維シート61を用意し、この繊維シート61を様々な半径値をもつ円柱状物体に張り付け、それぞれ写真撮影すれば、撮影画像の濃度値として、各レイヤーごとの可視割合を実測することが可能である。具体的には、撮影画像の濃度値が真っ黒を示すものであれば、上部レイヤーL1の可視割合が100%、下部レイヤーL2の可視割合が0%という結果を示すことになり、撮影画像の濃度値が真っ白を示すものであれば、上部レイヤーL1の可視割合が0%、下部レイヤーL2の可視割合が100%という結果を示すことになり、撮影画像の濃度値がグレーを示すものであれば、その中間の可視割合を示すことになる。   Alternatively, instead of performing simulation, it is also possible to prepare an actual fiber sheet 61 and attach it to an actual object having a cylindrical side surface, and actually measure the visible ratio for each layer. For example, an actual fiber sheet 61 in which a large number of hairs are planted is prepared in a lower layer L2 that is a white dyed base, using a pile dyed in black as an upper layer L1, and the fiber sheet 61 is attached to a cylindrical object having various radius values. If each photograph is taken, it is possible to actually measure the visible ratio for each layer as the density value of the photographed image. Specifically, if the density value of the photographed image indicates black, the result shows that the visible ratio of the upper layer L1 is 100% and the visible ratio of the lower layer L2 is 0%. If the value indicates pure white, the result indicates that the visible ratio of the upper layer L1 is 0% and the visible ratio of the lower layer L2 is 100%. If the density value of the photographed image indicates gray, , And an intermediate visible ratio.

また、図8,図9に示す例では、可視割合情報として、各レイヤーごとの可視割合を示すテーブルを用意したが、このようなテーブルが、何らかの幾何学的な演算によって導出されるようであれば、そのような演算を行うための数式として可視割合情報を用意することも可能である。たとえば、各レイヤーの可視割合を、f(σ,ξ)という関数で表すことが可能であれば、この関数を可視割合情報として用いることが可能である。   In the examples shown in FIGS. 8 and 9, a table indicating the visible ratio for each layer is prepared as the visible ratio information. However, such a table may be derived by some geometric calculation. For example, the visible ratio information can be prepared as a mathematical formula for performing such a calculation. For example, if the visible ratio of each layer can be expressed by a function f (σ, ξ), this function can be used as the visible ratio information.

さて、以上述べた手順により、結局、1つの繊維シート61について、図5の下段に示すように、上部レイヤーL1のレイヤーデータLD1と、下部レイヤーL2のレイヤーデータLD2とが、それぞれ別個のカラー画像データとして用意され(これらのカラー画像データは、各レイヤーの反射特性を示す二次元データということになる)、また、図8に示すように(曲率角度ξを考慮する場合には、図9に示すように)、各レイヤーごとの可視割合を示す可視割合情報が用意される。本発明では、これらの情報を利用して、レンダリング処理を行うことになる。以下に、その基本概念を示す。   By the procedure described above, as a result, as shown in the lower part of FIG. 5, the layer data LD1 of the upper layer L1 and the layer data LD2 of the lower layer L2 are separated from each other for each fiber sheet 61. (These color image data are two-dimensional data indicating the reflection characteristics of each layer.) As shown in FIG. 8 (when the curvature angle ξ is considered, FIG. Visible ratio information indicating the visible ratio for each layer is prepared. In the present invention, rendering processing is performed using these pieces of information. The basic concept is shown below.

一般的なレンダリング処理の基本概念は、既に図3の斜視図を用いて説明したとおりであり、仮想物体50上に仮想繊維シート60の画像データ(uv二次元座標系上での反射特性データ)をマッピングすることにより、サンプル点Qの反射特性を求め、サンプル点Qから視点Eに向かう反射光Vの強度に応じた画素値をもつ画素Pを定義する、というものである。本発明では、このレンダリング処理を、各レイヤーごとのレイヤーデータLD1,LD2と、各レイヤーごとの可視割合を示す可視割合情報とを用いて行うことになる。   The basic concept of a general rendering process is as described above with reference to the perspective view of FIG. 3, and image data of the virtual fiber sheet 60 on the virtual object 50 (reflection characteristic data on the uv two-dimensional coordinate system). , The reflection characteristic of the sample point Q is obtained, and a pixel P having a pixel value corresponding to the intensity of the reflected light V from the sample point Q toward the viewpoint E is defined. In the present invention, this rendering process is performed using the layer data LD1 and LD2 for each layer and the visible ratio information indicating the visible ratio for each layer.

図10は、本発明におけるレンダリング処理の基本原理を示す斜視図である。このレンダリング処理において、照明条件、視点位置、投影平面を設定する点は、図3に示す従来の一般的なレンダリング処理と全く同様である。また、仮想物体50上の所定のサンプル点Qの反射特性を求め、このサンプル点Qから視点に向かう反射光強度を求める点も、従来の方法と全く同様である。本発明におけるレンダリング処理の特徴は、サンプル点Qの反射特性を、各レイヤーごとのレイヤーデータLD1,LD2によって示される反射特性を合成することによって決定する点にある。   FIG. 10 is a perspective view showing the basic principle of rendering processing in the present invention. In this rendering process, the illumination condition, viewpoint position, and projection plane are set in exactly the same way as the conventional general rendering process shown in FIG. The point of obtaining the reflection characteristics of a predetermined sample point Q on the virtual object 50 and obtaining the reflected light intensity from the sample point Q toward the viewpoint is exactly the same as the conventional method. A feature of the rendering process in the present invention is that the reflection characteristic of the sample point Q is determined by combining the reflection characteristics indicated by the layer data LD1 and LD2 for each layer.

たとえば、図示の例の場合、uv二次元座標系上に定義されている2種類のレイヤーデータLD1,LD2(反射特性を示す画素値をもった画素の集合からなる二次元画像データ)が、仮想物体50上の所定位置にマッピングされることになる。ここでは、レイヤーデータLD1で示される画像上のサンプル点Qに対応する対応点をQ1、レイヤーデータLD2で示される画像上のサンプル点Qに対応する対応点をQ2と呼ぶことにする。この場合、サンプル点Qの反射特性は、対応点Q1の画素値P(Q1)と対応点Q2の画素値P(Q2)とを合成することにより決定される。このとき、両者の合成比率を、サンプル点Q近傍の仮想物体50表面の曲率に基づいて決定するようにする。   For example, in the case of the illustrated example, two types of layer data LD1 and LD2 (two-dimensional image data including a set of pixels having pixel values indicating reflection characteristics) defined on the uv two-dimensional coordinate system are assumed to be virtual. It is mapped to a predetermined position on the object 50. Here, the corresponding point corresponding to the sample point Q on the image indicated by the layer data LD1 is referred to as Q1, and the corresponding point corresponding to the sample point Q on the image indicated by the layer data LD2 is referred to as Q2. In this case, the reflection characteristic of the sample point Q is determined by combining the pixel value P (Q1) of the corresponding point Q1 and the pixel value P (Q2) of the corresponding point Q2. At this time, the combination ratio of both is determined based on the curvature of the surface of the virtual object 50 near the sample point Q.

具体的には、サンプル点Qの曲率がσ=1/10であったとすれば、予め用意してあった図8に示すような可視割合情報を参照することにより、上部レイヤーL1の可視割合が70%、下部レイヤーL2の可視割合が30%というように決定できる。そこで、対応点Q1の画素値P(Q1)と対応点Q2の画素値P(Q2)とを合成することにより、サンプル点Qの反射特性を決定すればよい。たとえば、サンプル点Qの反射特性は、画素値P(Q1)と画素値P(Q2)とを、70%および30%の重みづけで合成し、
0.7×P(Q1)+0.3×P(Q2)
なる式で求めることができる。
Specifically, if the curvature of the sample point Q is σ = 1/10, the visible ratio of the upper layer L1 is determined by referring to the prepared visual ratio information as shown in FIG. It can be determined that 70% and the visible ratio of the lower layer L2 is 30%. Therefore, the reflection characteristic of the sample point Q may be determined by combining the pixel value P (Q1) of the corresponding point Q1 and the pixel value P (Q2) of the corresponding point Q2. For example, the reflection characteristic of the sample point Q is obtained by combining the pixel value P (Q1) and the pixel value P (Q2) with weights of 70% and 30%,
0.7 × P (Q1) + 0.3 × P (Q2)
It can be calculated by the following formula.

結局、サンプル点Qの反射特性は、図5の下段に示すような2枚の画像(LD1,LD2)のサンプル点Qに対応する位置の画素値を、サンプル点Qの曲率に対応する可視割合に応じた重みづけで合成することにより得られることになる。このような取り扱いは、各レイヤーの可視割合が、図7に示すようなシミュレーションによって決定されたことを考慮すれば、理にかなっていることが理解できよう。たとえば、図7(c) に示す例では、投影線分P上の70%の領域に上部レイヤーL1が投影され、投影線分P上の30%の領域に下部レイヤーL2が投影されているので、投影線分Pを1つの画素と考えた場合、当該画素の画素値は、上部レイヤーL1の画素値と下部レイヤーL2の画素値とを70%:30%の比率で合成することにより得られる。   After all, the reflection characteristic of the sample point Q is such that the pixel value at the position corresponding to the sample point Q of the two images (LD1, LD2) as shown in the lower part of FIG. It is obtained by combining with weighting according to. It can be understood that such a treatment makes sense in consideration of the fact that the visibility ratio of each layer is determined by simulation as shown in FIG. For example, in the example shown in FIG. 7C, the upper layer L1 is projected on a 70% region on the projection line segment P, and the lower layer L2 is projected on a 30% region on the projection line segment P. When the projected line segment P is considered as one pixel, the pixel value of the pixel is obtained by combining the pixel value of the upper layer L1 and the pixel value of the lower layer L2 at a ratio of 70%: 30%. .

なお、サンプル点Qにおける曲率を、向きのファクターをもった広義の曲率として求める場合は、2つのパラメータσおよびξによって曲率が示されることになるので、図8に示す可視割合情報テーブルの代わりに、図9に示す可視割合情報テーブルを用いて、各レイヤーの可視割合を決定すればよい。   Note that when the curvature at the sample point Q is obtained as a curvature in a broad sense with a direction factor, the curvature is indicated by two parameters σ and ξ, so that instead of the visible ratio information table shown in FIG. The visible ratio of each layer may be determined using the visible ratio information table shown in FIG.

以上、図10を参照しながら本発明の基本原理に係る画素値の合成手法を説明したが、このような合成手法が物理的な意味もつのは、レンダリング処理により得られる二次元画像(図3において、投影平面M上に得られる投影画像)の解像度が、繊維シート上の個々のパイルの解像度よりもある程度小さい場合ということになる。すなわち、図3の投影平面M上に得られる投影画像の1つの画素の幅が、図7に示す投影線分Pと同程度の幅であれば、2つの異なるレイヤーの画素値を70%:30%の比率で合成するという上述の合成手法は意味をもつことになるが、たとえば、1つの画素の幅が、図7に示す投影線分Pの1/10程度の幅となってしまうと、当該画素の画素値を、2つの異なるレイヤーの画素値の合成で求めるという手法の物理的な意味は失われてしまう。したがって、本発明は、パイル1本1本の形状が肉眼で確認できるような高精細な二次元画像を得るためのレンダリング手法としては不適切である。   The pixel value combining method according to the basic principle of the present invention has been described above with reference to FIG. 10. The physical meaning of such a combining method is a two-dimensional image obtained by rendering processing (FIG. 3). In this case, the resolution of the projection image obtained on the projection plane M is somewhat smaller than the resolution of the individual piles on the fiber sheet. That is, if the width of one pixel of the projection image obtained on the projection plane M in FIG. 3 is about the same width as the projection line segment P shown in FIG. 7, the pixel values of the two different layers are set to 70%: The above-described combining method of combining at a ratio of 30% is meaningful. For example, if the width of one pixel is about 1/10 of the projected line segment P shown in FIG. The physical meaning of the method of obtaining the pixel value of the pixel by combining pixel values of two different layers is lost. Therefore, the present invention is inappropriate as a rendering technique for obtaining a high-definition two-dimensional image that allows the shape of each pile to be confirmed with the naked eye.

<<< §3.本発明に係る二次元画像生成方法の基本手順 >>>
続いて、本発明に係る二次元画像生成方法の基本手順を、図11の流れ図を参照しながら説明する。この手順の目的は、物体の三次元データに基づいて、当該物体の表面に繊維シートを張り付け、これを所定の視点から観察したときに得られる投影画像を示す二次元データを生成することにある。ここでは、便宜上、ソファの写真を、CGを用いて作成する場合を例にとって説明を行う。なお、この図11に示す手順は、すべてコンピュータによって実行される手順である。
<<< §3. Basic procedure of two-dimensional image generation method according to the present invention >>
Next, the basic procedure of the two-dimensional image generation method according to the present invention will be described with reference to the flowchart of FIG. The purpose of this procedure is to generate two-dimensional data indicating a projection image obtained when a fiber sheet is attached to the surface of the object and observed from a predetermined viewpoint based on the three-dimensional data of the object. . Here, for the sake of convenience, a case where a photograph of a sofa is created using CG will be described as an example. The procedure shown in FIG. 11 is a procedure executed by the computer.

この手順を実行する上で、必要になるものは、ソファ本体の三次元データと、これに張り付ける繊維シートに関する情報である。ここでは、木材やクッション素材などを組み合わせて構成されたソファ本体の表面に、パイル地からなる繊維シートを張り付けてソファを構成するものとし、当該ソファの製品カタログに掲載する画像をCGで作成する場合を考える。この場合、ソファ本体が、CADを利用して設計されたものであれば、このソファ本体の三次元データはCADデータから流用することが可能である。一方、繊維シートであるパイル地に関する情報は、ある程度の面積をもった当該パイル地の実物サンプルが用意できれば、この実物サンプルから抽出することができる(もちろん、このパイル地が、CADを利用して設計されたものであれば、CADデータから流用することも可能である。)。   What is necessary for executing this procedure is three-dimensional data of the sofa body and information on the fiber sheet to be attached to the sofa body. Here, it is assumed that the sofa is configured by pasting a fiber sheet made of pile fabric on the surface of the sofa main body configured by combining wood, cushion materials, etc., and images to be published in the product catalog of the sofa are created with CG Think about the case. In this case, if the sofa body is designed using CAD, the three-dimensional data of the sofa body can be diverted from the CAD data. On the other hand, if the actual sample of the pile ground having a certain area can be prepared, the information regarding the pile ground which is a fiber sheet can be extracted from the actual sample (of course, this pile ground can be obtained using CAD). If it is designed, it can be used from CAD data.)

まず、図11に示すステップS1では、レイヤーデータの入力が行われる。たとえば、張り付け対象となるパイル地からなる繊維シート61が、図5の上段に示すような2つのレイヤー構造を有していた場合、図5の下段に示すように、2つのレイヤーについてのレイヤーデータLD1,LD2が用意され、コンピュータに入力される。これらのレイヤーデータLD1,LD2は、§2で述べたとおり、各レイヤーごとの反射特性を示す画像データである。   First, in step S1 shown in FIG. 11, layer data is input. For example, if the fiber sheet 61 made of pile material to be pasted has a two-layer structure as shown in the upper part of FIG. 5, the layer data for the two layers is shown in the lower part of FIG. LD1 and LD2 are prepared and input to the computer. These layer data LD1 and LD2 are image data indicating reflection characteristics for each layer as described in §2.

なお、図5には、2つのレイヤーを有する繊維シート61の例を示したが、本発明では、繊維シートを必ずしも2つのレイヤーとして取り扱う必要はなく、3つ以上のレイヤーとして取り扱うことも可能である。したがって、ステップS1の手順は、張り付け対象となる仮想の繊維シートを構成する複数m枚の各レイヤーごとの反射特性を示すm通りのレイヤーデータをコンピュータに入力する処理ということができる。   In addition, although the example of the fiber sheet 61 which has two layers was shown in FIG. 5, in this invention, it is not necessary to handle a fiber sheet as two layers, and it is also possible to handle it as three or more layers. is there. Therefore, it can be said that the procedure of step S1 is a process of inputting m layers of data indicating reflection characteristics for each of a plurality of m layers constituting a virtual fiber sheet to be pasted to a computer.

続くステップS2では、張り付け対象となる繊維シートを種々の曲率で曲げた状態における各レイヤーごとの可視割合を示す可視割合情報をコンピュータに入力する処理が行われる。たとえば、§2で説明したとおり、図8に示す可視割合情報(曲率σのみを考慮した情報)もしくは図9に示す可視割合情報(曲率σと曲率角度ξとの双方を考慮した情報)をシミュレーションにより作成し、これを入力する処理を行えばよい。   In subsequent step S2, a process of inputting visible ratio information indicating the visible ratio of each layer in a state where the fiber sheet to be pasted is bent with various curvatures to the computer is performed. For example, as described in §2, the visible ratio information shown in FIG. 8 (information considering only the curvature σ) or the visible percentage information shown in FIG. 9 (information considering both the curvature σ and the curvature angle ξ) is simulated. It is sufficient to perform the process of creating and inputting this.

次のステップS3では、仮想物体の立体形状を示す三次元データを、コンピュータに入力する処理が行われる。ここで述べる実施例の場合、ソファ本体の三次元データが仮想物体の立体形状を示すデータとして、XYZ三次元座標系上に入力されることになる。前述したとおり、ソファ本体の三次元データは、設計に用いたCADデータを流用することにより、比較的容易に作成することができる。   In the next step S3, processing for inputting three-dimensional data indicating the three-dimensional shape of the virtual object to the computer is performed. In the embodiment described here, the three-dimensional data of the sofa body is input on the XYZ three-dimensional coordinate system as data indicating the three-dimensional shape of the virtual object. As described above, the three-dimensional data of the sofa body can be created relatively easily by using the CAD data used in the design.

通常、このような三次元データは、ポリゴンの集合体を示すデータもしくはパラメトリック曲面(関数式とパラメータ値で示される曲面)の集合体を示すデータによって構成される。また、このステップS3のデータ入力段階では、仮想物体に対する繊維シートの張り付け向きに関する情報を併せて入力するようにする。すなわち、ソファ本体にパイル地を張り付けるときに、ソファ本体の各面のどの方向に、パイル地の基準方向線Wを向けて張り付けるか、という情報を入力しておくようにする。   Usually, such three-dimensional data is constituted by data indicating a collection of polygons or data indicating a collection of parametric curved surfaces (curved surfaces represented by function expressions and parameter values). Further, in the data input stage of step S3, information related to the direction in which the fiber sheet is attached to the virtual object is also input. That is, when the pile ground is pasted on the sofa body, information on which direction of each surface of the sofa body is pasted with the reference direction line W of the pile ground is input.

次に、ステップS4において、レンダリングを行うための投影条件の設定を行う。ここで言う投影条件とは、図3に示すように、仮想物体50の投影画像55を投影平面M上に得るための条件であり、照明条件、視点位置、投影平面という3要素からなる。ここで、照明条件としては、XYZ三次元座標系上において、光源の形状、大きさ、波長特性、位置が設定される。同様に、視点Eの位置および投影平面Mの位置もXYZ三次元座標系上に設定される。なお、図3に示すとおり、投影平面M上には、投影画像55を得るためのxy二次元座標系が定義される。   Next, in step S4, a projection condition for rendering is set. The projection condition referred to here is a condition for obtaining the projection image 55 of the virtual object 50 on the projection plane M, as shown in FIG. Here, as illumination conditions, the shape, size, wavelength characteristics, and position of the light source are set on the XYZ three-dimensional coordinate system. Similarly, the position of the viewpoint E and the position of the projection plane M are also set on the XYZ three-dimensional coordinate system. As shown in FIG. 3, an xy two-dimensional coordinate system for obtaining the projection image 55 is defined on the projection plane M.

以上でレンダリング処理の準備は完了である。続くステップS5〜S9の処理は、実際のレンダリング処理を行う手順であり、投影平面M上のxy二次元座標系上に定義された1画素ごとに、それぞれ画素値を定義する処理を繰り返し実行することになる。まず、ステップS5において、仮想物体50の表面上に1つのサンプル点Qを定義する。具体的には、予め投影平面M上に所望の解像度で画素配列を定義しておき、視点Eと1つの画素Pの代表点(たとえば、中心位置)とを結ぶ線を仮想物体50上へと伸ばし、仮想物体表面との交点位置にサンプル点Qを定義すればよい。   The rendering process is now complete. The subsequent processes of steps S5 to S9 are procedures for performing an actual rendering process, and the process of defining pixel values is repeatedly executed for each pixel defined on the xy two-dimensional coordinate system on the projection plane M. It will be. First, in step S5, one sample point Q is defined on the surface of the virtual object 50. Specifically, a pixel array is defined in advance on the projection plane M with a desired resolution, and a line connecting the viewpoint E and a representative point (for example, the center position) of one pixel P is placed on the virtual object 50. The sample point Q may be defined at the intersection position with the virtual object surface.

続いて、ステップS6では、このサンプル点Qの位置について、仮想物体50の表面の曲率σを求める演算が行われる。仮想物体50が、ポリゴンの集合体からなる三次元データとして入力された場合であっても、パラメトリック曲面の集合体からなる三次元データとして入力された場合であっても、任意のサンプル点Qの近傍における物体表面の形状は定義されているので、その位置における曲率σを演算で求めることが可能である。   Subsequently, in step S6, a calculation for obtaining the curvature σ of the surface of the virtual object 50 is performed for the position of the sample point Q. Even if the virtual object 50 is input as three-dimensional data consisting of a collection of polygons or as three-dimensional data consisting of a collection of parametric curved surfaces, an arbitrary sample point Q Since the shape of the object surface in the vicinity is defined, the curvature σ at that position can be obtained by calculation.

ここでは、サンプル点Qの位置についての仮想物体50の表面の曲率σを求める方法の簡単な一例を述べておく。たとえば、図12の斜視図に示されているように、仮想物体50上の1点Qの位置における曲率を求めることを考える。この場合、まず、この仮想物体50をサンプル点Qを含む所定面で切断する。図では、この切断面をハッチングを施して示してある。切断面は、たとえば、所定の基準平面を予め定めておき、サンプル点Qを通り、この基準平面に平行な面として定義すればよい。基準平面は、たとえば、ステップS3で仮想物体50の物体データを入力する際に、「物体の特定面」としてオペレータに指定させるようにしてもよいし、「XYZ三次元座標系におけるYZ平面」というように一義的に定めておいてもよい。   Here, a simple example of a method for obtaining the curvature σ of the surface of the virtual object 50 at the position of the sample point Q will be described. For example, as shown in the perspective view of FIG. 12, consider obtaining the curvature at the position of one point Q on the virtual object 50. In this case, first, the virtual object 50 is cut along a predetermined plane including the sample point Q. In the figure, this cut surface is shown hatched. For the cut surface, for example, a predetermined reference plane may be determined in advance and defined as a plane that passes through the sample point Q and is parallel to the reference plane. For example, when the object data of the virtual object 50 is input in step S3, the reference plane may be designated by the operator as “specific surface of the object” or may be referred to as “YZ plane in the XYZ three-dimensional coordinate system”. It may be determined uniquely as follows.

次に、この切断面上に現れる仮想物体50の輪郭線56を抽出し、この輪郭線56のサンプル点Q近傍の曲率を求め、これをサンプル点Qの曲率とする。図13は、輪郭線56のサンプル点Q近傍の曲率を定義する一方法を示す平面図である。この方法では、まず、輪郭線56上のサンプル点Qの両側に、サンプル点Qから輪郭線56に沿って等距離にある2点QL,QRを定義する。すなわち、輪郭線56に沿った2点Q/QL間の距離と2点Q/QR間の距離は等しい。次に、この切断面上において、点QLにおける輪郭線56の接線TLと、点QRにおける輪郭線56の接線TRとを求め、各接線TL,TRに直交する線(図に一点鎖線で示す)を引いて、両者の交点QQを求める。最後に、サンプル点Qと交点QQとの距離rを求め、その逆数1/rを、サンプル点Qについての曲率σとする。   Next, the contour line 56 of the virtual object 50 appearing on the cut surface is extracted, the curvature of the contour line 56 near the sample point Q is obtained, and this is set as the curvature of the sample point Q. FIG. 13 is a plan view showing one method for defining the curvature of the contour 56 near the sample point Q. FIG. In this method, first, two points QL and QR that are equidistant from the sample point Q along the contour line 56 are defined on both sides of the sample point Q on the contour line 56. That is, the distance between the two points Q / QL along the contour 56 is equal to the distance between the two points Q / QR. Next, on this cut surface, the tangent line TL of the contour line 56 at the point QL and the tangent line TR of the contour line 56 at the point QR are obtained, and the lines are orthogonal to the tangent lines TL and TR (indicated by a one-dot chain line in the figure). To obtain the intersection QQ of the two. Finally, the distance r between the sample point Q and the intersection QQ is obtained, and the reciprocal 1 / r is set as the curvature σ for the sample point Q.

このような方法を用いれば、仮想物体50上の任意のサンプル点Qについて、所定の曲率σを決定することができる。もっとも、この方法では、向きのファクターをもたない狭義の曲率を求めることしかできない。任意のサンプル点について向きのファクター(曲率角度ξ)をもった広義の曲率を求める方法については、§5で詳述する。   By using such a method, a predetermined curvature σ can be determined for an arbitrary sample point Q on the virtual object 50. However, this method can only find a curvature in a narrow sense that does not have an orientation factor. A method for obtaining a curvature in a broad sense having an orientation factor (curvature angle ξ) for an arbitrary sample point will be described in detail in §5.

こうして、サンプル点Qについて、曲率が求まったら、続いて、ステップS7において、当該サンプル点Qからの反射光強度演算を行う。すなわち、ステップS4で設定した投影条件により、図3に示すようなシェーディングモデルが定義できるので、このモデルにおいて、サンプル点Qから視点Eに向かう反射光Vの強度を求める演算を行うことになる。その基本原理は、図10を用いて説明したとおりである。すなわち、従来の一般的なレンダリングの手法を図3に示すモデルに適用した場合、サンプル点Qから視点Eに向かう反射光Vの強度に影響を与える因子は、照明光Lの強度、サンプル点Qの近傍における物体表面の傾き、繊維シート60を張り付けたときのサンプル点Qの位置にマッピングされる反射特性といった因子になるが、本発明の場合、サンプル点Qの位置にマッピングされる反射特性が各レイヤーごとに用意されているので、ステップS6で求めたサンプル点Qの位置の曲率に応じて、ステップS2で入力した可視割合情報を参照し、当該曲率に応じた可視割合を求め、各レイヤーの反射特性をこの可視割合に応じて合成することにより、サンプル点Qの反射特性を決定することになる。   When the curvature is obtained for the sample point Q in this way, the reflected light intensity calculation from the sample point Q is subsequently performed in step S7. That is, since the shading model as shown in FIG. 3 can be defined by the projection condition set in step S4, the calculation for obtaining the intensity of the reflected light V from the sample point Q toward the viewpoint E is performed in this model. The basic principle is as described with reference to FIG. That is, when the conventional general rendering method is applied to the model shown in FIG. 3, the factors that affect the intensity of the reflected light V from the sample point Q toward the viewpoint E are the intensity of the illumination light L and the sample point Q. In the present invention, the reflection characteristic mapped to the position of the sample point Q is a factor such as the inclination of the object surface in the vicinity of the object and the reflection characteristic mapped to the position of the sample point Q when the fiber sheet 60 is attached. Since each layer is prepared, according to the curvature of the position of the sample point Q obtained in step S6, the visible percentage information input in step S2 is referred to, and the visible percentage corresponding to the curvature is obtained. The reflection characteristics of the sample point Q are determined by synthesizing the reflection characteristics according to the visible ratio.

図14は、図11に示すステップS7の反射光強度演算のより詳細な手順を示す流れ図である。この反射光強度演算は、繊維シートを仮想物体の表面に張り付けた場合に、個々のサンプル点から視点位置に向かう反射光の強度を求める演算であり、1つのサンプル点からの反射光強度を演算する際に、図示のとおり、3つのステップS71,S72,S73を実行することになる。   FIG. 14 is a flowchart showing a more detailed procedure of the reflected light intensity calculation in step S7 shown in FIG. This reflected light intensity calculation is an operation for obtaining the intensity of reflected light from each sample point toward the viewpoint when a fiber sheet is attached to the surface of the virtual object. The reflected light intensity is calculated from one sample point. In doing so, as shown in the figure, three steps S71, S72, and S73 are executed.

まず、第1のステップS71では、可視割合情報を参照して当該サンプル点Qの位置における曲率に対応する各レイヤーごとの可視割合が求められる。たとえば、図10に示す例の場合、図11の流れ図におけるステップS6により、サンプル点Qの位置における曲率がσ=1/10として求められているので、ステップS71では、たとえば、図8に示す可視割合情報(既に、ステップS2において入力されている)を参照することにより、当該サンプル点Qについての可視割合が、L1:70%、L2:30%と求められる。   First, in the first step S71, the visible ratio for each layer corresponding to the curvature at the position of the sample point Q is obtained with reference to the visible ratio information. For example, in the case of the example shown in FIG. 10, since the curvature at the position of the sample point Q is obtained as σ = 1/10 by step S6 in the flowchart of FIG. 11, in step S71, for example, the visible in FIG. By referring to the ratio information (already input in step S2), the visible ratio for the sample point Q is obtained as L1: 70% and L2: 30%.

なお、ステップS2の可視割合情報入力段階において、図8に示す可視割合テーブルのような離散的に定義された複数の曲率ごとの可視割合情報が入力されている場合には、ステップS6の曲率演算段階で求められたサンプル点Qについての曲率にちょうど一致する曲率が、可視割合テーブル上に掲載されていない場合がある。このような場合には、サンプル点Qについての曲率に対応する可視割合を、離散的な曲率について定義されている可視割合を補間することによって求めるようにすればよい。   In addition, in the visible ratio information input stage in step S2, when the visible ratio information for each of a plurality of discretely defined curvatures such as the visible ratio table shown in FIG. 8 is input, the curvature calculation in step S6. The curvature that exactly matches the curvature for the sample point Q obtained in the stage may not be listed on the visible ratio table. In such a case, the visible proportion corresponding to the curvature for the sample point Q may be obtained by interpolating the visible proportion defined for the discrete curvature.

たとえば、サンプル点Qについての曲率がσ=1/20であった場合、図8のテーブルにおけるσ=1/30に対応する可視割合と、σ=1/10に対応する可視割合との中間的な割合を補間値として求めればよい。補間方法は種々の方法をとることができるが、たとえば、曲率σの逆数をとった線形補間を行うのであれば、サンプル点Qについての曲率の逆数20は、σ=1/30の逆数30と、σ=1/10の逆数10との中間点となるので、補間によって得られる可視割合は、L1:75%、L2:25%ということになる。   For example, when the curvature for the sample point Q is σ = 1/20, the visible ratio corresponding to σ = 1/30 and the visible ratio corresponding to σ = 1/10 in the table of FIG. What is necessary is just to obtain | require a ratio as an interpolation value. Various interpolation methods can be used. For example, if linear interpolation is performed by taking the reciprocal of the curvature σ, the reciprocal 20 of the curvature for the sample point Q is the reciprocal 30 of σ = 1/30. Therefore, the visible ratio obtained by interpolation is L1: 75% and L2: 25%.

続いて、第2のステップS72では、当該サンプル点Qの位置における反射特性を、m通りのレイヤーデータの反射特性を第1のステップS71で求めた可視割合に応じて合成することにより求める処理が行われる。図10に示す例の場合は、m=2であり、2通りのレイヤーデータLD1,LD2として、各レイヤーごとの反射特性が用意されている。しかも、これらのレイヤーデータは、図11の流れ図におけるステップS1で既に入力されている。そこで、ステップS72では、図10に示されているとおり、レイヤーデータLD1の対応点Q1の位置の反射特性(画素値P(Q1))と、レイヤーデータLD2の対応点Q2の位置の反射特性(画素値P(Q2))とを、70:30の割合で合成することにより、サンプル点Qの位置における反射特性を求める演算が行われる。具体的には、サンプル点Qの位置における反射特性は、
0.7×P(Q1)+0.3×P(Q2)
なる演算によって求められる。
Subsequently, in the second step S72, a process of obtaining the reflection characteristics at the position of the sample point Q by combining the reflection characteristics of m layer data according to the visible ratio obtained in the first step S71. Done. In the example shown in FIG. 10, m = 2, and reflection characteristics for each layer are prepared as two types of layer data LD1 and LD2. Moreover, these layer data have already been input in step S1 in the flowchart of FIG. Therefore, in step S72, as shown in FIG. 10, the reflection characteristic (pixel value P (Q1)) of the corresponding point Q1 of the layer data LD1 and the reflection characteristic of the position of the corresponding point Q2 of the layer data LD2 ( The pixel value P (Q2)) is synthesized at a ratio of 70:30, so that an operation for obtaining the reflection characteristic at the position of the sample point Q is performed. Specifically, the reflection characteristic at the position of the sample point Q is
0.7 × P (Q1) + 0.3 × P (Q2)
Is obtained by the following calculation.

最後の第3のステップS73では、第2のステップS72で求めた反射特性に基づいて、当該サンプル点Qから視点Eに向かう反射光の強度が求められる。これは、従来の一般的なレンダリングの手法と同様の演算処理であり、照明光Lの強度、サンプル点Qの近傍における物体表面の傾きといった因子を考慮して、反射光強度が演算されることになる。   In the final third step S73, the intensity of the reflected light from the sample point Q toward the viewpoint E is obtained based on the reflection characteristic obtained in the second step S72. This is a calculation process similar to the conventional general rendering method, and the reflected light intensity is calculated in consideration of factors such as the intensity of the illumination light L and the inclination of the object surface near the sample point Q. become.

こうして、図11のステップS7において、1つのサンプル点Qから視点Eに向かう反射光Vの強度を求める演算が完了したら、続くステップS8において、1つの画素の定義が行われる。すなわち、このサンプル点Qからの反射光Vと投影平面Mとの交点位置に、当該反射光Vの強度に応じた画素値をもつ画素Pが定義される。カラー画像を取り扱う場合、前述したとおり、各レイヤーデータLD1,LD2は、三原色RGBのそれぞれについての反射特性を示すデータとなっているので、ステップS7における反射光Vの強度演算も各色成分ごとに行うことができる。したがって、ステップS8では、三原色RGBのそれぞれについて所定の画素値をもった画素を定義することができる。   Thus, when the calculation for obtaining the intensity of the reflected light V from one sample point Q toward the viewpoint E is completed in step S7 of FIG. 11, one pixel is defined in the subsequent step S8. That is, a pixel P having a pixel value corresponding to the intensity of the reflected light V is defined at the intersection of the reflected light V from the sample point Q and the projection plane M. When a color image is handled, as described above, the layer data LD1 and LD2 are data indicating the reflection characteristics for the three primary colors RGB, so the intensity calculation of the reflected light V in step S7 is also performed for each color component. be able to. Accordingly, in step S8, a pixel having a predetermined pixel value can be defined for each of the three primary colors RGB.

こうして、ステップS5〜S8の手順を経ることにより、投影平面M上の1つの画素Pの画素値が定義できる。そこで、ステップS9から再びステップS5へと戻る処理を、必要な全画素が定義されるまで繰り返し実行する。そして、最後に、ステップS10において、多数のサンプル点について定義された多数の画素の集合により、仮想物体50の投影画像55を示す二次元投影データを生成する処理が行われ、必要に応じて、生成した二次元データがコンピュータから出力されることになる。   Thus, the pixel value of one pixel P on the projection plane M can be defined through the procedures of steps S5 to S8. Therefore, the process of returning from step S9 to step S5 again is repeatedly executed until all necessary pixels are defined. Finally, in step S10, a process of generating two-dimensional projection data indicating the projection image 55 of the virtual object 50 is performed using a set of a large number of pixels defined for a large number of sample points. The generated two-dimensional data is output from the computer.

なお、曲率として、向きのファクターをもった広義の曲率を用いる場合には、ステップS2の可視割合情報入力段階において、向きのファクターをもった個々の曲率について、各レイヤーごとの可視割合を示す可視割合情報を入力する。具体的には、前述したように、円柱側面に繊維シートを所定の向きに張り付けた状態における各レイヤーごとの可視割合を定義し、円柱の半径の逆数を用いて曲率σを定義し、円柱の中心軸を半径方向に投影することにより円柱側面上に得られる投影線と繊維シートの基準方向線とのなす角ξを当該曲率σについての曲率角度と定義し、個々の曲率σおよび個々の曲率角度ξの各組み合わせに対応する各レイヤーごとの可視割合を示す可視割合情報(たとえば、図9に示すようなテーブル)を入力すればよい。   When a curvature in a broad sense having a direction factor is used as the curvature, the visible ratio indicating the visible ratio for each layer is shown for each curvature having a direction factor in the visual ratio information input stage in step S2. Enter percentage information. Specifically, as described above, the visible ratio for each layer in a state where the fiber sheet is attached to the side surface of the cylinder in a predetermined direction is defined, the curvature σ is defined using the reciprocal of the radius of the cylinder, The angle ξ formed by the projection line obtained on the cylindrical side surface by projecting the central axis in the radial direction and the reference direction line of the fiber sheet is defined as a curvature angle with respect to the curvature σ, and each curvature σ and each curvature Visibility ratio information (for example, a table as shown in FIG. 9) indicating the visibility ratio for each layer corresponding to each combination of angles ξ may be input.

また、ステップS3の物体データ入力段階では、仮想物体に対する繊維シートの張り付け向きに関する情報(たとえば、繊維シートの基準方向線の向きに関する情報)を併せて入力するようにする。そして、ステップS6の曲率演算段階では、ステップS3で入力した繊維シートの張り付け向きに関する情報を参照することにより、サンプル点Qについて向きのファクターをもった曲率を求めるようにする。具体的には、曲率σおよびこの曲率σに応じた湾曲方向と基準方向線とのずれを示す曲率角度ξを求めればよい(具体的手法は、§5で述べる)。   Further, in the object data input stage of step S3, information related to the direction in which the fiber sheet is attached to the virtual object (for example, information related to the direction of the reference direction line of the fiber sheet) is also input. Then, in the curvature calculation stage of step S6, the curvature having the direction factor is obtained for the sample point Q by referring to the information regarding the fiber sheet sticking direction input in step S3. Specifically, a curvature angle ξ indicating a curvature σ and a deviation between the bending direction corresponding to the curvature σ and the reference direction line may be obtained (a specific method will be described in §5).

そうすれば、反射光強度演算段階の第1のステップS71では、向きのファクターをもった曲率に対応する各レイヤーごとの可視割合を求めることができる。具体的には、曲率σおよび曲率角度ξの組み合わせに対応する各レイヤーごとの可視割合を求めることができる。たとえば、ステップS6の曲率演算段階で、サンプル点Qについて向きのファクターをもった曲率が、σ=1/30,ξ=20°なる数値で求まったとすれば、ステップS71では、図9のテーブルにおけるξ=20°、σ=1/30の欄を参照することにより、向きのファクターをもった曲率に対応する各レイヤーごとの可視割合が得られる。   Then, in the first step S71 in the reflected light intensity calculation stage, the visible ratio for each layer corresponding to the curvature having the orientation factor can be obtained. Specifically, the visible ratio for each layer corresponding to the combination of the curvature σ and the curvature angle ξ can be obtained. For example, if the curvature having the orientation factor with respect to the sample point Q is obtained with numerical values of σ = 1/30 and ξ = 20 ° at the curvature calculation stage in step S6, in step S71, the table in FIG. By referring to the column of ξ = 20 ° and σ = 1/30, the visible ratio for each layer corresponding to the curvature having the orientation factor can be obtained.

このように、図11に示す手順は、基本的には、従来の一般的なレンダリングの手法に従うものであり、図3に示すような一般的なシェーディングモデルを基礎とするものである。ただ、ステップS1において、複数のレイヤーについて、それぞれの反射特性を示すレイヤーデータを入力し、ステップS2において、可視割合情報を入力し、ステップS6において、サンプル点の曲率を演算し、ステップS7において、この曲率に応じて、複数のレイヤーデータを所定の可視割合で合成して当該サンプル点の反射特性を求め、反射光強度を演算する点は、本発明に固有の手順であり、本発明の本質ともいうべき特徴的な手順になる。   As described above, the procedure shown in FIG. 11 basically follows the conventional general rendering technique and is based on a general shading model as shown in FIG. However, in step S1, layer data indicating each reflection characteristic is input for a plurality of layers, visible ratio information is input in step S2, the curvature of the sample point is calculated in step S6, and in step S7, According to the curvature, a plurality of layer data is synthesized at a predetermined visible ratio to obtain the reflection characteristic of the sample point, and the reflected light intensity is calculated. It becomes a characteristic procedure that should be called.

既に述べたとおり、パイル地などは、表面の湾曲状態によってその見え方が変化する性質をもった繊維シートである。そのため、これらの生地を仮想物体の曲面に張り付けレンダリング処理を行うと、得られたCG画像上では、繊維の質感を十分に表現することができなかった。ところが、図11に示す本発明に係る手順でレンダリング処理を実施すると、従来の手法に比べて、繊維の質感がより忠実に表現された画像が得られるようになる。   As already described, a pile fabric or the like is a fiber sheet having a property that its appearance changes depending on the curved state of the surface. Therefore, when these fabrics are pasted on the curved surface of a virtual object and rendering processing is performed, the texture of the fibers cannot be sufficiently expressed on the obtained CG image. However, when the rendering process is performed according to the procedure according to the present invention shown in FIG. 11, an image in which the texture of the fiber is expressed more faithfully than the conventional method can be obtained.

<<< §4.様々なシェーディングモデルへの適用 >>>
ここでは、図14の流れ図に示されている反射光強度演算のより具体的な手法をいくつか述べることにする。従来から、このような反射光強度演算を行うために、種々のシェーディングモデルが提案されている。これらシェーディングモデルの多くは、仮想物体上のサンプル点(テクスチャをマッピングする場合は、マッピング後のサンプル点)に、それぞれ所定の反射特性を定義し、照明光Lと各部に定義された反射特性とに基づいて、反射光の強度を求める演算を行うものである。通常、1つのサンプル点に、複数の照明光が入射するような照明条件(複数の光源を用いた照明条件)が設定されるので、個々の光源からの入射照明光に基づいて発生する複数の反射光強度の総和として、当該サンプル点から視点へ向かう反射光の強度を演算することになる。
<<< §4. Application to various shading models >>>
Here, some more specific methods of the reflected light intensity calculation shown in the flowchart of FIG. 14 will be described. Conventionally, various shading models have been proposed to perform such reflected light intensity calculation. Many of these shading models define predetermined reflection characteristics at sample points on virtual objects (or sample points after mapping when mapping textures), and the illumination light L and the reflection characteristics defined at each part Is used to calculate the intensity of the reflected light. Usually, an illumination condition (illumination condition using a plurality of light sources) in which a plurality of illumination lights are incident on one sample point is set, so that a plurality of light generated based on incident illumination light from each light source is set. As the sum of the reflected light intensities, the intensity of the reflected light from the sample point toward the viewpoint is calculated.

本発明の基本思想は、新たなシェーディングモデルの提案にあるわけではなく、1つのサンプル点についての反射光強度演算を行う際に、複数m枚のレイヤーそれぞれに定義された各反射特性を、当該サンプル点の曲率に対応した可視割合に基づいて合成し、合成された反射特性を用いて反射光強度を求める、という点にある。したがって、本発明を実施する上で、どのようなシェーディングモデルを用いるかは重要ではなく、実際、様々なシェーディングモデルに本発明を適用することが可能である。以下、従来から用いられている一般的なシェーディングモデルに本発明を適用した具体例をいくつか述べることにする。   The basic idea of the present invention is not in the proposal of a new shading model, but when performing the reflected light intensity calculation for one sample point, each reflection characteristic defined for each of a plurality of m layers is The combination is based on the visible ratio corresponding to the curvature of the sample points, and the reflected light intensity is obtained using the combined reflection characteristics. Therefore, it is not important what kind of shading model is used in carrying out the present invention. In fact, the present invention can be applied to various shading models. Hereinafter, some specific examples in which the present invention is applied to a general shading model used conventionally will be described.

(1) 単純なテクスチャマッピングモデル
このモデルは、テクスチャとなる二次元画像を、スキャナ装置やデジタルカメラなどを用いて入力し、反射率分布を示す反射特性データとして利用する単純なモデルであり、§2,§3で述べてきた基本的な実施形態は、この単純なテクスチャマッピングモデルを前提としたものである。
(1) Simple texture mapping model This model is a simple model that inputs a 2D image as a texture using a scanner device or digital camera and uses it as reflection characteristic data indicating the reflectance distribution. The basic embodiments described in Sections 2 and 3 are based on this simple texture mapping model.

このモデルに本発明を適用するのであれば、まず、個々のレイヤーごとの二次元画像をデジタルカメラなどを用いて取り込んで、各レイヤーデータを用意し、これを図11のステップS1において入力する処理を行っておく。この場合、各レイヤーデータは、たとえば、図5の下段に示すデータLD1,LD2のように、uv二次元座標系上に定義された絵柄データT(u,v)となり、各レイヤーの反射率分布を示す反射特性データということになる。   If the present invention is applied to this model, first, a process of capturing a two-dimensional image for each layer using a digital camera or the like, preparing each layer data, and inputting this in step S1 of FIG. Keep going. In this case, each layer data becomes, for example, pattern data T (u, v) defined on the uv two-dimensional coordinate system, such as data LD1 and LD2 shown in the lower part of FIG. The reflection characteristic data indicating

次に、図14に示す反射光強度演算段階の第2のステップS72では、まず、サンプル点Qの位置の座標値u,vに対応する各レイヤーごとの絵柄データT(u,v)の値(反射特性)を取り出す。図10に示す例の場合、上部レイヤーデータLD1からは画素値P(Q1)が取り出され、下部レイヤーデータLD2からは画素値P(Q2)が取り出されることになる。そして、この取り出した各レイヤーごとの反射特性の値を、第1のステップS71で求めた可視割合による重みづけに応じて合成することにより、サンプル点Qの位置における反射係数kを求める。図10に示す例の場合、前述したとおり、
k=0.7×P(Q1)+0.3×P(Q2)
なる演算によって、サンプル点Qの位置における反射係数k(各レイヤーを合成した反射係数)が得られる。この反射係数kは、上部レイヤーの反射係数(画素値P(Q1))を70%考慮し、下部レイヤーの反射係数(画素値P(Q2))を30%考慮した値ということになる。
Next, in the second step S72 of the reflected light intensity calculation stage shown in FIG. 14, first, the value of the pattern data T (u, v) for each layer corresponding to the coordinate values u, v of the position of the sample point Q. Take out (reflection characteristics). In the example shown in FIG. 10, the pixel value P (Q1) is extracted from the upper layer data LD1, and the pixel value P (Q2) is extracted from the lower layer data LD2. Then, the reflection coefficient k at the position of the sample point Q is obtained by synthesizing the extracted reflection characteristic value for each layer according to the weighting by the visible ratio obtained in the first step S71. In the case of the example shown in FIG.
k = 0.7 * P (Q1) + 0.3 * P (Q2)
Thus, the reflection coefficient k (reflection coefficient obtained by combining the layers) at the position of the sample point Q is obtained. This reflection coefficient k is a value that takes into account 70% of the reflection coefficient of the upper layer (pixel value P (Q1)) and 30% of the reflection coefficient of the lower layer (pixel value P (Q2)).

そして、図14に示す反射光強度演算段階の第3のステップでは、サンプル点Qにおける入射照明光の強度をIiとしたときに(これは、図11のステップS4で設定した投影条件によって定まる)、反射光強度Iを、反射係数kを用いて、
I=k・Ii
なる式で求めればよい。
In the third step of the reflected light intensity calculation stage shown in FIG. 14, when the intensity of the incident illumination light at the sample point Q is Ii (this is determined by the projection condition set in step S4 of FIG. 11). , The reflected light intensity I using the reflection coefficient k,
I = k · Ii
It can be obtained by the following formula.

(2) 古典的な拡散反射モデル
拡散反射モデルは、古くからレンダリング処理に利用されてきたモデルであり、サンプル点Qにおける入射照明光の強度をIi、仮想物体表面上のサンプル点Q位置に立てた法線nと入射照明光とのなす角をα、拡散反射係数をkdとしたときに、反射光強度Iを、
I=kd・Ii・cos α
なる式で求めるモデルである。ここで、古典的な拡散反射モデルの場合、拡散反射係数kdは、定数として与えられる所定の反射特性データによって定められることになる。
(2) Classic diffuse reflection model The diffuse reflection model is a model that has been used for rendering processing for a long time. The intensity of incident illumination light at the sample point Q is set to Ii, and the sample point Q position on the virtual object surface is set. When the angle between the normal n and the incident illumination light is α and the diffuse reflection coefficient is kd, the reflected light intensity I is
I = kd ・ Ii ・ cos α
This is a model obtained by the following formula. Here, in the case of a classic diffuse reflection model, the diffuse reflection coefficient kd is determined by predetermined reflection characteristic data given as a constant.

この古典的な拡散反射モデルを本発明に適用する場合は、まず、個々のレイヤーごとに、拡散反射係数を定める。このモデルにおける拡散反射係数は、二次元的な分布をもたないので、1つのレイヤーについて、1つの拡散反射係数を定めればよい。たとえば、図5の上段に示すように2つのレイヤーL1,L2からなる繊維シートの場合、上部レイヤーL1についての拡散反射係数kd1と、下部レイヤーL2についての拡散反射係数kd2とを決定すればよい。したがって、このモデルでは、レイヤーデータLD1=kd1、レイヤーデータLD2=kd2、というように、各レイヤーデータは、単純な数値で与えられることになり、前掲の実施形態のような絵柄データT(u,v)という形式にはならない。図11のステップS1では、各レイヤーごとの拡散反射係数kd1,kd2が、レイヤーデータとして入力されることになる。   When this classical diffuse reflection model is applied to the present invention, first, a diffuse reflection coefficient is determined for each layer. Since the diffuse reflection coefficient in this model does not have a two-dimensional distribution, one diffuse reflection coefficient may be determined for one layer. For example, as shown in the upper part of FIG. 5, in the case of a fiber sheet composed of two layers L1 and L2, the diffuse reflection coefficient kd1 for the upper layer L1 and the diffuse reflection coefficient kd2 for the lower layer L2 may be determined. Therefore, in this model, each layer data is given by simple numerical values such as layer data LD1 = kd1, layer data LD2 = kd2, and the pattern data T (u, v) is not in the form. In step S1 of FIG. 11, diffuse reflection coefficients kd1 and kd2 for each layer are input as layer data.

一方、図14に示す反射光強度演算段階の第2のステップS72では、個々のレイヤーごとの拡散反射係数を第1のステップS71で求めた可視割合による重みづけに応じて合成することにより、サンプル点Qの位置における拡散反射係数kdを求めるようにする。たとえば、第1のステップS71において、サンプル点Qの位置における曲率σを求め、この曲率σに対応する2つのレイヤーL1,L2の可視割合が、L1:70%、L2:30%であったとすると、サンプル点Qの位置における拡散反射係数kdは、
kd=0.7×kd1+0.3×kd2
なる演算で求められる。
On the other hand, in the second step S72 of the reflected light intensity calculation stage shown in FIG. 14, the diffuse reflection coefficient for each layer is synthesized according to the weighting by the visible ratio obtained in the first step S71, thereby obtaining a sample. The diffuse reflection coefficient kd at the position of the point Q is obtained. For example, when the curvature σ at the position of the sample point Q is obtained in the first step S71, and the visible ratios of the two layers L1 and L2 corresponding to the curvature σ are L1: 70% and L2: 30%. The diffuse reflection coefficient kd at the position of the sample point Q is
kd = 0.7 × kd1 + 0.3 × kd2
It is calculated by the following.

そこで、図14に示す反射光強度演算段階の第3のステップでは、サンプル点Qにおける入射照明光の強度をIi、仮想物体表面上のサンプル点Qの位置に立てた法線nと入射照明光とのなす角をαとしたときに、反射光強度Iを、
I=kd・Ii・cos α
なる式で求めるようにすればよい。
Therefore, in the third step of the reflected light intensity calculation stage shown in FIG. 14, the intensity of the incident illumination light at the sample point Q is Ii, the normal n standing at the position of the sample point Q on the virtual object surface, and the incident illumination light When the angle formed by α is α, the reflected light intensity I is
I = kd ・ Ii ・ cos α
What is necessary is just to obtain | require by the type | formula which becomes.

このように、古典的な拡散反射モデルには、テクスチャマッピングの概念がないので、何らかのテクスチャ模様をもった繊維シートを取り扱う場合には、この古典的な拡散反射モデルをそのまま適用することはできない。このような場合には、この古典的な拡散反射モデルに更にテクスチャマッピングモデルを組み合わせたモデルを用いるようにすればよい。具体的には、前述した単純なテクスチャマッピングモデルと同様に、各レイヤーデータLD1,LD2を、uv二次元座標系上に定義された絵柄データT(u,v)として用意し、ステップS1のレイヤーデータ入力段階では、uv二次元座標系上に定義された絵柄データT(u,v)で示される拡散反射係数をもった二次元画像を、それぞれ個々のレイヤーについてのレイヤーデータとして入力する。   Thus, since the classic diffuse reflection model does not have the concept of texture mapping, this classic diffuse reflection model cannot be applied as it is when a fiber sheet having some texture pattern is handled. In such a case, a model obtained by further combining a texture mapping model with this classic diffuse reflection model may be used. Specifically, similarly to the simple texture mapping model described above, each layer data LD1, LD2 is prepared as picture data T (u, v) defined on the uv two-dimensional coordinate system, and the layer in step S1 is prepared. In the data input stage, a two-dimensional image having a diffuse reflection coefficient indicated by the pattern data T (u, v) defined on the uv two-dimensional coordinate system is input as layer data for each individual layer.

一方、反射光強度演算段階の第2のステップS72では、まず、サンプル点Qの位置の座標値u,vに対応する各レイヤーごとの絵柄データT(u,v)の画素値(拡散反射係数)を取り出す。そして、これらの画素値を、第1のステップS71で求めた可視割合による重みづけに応じて合成することにより、サンプル点Qの位置における拡散反射係数kdを求めるようにすればよい。   On the other hand, in the second step S72 of the reflected light intensity calculation stage, first, the pixel value (diffuse reflection coefficient) of the pattern data T (u, v) for each layer corresponding to the coordinate values u, v of the position of the sample point Q ). Then, the diffuse reflection coefficient kd at the position of the sample point Q may be obtained by combining these pixel values according to the weighting by the visible ratio obtained in the first step S71.

(3) Phongの鏡面反射モデル
Phongの鏡面反射モデルは、鏡面反射の代表的なシェーディングモデルであり、サンプル点Qにおける入射照明光の強度をIi、仮想物体表面上のサンプル点Qの位置に立てた法線nと入射照明光とのなす角をα、この角度αに依存した反射係数をk(α)、鏡面反射の鋭さを示すパラメータをβ、サンプル点Qにおける鏡面反射光の射出方向と視点方向とのなす角をγとしたときに、反射光強度Iを、
I=k(α)・Ii・cos βγ
なる式で求めるモデルである。
(3) Phong's specular reflection model
Phong's specular reflection model is a representative shading model of specular reflection, where the intensity of incident illumination light at the sample point Q is Ii, the normal n standing at the position of the sample point Q on the virtual object surface, and the incident illumination light Is the reflection coefficient depending on the angle α, k is the reflection coefficient, β is the parameter indicating the sharpness of the specular reflection, and γ is the angle between the emission direction of the specular reflection light at the sample point Q and the viewing direction. When the reflected light intensity I is
I = k (α) · Ii · cos β γ
This is a model obtained by the following formula.

このPhongの鏡面反射モデルを本発明に適用する場合は、まず、個々のレイヤーごとに、反射係数k(α)およびパラメータをβを定める。このモデルにおける反射係数k(α)およびパラメータβも、二次元的な分布をもたないので、1つのレイヤーについて、それぞれk(α)およびβを定めればよい。もっとも、反射係数k(α)は、角度αに依存した値になるので、何通りかの角度αの離散値に対して、それぞれ所定の係数値を定めるか、あるいは、角度αと係数kとの関数式を用意しておく必要がある。実用上は、前述したように、繊維シートの構造データを用いたコンピュータシミュレーションにより、個々のレイヤーごとの反射係数k(α)およびパラメータをβを定め、図11のステップS1において、個々のレイヤーごとのレイヤーデータとして入力すればよい。   When applying this Phong specular reflection model to the present invention, first, the reflection coefficient k (α) and the parameter β are determined for each layer. Since the reflection coefficient k (α) and the parameter β in this model do not have a two-dimensional distribution, k (α) and β may be determined for each layer. However, since the reflection coefficient k (α) depends on the angle α, a predetermined coefficient value is determined for each of the discrete values of the angle α, or the angle α and the coefficient k It is necessary to prepare a function expression. In practice, as described above, the reflection coefficient k (α) and the parameter β are determined for each layer by computer simulation using the structure data of the fiber sheet. In step S1 of FIG. Input as layer data.

一方、図14に示す反射光強度演算段階の第2のステップS72では、まず、仮想物体表面上のサンプル点Qの位置に立てた法線nと入射照明光とのなす角αと、サンプル点Qにおける鏡面反射光の射出方向と視点方向とのなす角γとを求める(これらは、図11のステップS4で設定した投影条件によって求まる)。そして、これらの角度α,γを用いて、各レイヤーごとの反射係数を、それぞれのレイヤーデータを参照して、
k(α)・cos βγ
なる式で求める。こうして求めた各レイヤーごとの反射係数を、第1のステップS71で求めた可視割合による重みづけに応じて合成することにより、サンプル点Qの位置における反射係数kを求めることができる。たとえば、第1のステップS71において、サンプル点Qの位置についての2つのレイヤーL1,L2の可視割合が、L1:70%、L2:30%であり、上記式によって求められた2つのレイヤーL1,L2についての反射係数が、k1,k2であったとすると、サンプル点Qの位置における反射係数kは、
k=0.7×k1+0.3×k2
なる演算で求められる。
On the other hand, in the second step S72 of the reflected light intensity calculation stage shown in FIG. 14, first, the angle α formed between the normal n set at the position of the sample point Q on the virtual object surface and the incident illumination light, and the sample point An angle γ formed by the exit direction of the specular reflection light at Q and the viewpoint direction is obtained (these are obtained by the projection condition set in step S4 in FIG. 11). Then, using these angles α and γ, the reflection coefficient for each layer is referred to for each layer data,
k (α) ・ cos β γ
The following formula is used. The reflection coefficient k at the position of the sample point Q can be obtained by combining the reflection coefficient for each layer thus obtained in accordance with the weighting by the visible ratio obtained in the first step S71. For example, in the first step S71, the visible ratios of the two layers L1 and L2 with respect to the position of the sample point Q are L1: 70% and L2: 30%, and the two layers L1, L2 obtained by the above formula are used. If the reflection coefficients for L2 are k1 and k2, the reflection coefficient k at the position of the sample point Q is
k = 0.7 × k1 + 0.3 × k2
It is calculated by the following.

そこで、図14に示す反射光強度演算段階の第3のステップでは、サンプル点Qにおける入射照明光の強度をIiとしたときに、反射光強度Iを、
I=k・Ii
なる式で求めるようにすればよい。
Therefore, in the third step of the reflected light intensity calculation stage shown in FIG. 14, when the intensity of the incident illumination light at the sample point Q is Ii, the reflected light intensity I is
I = k · Ii
What is necessary is just to obtain | require by the type | formula which becomes.

なお、このPhongの鏡面反射モデルを利用するにあたって、実用上は、角度αに依存した反射係数k(α)を用いる代わりに、角度αに依存しない反射係数ksを用い、反射光強度Iを、
I=ks・Ii・cos βγ
なる式で求める場合も少なくない。この場合は、各レイヤーごとのレイヤーデータを、角度αに依存しない反射係数ksおよびパラメータβによって構成し、第2のステップS72において、各レイヤーごとの反射係数を、それぞれのレイヤーデータを参照して、
ks・cos βγ
なる式で求めるようにすればよい。
It should be noted that in using this Phong specular reflection model, in practice, instead of using the reflection coefficient k (α) depending on the angle α, the reflection coefficient ks independent of the angle α is used, and the reflected light intensity I is expressed as follows:
I = ks · Ii · cos βγ
There are many cases where it is calculated by the following formula. In this case, the layer data for each layer is configured by the reflection coefficient ks and the parameter β that do not depend on the angle α, and in the second step S72, the reflection coefficient for each layer is referred to the respective layer data. ,
ks ・ cos β γ
What is necessary is just to obtain | require by the type | formula which becomes.

また、このPhongの鏡面反射モデルにも、テクスチャマッピングの概念がないので、何らかのテクスチャ模様をもった繊維シートを取り扱う場合には、このモデルに、更にテクスチャマッピングモデルを組み合わせて用いるようにすればよい。具体的には、前述した単純なテクスチャマッピングモデルと同様に、各レイヤーデータLD1,LD2を、uv二次元座標系上に定義された絵柄データT(u,v)として用意し、ステップS1のレイヤーデータ入力段階では、uv二次元座標系上に定義された絵柄データT(u,v)として、個々のレイヤーについてのレイヤーデータを入力する。この場合、この絵柄データT(u,v)の個々の画素について、それぞれ反射係数k(α)およびパラメータβ(もしくは、k(α)の代わりにks)が定義されることになる。   Also, this specular reflection model of Phong does not have the concept of texture mapping, so when handling a fiber sheet with some texture pattern, this model should be used in combination with a texture mapping model. . Specifically, similarly to the simple texture mapping model described above, each layer data LD1, LD2 is prepared as picture data T (u, v) defined on the uv two-dimensional coordinate system, and the layer in step S1 is prepared. In the data input stage, layer data for each layer is input as the pattern data T (u, v) defined on the uv two-dimensional coordinate system. In this case, the reflection coefficient k (α) and the parameter β (or ks instead of k (α)) are defined for each pixel of the pattern data T (u, v).

そして、反射光強度演算段階の第2のステップS72では、まず、サンプル点Qの位置の座標値u,vに対応する各レイヤーごとの絵柄データT(u,v)の画素について定義されている反射係数k(α)(もしくはks)およびパラメータβを取り出し、上記式により各レイヤーごとの反射係数を求めるようにすればよい。   In the second step S72 of the reflected light intensity calculation stage, first, pixels of the pattern data T (u, v) for each layer corresponding to the coordinate values u, v of the position of the sample point Q are defined. The reflection coefficient k (α) (or ks) and the parameter β are extracted, and the reflection coefficient for each layer may be obtained by the above formula.

(4) BRDFモデル
上述した古典的な拡散反射モデルやPhongの鏡面反射モデルでは、サンプル点Qの反射特性が、照明光の入射角や反射光の反射角に依存しないものとして取り扱っているが、パイル地のような三次元構造をもった繊維シートの場合、厳密には、照明光の入射角や反射光の反射角に依存した異方性反射の特性を考慮した取り扱いをしなければならない。このような取り扱いを行うモデルとして、BRDF(Bi-directional Reflection Distribution Function)と呼ばれるモデルが提案されている。
(4) BRDF model In the above-mentioned classic diffuse reflection model and specular reflection model of Phong, the reflection characteristics of the sample point Q are handled as independent of the incident angle of illumination light and the reflection angle of reflected light. Strictly speaking, in the case of a fiber sheet having a three-dimensional structure such as a pile ground, it must be handled in consideration of anisotropic reflection characteristics depending on the incident angle of illumination light and the reflection angle of reflected light. As a model for such handling, a model called BRDF (Bi-directional Reflection Distribution Function) has been proposed.

図15は、このBRDFモデルの原理を説明するための斜視図である。図示のとおり、仮想物体表面上のサンプル点Qの位置に法線nを立て、サンプル点Qを含み、法線nに直交する直交平面Sを定義する。そして、法線nと入射照明光Lとのなす角をθL、直交平面S上への入射照明光Lの投影像L′とこの直交平面S上のサンプル点Qを通る所定の基準線ζとのなす角度をφLとし、入射照明光Lの向きを角度θLおよび角度φLの組み合わせで定義する。同様に、法線nと反射光Vとのなす角をθV、直交平面S上への反射光Vの投影像V′と基準線ζとのなす角度をφVとし、反射光Vの向きを角度θVおよび角度φVの組み合わせで定義する。そして、サンプル点Qにおける入射照明光Lの強度をIiとしたとき、サンプル点Qからの反射光Vの強度Iを、θL,φL,θV,φVの関数として与えられる反射係数kbを用いて、
I=kb・Ii
なる式で求めるのである。このように、BRDFモデルの特徴は、反射係数kbを、入射照明光Lの向きを示すパラメータ「θL,φL」および反射光Vの向きを示すパラメータ「θV,φV」の関数として与える点にある。
FIG. 15 is a perspective view for explaining the principle of the BRDF model. As shown in the figure, a normal line n is set at the position of the sample point Q on the virtual object surface, and an orthogonal plane S including the sample point Q and orthogonal to the normal line n is defined. An angle formed between the normal line n and the incident illumination light L is θL, a projection image L ′ of the incident illumination light L on the orthogonal plane S, and a predetermined reference line ζ passing through the sample point Q on the orthogonal plane S and Is defined as a combination of an angle θL and an angle φL. Similarly, the angle formed between the normal line n and the reflected light V is θV, the angle formed between the projected image V ′ of the reflected light V on the orthogonal plane S and the reference line ζ is φV, and the direction of the reflected light V is the angle. It is defined by a combination of θV and angle φV. Then, when the intensity of the incident illumination light L at the sample point Q is Ii, the intensity I of the reflected light V from the sample point Q is expressed using a reflection coefficient kb given as a function of θL, φL, θV, φV,
I = kb · Ii
It is obtained by the following formula. As described above, the BRDF model is characterized in that the reflection coefficient kb is given as a function of the parameters “θL, φL” indicating the direction of the incident illumination light L and the parameters “θV, φV” indicating the direction of the reflected light V. .

このBRDFモデルを本発明に適用する場合は、次のようにすればよい。まず、図11のステップS1におけるレイヤーデータ入力段階において、図15に示す例と同様に、各レイヤー上に角度の定義を行う。すなわち、レイヤー上の所定点を点Qとして、レイヤー面の所定点Qに立てた法線nと照明光Lとのなす角をθL、レイヤー面上への照明光Lの投影像L′とレイヤー面上の所定点Qを通る基準線ζとのなす角度をφL、法線nと反射光Vとのなす角度をθV、レイヤー面上への反射光Vの投影像V′と基準線ζとのなす角度をφVと定義する。そして、「θL,φL,θV,φV」の関数として与えられる反射係数kb(θL,φL,θV,φV)を各レイヤーごとのレイヤーデータとして用意し、これをステップS1で入力する。   When this BRDF model is applied to the present invention, the following may be performed. First, in the layer data input stage in step S1 of FIG. 11, the angle is defined on each layer as in the example shown in FIG. That is, a predetermined point on the layer is a point Q, an angle formed by the normal line n standing at the predetermined point Q on the layer surface and the illumination light L is θL, a projection image L ′ of the illumination light L on the layer surface and the layer The angle formed by the reference line ζ passing through the predetermined point Q on the surface is φL, the angle formed by the normal line n and the reflected light V is θV, the projected image V ′ of the reflected light V on the layer surface and the reference line ζ Is defined as φV. Then, the reflection coefficient kb (θL, φL, θV, φV) given as a function of “θL, φL, θV, φV” is prepared as layer data for each layer, and this is input in step S1.

たとえば、図5の上段に示すように、上部レイヤーL1と下部レイヤーL2との2つのレイヤーからなる繊維シートの場合、上部レイヤーL1についての反射係数kb1が、4つの変数「θL,φL,θV,φV」を用いたkb1(θL,φL,θV,φV)なる関数の形で定義され、下部レイヤーL2についての反射係数kb2が、同じく4つの変数「θL,φL,θV,φV」を用いたkb2(θL,φL,θV,φV)なる関数の形で定義される。ステップS1のレイヤーデータ入力段階で入力される各レイヤーごとのレイヤーデータとは、結局、これらの関数kb1(θL,φL,θV,φV),kb2(θL,φL,θV,φV)ということになる。これらの関数は、数式として与えることも可能であるが、実用上は、「θL,φL,θV,φV」という4次元の変数をもったテーブルとして用意するのが好ましい。このようなテーブルは、繊維シートの構造データを利用したコンピュータシミュレーションによって求めることもできるし、実在の繊維シートの各レイヤーを利用した実測により求めることもできる。   For example, as shown in the upper part of FIG. 5, in the case of a fiber sheet composed of two layers, an upper layer L1 and a lower layer L2, the reflection coefficient kb1 for the upper layer L1 has four variables “θL, φL, θV, kb1 (θL, φL, θV, φV) defined using the function “φV”, and the reflection coefficient kb2 for the lower layer L2 is kb2 using the same four variables “θL, φL, θV, φV”. It is defined in the form of a function (θL, φL, θV, φV). The layer data for each layer input in the layer data input stage of step S1 is eventually these functions kb1 (θL, φL, θV, φV), kb2 (θL, φL, θV, φV). . Although these functions can be given as mathematical expressions, it is preferable to prepare as a table having four-dimensional variables “θL, φL, θV, φV” in practice. Such a table can be obtained by computer simulation using the structural data of the fiber sheet, or can be obtained by actual measurement using each layer of the actual fiber sheet.

一方、ステップS2の可視割合情報入力段階では、「曲率,θL,φL,θV,φV」の様々な組み合わせのそれぞれについて、各レイヤーごとの可視割合を示す可視割合情報を入力する。ここでの「曲率」は、向きのファクターをもった広義の曲率であり、前述の実施形態の場合、狭義の曲率σと曲率角度ξとで定義される。そこで、以下、この広義の曲率を、曲率σおよび曲率角度ξとして取り扱った場合の例を述べることにする(もちろん、向きのファクターをもった広義の曲率は、必ずしも、曲率σおよび曲率角度ξによって定義しなくてはならないものではない)。したがって、ステップS2で入力される可視割合情報は、「σ,ξ,θL,φL,θV,φV」の様々な組み合わせのそれぞれについて、各レイヤーごとの可視割合を示す情報ということになる。実用上は、この可視割合情報は、「σ,ξ,θL,φL,θV,φV」という6次元の変数をもったテーブルとして用意するのが好ましい。なお、このような可視割合を示す情報も、繊維シートの構造データを利用したコンピュータシミュレーションによって求めることもできるし、実在の繊維シートの各レイヤーを利用した実測により求めることもできる。   On the other hand, in the visible ratio information input stage of step S2, the visible ratio information indicating the visible ratio for each layer is input for each of various combinations of “curvature, θL, φL, θV, φV”. The “curvature” here is a broadly defined curvature having a direction factor, and is defined by a narrowly defined curvature σ and a curvature angle ξ in the case of the above-described embodiment. Therefore, an example in the case where this curvature in the broad sense is treated as the curvature σ and the curvature angle ξ will be described below. It is not something that must be defined). Therefore, the visible ratio information input in step S2 is information indicating the visible ratio for each layer for each of various combinations of “σ, ξ, θL, φL, θV, φV”. In practice, this visible ratio information is preferably prepared as a table having six-dimensional variables “σ, ξ, θL, φL, θV, φV”. Such information indicating the visible ratio can also be obtained by computer simulation using the structural data of the fiber sheet, or can be obtained by actual measurement using each layer of the actual fiber sheet.

次に、図14に示す反射光強度演算段階の第1のステップS71では、まず、仮想物体表面上のサンプル点Qの位置について、図15に示す角度θL,φL,θV,φVをそれぞれ定義する。このとき、サンプル点Qについての入射照明光Lの向きや、反射光Vの向きは、ステップS4で設定された投影条件によって定まることになる。そして、これらの角度θL,φL,θV,φVに、ステップS6で求められた曲率(すなわち、σとξ)を加えた6つの変数「σ,ξ,θL,φL,θV,φV」を用いて、ステップS2で入力した可視割合情報(6次元の変数をもったテーブル)を参照することにより、サンプル点Qの位置に対応する各レイヤーごとの可視割合を求める。   Next, in the first step S71 of the reflected light intensity calculation stage shown in FIG. 14, first, the angles θL, φL, θV, and φV shown in FIG. 15 are respectively defined for the positions of the sample points Q on the virtual object surface. . At this time, the direction of the incident illumination light L and the direction of the reflected light V with respect to the sample point Q are determined by the projection conditions set in step S4. The six variables “σ, ξ, θL, φL, θV, φV” obtained by adding the curvatures (that is, σ and ξ) obtained in step S6 to these angles θL, φL, θV, and φV are used. Then, the visible ratio for each layer corresponding to the position of the sample point Q is obtained by referring to the visible ratio information (table having 6-dimensional variables) input in step S2.

ここでは、説明の便宜上、2つのレイヤーL1,L2についてのサンプル点Qの可視割合が、L1:70%、L2:30%として求められたものとしよう。本発明にBRDFモデルを適用した場合の特徴は、このようにサンプル点Qの位置における特定の可視割合が、曲率のパラメータσ,ξのみならず、入射照明光Lや反射光Vの向きのパラメータθL,φL,θV,φVにも依存して決定されるという点である。すなわち、各レイヤーの可視割合が、ステップS4で設定された照明条件や視点位置などを考慮して決定されることになるため、より精度の高い、細かな取り扱いが可能になる。   Here, for convenience of explanation, it is assumed that the visible ratios of the sample points Q for the two layers L1 and L2 are determined as L1: 70% and L2: 30%. A characteristic when the BRDF model is applied to the present invention is that the specific visible ratio at the position of the sample point Q is not only the curvature parameters σ and ξ but also the parameters of the direction of the incident illumination light L and the reflected light V. In other words, it is determined depending on θL, φL, θV, and φV. That is, since the visibility ratio of each layer is determined in consideration of the illumination condition set in step S4, the viewpoint position, and the like, more precise and fine handling is possible.

さて、続く反射光強度演算段階の第2のステップS72では、まず、ステップS1で入力したレイヤーデータを参照することにより、サンプル点Qの位置の「θL,φL,θV,φV」の組み合わせに対応する反射係数kb(θL,φL,θV,φV)を各レイヤーごとに求める。そして、こうして求めた各反射係数kbを、それぞれ第1のステップS71で求めた可視割合による重みづけに応じて合成することにより、サンプル点Qの位置における反射係数kbを定める。   In the second step S72 in the subsequent reflected light intensity calculation stage, first, the layer data input in step S1 is referred to, thereby corresponding to the combination of “θL, φL, θV, φV” at the position of the sample point Q. The reflection coefficient kb (θL, φL, θV, φV) to be obtained is obtained for each layer. Then, the reflection coefficient kb obtained at the position of the sample point Q is determined by combining the reflection coefficients kb thus obtained in accordance with the weighting by the visible ratio obtained in the first step S71.

たとえば、サンプル点Qの位置の「θL,φL,θV,φV」なる4つの変数の組み合わせに対応する2つのレイヤーL1,L2についての反射係数が、それぞれkb1,kb2であったとし、第1のステップS71において、サンプル点Qの位置についての2つのレイヤーL1,L2の可視割合が、上述したように、L1:70%、L2:30%として求められているとすれば、サンプル点Qの位置における反射係数kbは、
kb=0.7×kb1+0.3×kb2
なる演算で求められる。
For example, if the reflection coefficients for the two layers L1 and L2 corresponding to the combination of four variables “θL, φL, θV, and φV” at the position of the sample point Q are kb1 and kb2, respectively, In step S71, if the visible ratio of the two layers L1 and L2 with respect to the position of the sample point Q is determined as L1: 70% and L2: 30% as described above, the position of the sample point Q The reflection coefficient kb at
kb = 0.7 × kb1 + 0.3 × kb2
It is calculated by the following.

そこで、図14に示す反射光強度演算段階の第3のステップでは、サンプル点Qにおける入射照明光の強度をIiとしたときに、反射光強度Iを、
I=kb・Ii
なる式で求めるようにすればよい。
Therefore, in the third step of the reflected light intensity calculation stage shown in FIG. 14, when the intensity of the incident illumination light at the sample point Q is Ii, the reflected light intensity I is
I = kb · Ii
What is necessary is just to obtain | require by the type | formula which becomes.

(5) BTFモデル
上述したBRDFモデルには、テクスチャマッピングの概念がないので、これを本発明にそのまま適用した場合、テクスチャ模様をもった繊維シートを取り扱うことができない。ここで述べるBTF(Bi-directional Texture Function)は、いわば上述したBRDFモデルに、テクスチャマッピングモデルを組み合わせたモデルというべきものである。したがって、このBTFモデルを本発明に適用するには、次のようにすればよい。
(5) BTF model Since the BRDF model described above has no concept of texture mapping, when this is applied as it is to the present invention, a fiber sheet having a texture pattern cannot be handled. The BTF (Bi-directional Texture Function) described here is a model in which a texture mapping model is combined with the BRDF model described above. Therefore, in order to apply this BTF model to the present invention, the following may be performed.

まず、図11のステップS1におけるレイヤーデータ入力段階では、上述したBRDFモデルと同様の角度定義(図15に示す角度定義)を行う。すなわち、レイヤー上の所定点を点Qとして、レイヤー面の所定点Qに立てた法線nと照明光Lとのなす角をθL、レイヤー面上への照明光Lの投影像L′とレイヤー面上の所定点Qを通る基準線ζとのなす角度をφL、法線nと反射光Vとのなす角度をθV、レイヤー面上への反射光Vの投影像V′と基準線ζとのなす角度をφVと定義する。そして、このレイヤー面上に、uv二次元座標系を定義し、所定の座標値(u,v)に位置する各点について、「θL,φL,θV,φV,u,v」の関数として与えられる反射係数kb(θL,φL,θV,φV,u,v)を定義し、これを各レイヤーごとのレイヤーデータとして入力する。   First, in the layer data input stage in step S1 of FIG. 11, the same angle definition as the BRDF model described above (angle definition shown in FIG. 15) is performed. That is, a predetermined point on the layer is a point Q, an angle formed by the normal line n standing at the predetermined point Q on the layer surface and the illumination light L is θL, a projection image L ′ of the illumination light L on the layer surface and the layer The angle formed by the reference line ζ passing through the predetermined point Q on the surface is φL, the angle formed by the normal line n and the reflected light V is θV, the projected image V ′ of the reflected light V on the layer surface and the reference line ζ Is defined as φV. Then, a uv two-dimensional coordinate system is defined on this layer surface, and given as a function of “θL, φL, θV, φV, u, v” for each point located at a predetermined coordinate value (u, v). The reflection coefficient kb (θL, φL, θV, φV, u, v) is defined and input as layer data for each layer.

たとえば、図5の上段に示すように、上部レイヤーL1と下部レイヤーL2との2つのレイヤーからなる繊維シートの場合、上部レイヤーL1についての反射係数kb1が、6つの変数「θL,φL,θV,φV,u,v」を用いたkb1(θL,φL,θV,φV,u,v)なる関数の形で定義され、下部レイヤーL2についての反射係数kb2が、同じく6つの変数「θL,φL,θV,φV,u,v」を用いたkb2(θL,φL,θV,φV,u,v)なる関数の形で定義される。ステップS1のレイヤーデータ入力段階で入力される各レイヤーごとのレイヤーデータとは、結局、これらの関数kb1(θL,φL,θV,φV,u,v),kb2(θL,φL,θV,φV,u,v)ということになる。これらの関数は、数式として与えることも可能であるが、実用上は、「θL,φL,θV,φV,u,v」という6次元の変数をもったテーブルとして用意するのが好ましい。このようなテーブルは、繊維シートの構造データを利用したコンピュータシミュレーションによって求めることもできるし、実在の繊維シートの各レイヤーを利用した実測により求めることもできる。   For example, as shown in the upper part of FIG. 5, in the case of a fiber sheet composed of two layers of an upper layer L1 and a lower layer L2, the reflection coefficient kb1 for the upper layer L1 has six variables “θL, φL, θV, is defined in the form of a function kb1 (θL, φL, θV, φV, u, v) using “φV, u, v”, and the reflection coefficient kb2 for the lower layer L2 is also defined by six variables “θL, φL, It is defined in the form of a function kb2 (θL, φL, θV, φV, u, v) using “θV, φV, u, v”. The layer data for each layer input at the layer data input stage of step S1 is, after all, these functions kb1 (θL, φL, θV, φV, u, v), kb2 (θL, φL, θV, φV, u, v). Although these functions can be given as mathematical expressions, it is preferable to prepare them as a table having six-dimensional variables “θL, φL, θV, φV, u, v” in practice. Such a table can be obtained by computer simulation using the structural data of the fiber sheet, or can be obtained by actual measurement using each layer of the actual fiber sheet.

一方、ステップS2の可視割合情報入力段階では、「曲率,θL,φL,θV,φV,u,v」の様々な組み合わせのそれぞれについて、各レイヤーごとの可視割合を示す可視割合情報を入力する。ここでの「曲率」は、やはり向きのファクターをもった広義の曲率であるので、以下、この広義の曲率を、曲率σおよび曲率角度ξとして取り扱った場合の例を述べる。結局、ステップS2で入力される可視割合情報は、「σ,ξ,θL,φL,θV,φV,u,v」の様々な組み合わせのそれぞれについて、各レイヤーごとの可視割合を示す情報ということになる。実用上は、この可視割合情報は、「σ,ξ,θL,φL,θV,φV,u,v」という8次元の変数をもったテーブルとして用意するのが好ましい。なお、このような可視割合を示す情報も、繊維シートの構造データを利用したコンピュータシミュレーションによって求めることもできるし、実在の繊維シートの各レイヤーを利用した実測により求めることもできる。   On the other hand, in the visible ratio information input stage of step S2, the visible ratio information indicating the visible ratio for each layer is input for each of various combinations of “curvature, θL, φL, θV, φV, u, v”. Since the “curvature” here is a curvature in a broad sense that also has a factor of orientation, an example in which this broad curvature is treated as a curvature σ and a curvature angle ξ will be described below. After all, the visible ratio information input in step S2 is information indicating the visible ratio for each layer for each of various combinations of “σ, ξ, θL, φL, θV, φV, u, v”. Become. In practice, this visible ratio information is preferably prepared as a table having eight-dimensional variables “σ, ξ, θL, φL, θV, φV, u, v”. Such information indicating the visible ratio can also be obtained by computer simulation using the structural data of the fiber sheet, or can be obtained by actual measurement using each layer of the actual fiber sheet.

次に、図14に示す反射光強度演算段階の第1のステップS71では、まず、仮想物体表面上のサンプル点Qの位置について、図15に示す角度θL,φL,θV,φVをそれぞれ定義する。このとき、サンプル点Qについての入射照明光Lの向きや、反射光Vの向きは、ステップS4で設定された投影条件によって定まることになる。そして、これらの角度θL,φL,θV,φVに、サンプル点Qの座標値u,vと、ステップS6で求められた曲率(すなわち、σとξ)を加えた8つの変数「σ,ξ,θL,φL,θV,φV,u,v」を用いて、ステップS2で入力した可視割合情報(8次元の変数をもったテーブル)を参照することにより、サンプル点Qの位置に対応する各レイヤーごとの可視割合を求める。   Next, in the first step S71 of the reflected light intensity calculation stage shown in FIG. 14, first, the angles θL, φL, θV, and φV shown in FIG. 15 are respectively defined for the positions of the sample points Q on the virtual object surface. . At this time, the direction of the incident illumination light L and the direction of the reflected light V with respect to the sample point Q are determined by the projection conditions set in step S4. Then, eight variables “σ, ξ, Each layer corresponding to the position of the sample point Q by referring to the visible ratio information (table having eight-dimensional variables) input in step S2 using “θL, φL, θV, φV, u, v”. Find the visible percentage of each.

続く反射光強度演算段階の第2のステップS72では、まず、ステップS1で入力したレイヤーデータを参照することにより、サンプル点Qの位置の「θL,φL,θV,φV,u,v」の組み合わせに対応する反射係数kb(θL,φL,θV,φV,u,v)を各レイヤーごとに求める。そして、こうして求めた各反射係数kbを、それぞれ第1のステップS71で求めた可視割合による重みづけに応じて合成することにより、サンプル点Qの位置における反射係数kbを定める。   In the second step S72 in the subsequent reflected light intensity calculation stage, first, the combination of “θL, φL, θV, φV, u, v” of the position of the sample point Q is referred to by referring to the layer data input in step S1. The reflection coefficient kb (θL, φL, θV, φV, u, v) corresponding to is obtained for each layer. Then, the reflection coefficient kb obtained at the position of the sample point Q is determined by combining the reflection coefficients kb thus obtained in accordance with the weighting by the visible ratio obtained in the first step S71.

たとえば、サンプル点Qの位置の「θL,φL,θV,φV,u,v」なる6つの変数の組み合わせに対応する2つのレイヤーL1,L2についての反射係数が、それぞれkb1,kb2であったとし、第1のステップS71において、サンプル点Qの位置についての2つのレイヤーL1,L2の可視割合が、上述したように、L1:70%、L2:30%として求められているとすれば、サンプル点Qの位置における反射係数kbは、
kb=0.7×kb1+0.3×kb2
なる演算で求められる。
For example, it is assumed that the reflection coefficients for the two layers L1 and L2 corresponding to combinations of six variables “θL, φL, θV, φV, u, v” at the position of the sample point Q are kb1 and kb2, respectively. In the first step S71, if the visible ratios of the two layers L1 and L2 with respect to the position of the sample point Q are determined as L1: 70% and L2: 30% as described above, the sample The reflection coefficient kb at the position of the point Q is
kb = 0.7 × kb1 + 0.3 × kb2
It is calculated by the following.

そこで、図14に示す反射光強度演算段階の第3のステップでは、サンプル点Qにおける入射照明光の強度をIiとしたときに、反射光強度Iを、
I=kb・Ii
なる式で求めるようにすればよい。
Therefore, in the third step of the reflected light intensity calculation stage shown in FIG. 14, when the intensity of the incident illumination light at the sample point Q is Ii, the reflected light intensity I is
I = kb · Ii
What is necessary is just to obtain | require by the type | formula which becomes.

<<< §5.ポリゴンを用いた具体的実施例 >>>
本発明において「曲率」は非常に重要なパラメータであり、特に、向きのファクターをもった曲率を取り扱う場合には、仮想物体上のサンプル点Qについて、たとえば、曲率σおよび曲率角度ξというパラメータを求めることが非常に重要である。ここで、曲率σおよび曲率角度ξは、図4に示すような円柱状のモデルを用いれば、簡単に定義することができる。たとえば、図4(a) に示す例の場合、円柱状の物体51の半径r1の逆数を曲率σと定義し、円柱の中心軸Hを半径方向に投影することにより円柱側面上に得られる投影線H′と繊維シート61の基準方向線Wとのなす角ξを当該曲率σについての曲率角度と定義している。
<<< §5. Specific Example Using Polygon >>>
In the present invention, “curvature” is a very important parameter. In particular, when dealing with a curvature having a direction factor, parameters such as a curvature σ and a curvature angle ξ are set for the sample point Q on the virtual object. It is very important to seek. Here, the curvature σ and the curvature angle ξ can be easily defined by using a cylindrical model as shown in FIG. For example, in the case of the example shown in FIG. 4A, the reciprocal of the radius r1 of the cylindrical object 51 is defined as the curvature σ, and the projection obtained on the side surface of the cylinder by projecting the center axis H of the cylinder in the radial direction. An angle ξ formed by the line H ′ and the reference direction line W of the fiber sheet 61 is defined as a curvature angle with respect to the curvature σ.

したがって、図11のステップS2で入力する可視割合情報(たとえば、図9に示す情報)を用意する際には、シミュレーションによる手法をとるにせよ、実測による手法をとるにせよ、物体の円柱側面に繊維シートを所定の向きに張り付けた状態での各レイヤーごとの可視割合を求めることが可能であり、特定の曲率σおよび特定の曲率角度ξの各組み合わせに対応する可視割合を定義することができる。別言すれば、図9に示すような可視割合情報を作成するには、円柱モデルのみを考慮すれば十分である。   Therefore, when preparing the visible ratio information (for example, the information shown in FIG. 9) to be input in step S2 of FIG. 11, whether it is a simulation method or a measurement method, it is applied to the cylindrical side surface of the object. It is possible to determine the visible ratio for each layer in a state where the fiber sheet is stuck in a predetermined direction, and it is possible to define the visible ratio corresponding to each combination of a specific curvature σ and a specific curvature angle ξ. . In other words, it is sufficient to consider only the cylindrical model in order to create the visible ratio information as shown in FIG.

しかしながら、図11のステップS6では、任意形状をもった仮想物体上のサンプル点Qについて、曲率σおよび曲率角度ξを求める必要があるので、実際には、曲率σおよび曲率角度ξの定義に、円柱モデルをそのまま利用することはできない。もっとも、任意曲面についての曲率を定義する手法は種々の方法が知られているので、ステップS6では、これら公知の手法のいずれかを利用して、何らかの形で曲率σおよび曲率角度ξを定義することができれば問題はない。   However, in step S6 of FIG. 11, since it is necessary to obtain the curvature σ and the curvature angle ξ for the sample point Q on the virtual object having an arbitrary shape, in practice, the definition of the curvature σ and the curvature angle ξ is The cylinder model cannot be used as it is. However, since various methods are known for defining the curvature of an arbitrary curved surface, in step S6, the curvature σ and the curvature angle ξ are defined in some form using any of these known methods. If you can, there is no problem.

ここでは、仮想物体の立体形状を示す三次元データが、微小なポリゴン(多角形)の集合体として入力された場合について、ステップS6における曲率σおよび曲率角度ξを定義する具体的な方法の一例を述べることにする。特に、ここでは、ポリゴンとして三角形を用いた具体的な例を説明する。すなわち、以下に示す例では、仮想物体の表面形状は、微小な三角形の集合体として表現されていることになり、仮想物体の曲面は、実際には、多数の微小三角形(平面図形)の集合体から構成されることになる。   Here, an example of a specific method for defining the curvature σ and the curvature angle ξ in step S6 when the three-dimensional data indicating the three-dimensional shape of the virtual object is input as an aggregate of minute polygons (polygons). Will be described. In particular, a specific example using a triangle as a polygon will be described here. That is, in the example shown below, the surface shape of the virtual object is expressed as a collection of minute triangles, and the curved surface of the virtual object is actually a collection of many minute triangles (planar figures). It will consist of the body.

いま、図16に示すように、仮想物体上の1つのサンプル点Qが、1つの三角形Tq上の点であった場合を考える。ここでは、説明の便宜上、サンプル点Qを含む三角形Tqを、着目三角形と呼ぶことにする。また、着目三角形Tqの3辺を図示のとおり、辺A,辺B,辺Cと呼ぶことにし、辺Aを境界として隣接している三角形を隣接三角形Ta、辺Bを境界として隣接している三角形を隣接三角形Tb、辺Cを境界として隣接している三角形を隣接三角形Tcと呼ぶことにする。更に、着目三角形Tqの3つの頂点を、図示のとおりそれぞれ頂点D1,D2,D3とし、隣接三角形Ta,Tb,Tcのもう1つの頂点を、それぞれ頂点D4,D5,D6とする。   Consider the case where one sample point Q on the virtual object is a point on one triangle Tq as shown in FIG. Here, for convenience of explanation, the triangle Tq including the sample point Q is referred to as a target triangle. Further, as shown in the figure, the three sides of the target triangle Tq are referred to as side A, side B, and side C, and the adjacent triangle with side A as the boundary is adjacent with the adjacent triangle Ta and side B as the boundary. A triangle is called an adjacent triangle Tb, and a triangle adjacent to the side C as a boundary is called an adjacent triangle Tc. Further, the three vertices of the target triangle Tq are set as vertices D1, D2, and D3, respectively, and the other vertices of the adjacent triangles Ta, Tb, and Tc are set as vertices D4, D5, and D6, respectively.

なお、図16では、すべての三角形が同一平面上に描かれているが、実際には、頂点D1,D2,D3は紙面上の点であるが、頂点D4,D5,D6は紙面外の点(紙面の上方もしくは紙面の下方に位置する点)であるものとする。別言すれば、着目三角形Tqは紙面上の三角形であるが、隣接三角形Ta,Tb,Tcは、いずれも紙面上にはない三角形ということになる。結局、図16には、4つの三角形Tq,Ta,Tb,Tcからなる図形が描かれているが(もちろん、実際には、三角形Ta,Tb,Tcの外側にも、多数の別な三角形が連続している)、この図形は、辺A,B,Cを折り目として、互いに所定角度をなすように折り曲げられていることになる。   In FIG. 16, all the triangles are drawn on the same plane. Actually, the vertices D1, D2, and D3 are points on the paper surface, but the vertices D4, D5, and D6 are points outside the paper surface. (A point located above or below the page). In other words, the target triangle Tq is a triangle on the paper surface, but the adjacent triangles Ta, Tb, and Tc are all triangles that are not on the paper surface. In the end, FIG. 16 shows a figure composed of four triangles Tq, Ta, Tb, and Tc. (Of course, actually, there are many other triangles outside the triangles Ta, Tb, and Tc. This figure is continuously bent at a predetermined angle with the sides A, B, and C as creases.

ステップS6で求めるべき値は、サンプル点Qについての曲率σおよび曲率角度ξであるが、ここではまず、着目三角形Tqについての曲率σなるものを定義することにする。もっとも、着目三角形Tq自身は、単なる平面図形であり、曲面を形成するものではない。ここに示す実施例の場合、仮想物体の曲面は、微小な三角形の集合体によって擬似的に表現されているにすぎない。したがって、着目三角形Tqについての曲率σなるものを定義するとすれば、それは3つの隣接三角形Ta,Tb,Tcとの間の形成角に応じた値として定義されねばならない。   The values to be obtained in step S6 are the curvature σ and the curvature angle ξ with respect to the sample point Q. Here, first, the one with the curvature σ with respect to the target triangle Tq is defined. However, the target triangle Tq itself is a simple planar figure and does not form a curved surface. In the case of the embodiment shown here, the curved surface of the virtual object is merely represented in a pseudo manner by a collection of minute triangles. Therefore, if the curvature σ for the target triangle Tq is defined, it must be defined as a value corresponding to the formation angle between the three adjacent triangles Ta, Tb, and Tc.

そこで、辺Aを境界線として、着目三角形Tqと隣接三角形Taとが形成する角を形成角ωaとし、辺Bを境界線として、着目三角形Tqと隣接三角形Tbとが形成する角を形成角ωbとし、辺Cを境界線として、着目三角形Tqと隣接三角形Tcとが形成する角を形成角ωcとする。そして、着目三角形Tqの隣接三角形Taとの関係における曲率を「辺Aに関する曲率σa」と定義し、着目三角形Tqの隣接三角形Tbとの関係における曲率を「辺Bに関する曲率σb」と定義し、着目三角形Tqの隣接三角形Tcとの関係における曲率を「辺Cに関する曲率σc」と定義することにする。この場合、辺Aに関する曲率σaを形成角ωaに基づいて定まる値とし、辺Bに関する曲率σbを形成角ωbに基づいて定まる値とし、辺Cに関する曲率σcを形成角ωcに基づいて定まる値とすれば、それぞれ隣接三角形との関係における曲率として意味のある値になる。   Therefore, the angle formed by the target triangle Tq and the adjacent triangle Ta is defined as the forming angle ωa using the side A as the boundary line, and the angle formed by the target triangle Tq and the adjacent triangle Tb is defined as the forming angle ωb using the side B as the boundary line. The angle formed by the target triangle Tq and the adjacent triangle Tc is defined as the forming angle ωc with the side C as the boundary line. Then, the curvature of the target triangle Tq in relation to the adjacent triangle Ta is defined as “curvature σa related to the side A”, and the curvature in relation to the adjacent triangle Tb of the target triangle Tq is defined as “curvature σb related to the side B”. The curvature in the relationship between the target triangle Tq and the adjacent triangle Tc is defined as “curvature σc with respect to side C”. In this case, the curvature σa related to the side A is a value determined based on the formation angle ωa, the curvature σb related to the side B is determined based on the formation angle ωb, and the curvature σc related to the side C is determined based on the formation angle ωc. Then, it becomes a meaningful value as the curvature in the relationship with each adjacent triangle.

具体的には、各形成角が180°に近くなればなるほど、曲率は小さくなるように設定すればよい。たとえば、仮に頂点D4が図の紙面上の点であったとすると、着目三角形Tqと隣接三角形Taは同一紙面上の三角形ということになり、両者の形成角ωa=180°ということになる。この場合、着目三角形Tqから隣接三角形Taへと連なる面は完全な平面であり、辺Aに関する曲率σaは、最小値0に設定すればよいことになる。   Specifically, the curvature may be set to be smaller as each forming angle becomes closer to 180 °. For example, if the vertex D4 is a point on the drawing sheet, the target triangle Tq and the adjacent triangle Ta are triangles on the same sheet, and the formation angle ωa of both is 180 °. In this case, the surface connected from the target triangle Tq to the adjacent triangle Ta is a complete plane, and the curvature σa related to the side A may be set to the minimum value 0.

このように、各辺に関する曲率を、当該辺を挟んだ2つの三角形の形成角に応じて、当該形成角が180°に近くなればなるほど小さな曲率となるように設定する、ということが、合理的な曲率の設定法であることは、直感的に理解できよう。ただ、本願発明者は、曲率の定義を、両三角形の形成角のみに基づいて定義するのではなく、両三角形の大きさというファクターを入れて定義すると、より好ましいことに気がついた。   Thus, it is reasonable to set the curvature for each side according to the formation angle of the two triangles sandwiching the side so that the smaller the formation angle is, the smaller the curvature is. It can be intuitively understood that this is a typical method of setting curvature. However, the inventor of the present application has found that it is more preferable to define the curvature not only based on the formation angle of both triangles but including the factor of the size of both triangles.

仮想物体を表現する微小三角形は、仮想物体全体の大きさから比べると、いずれも非常に小さな図形である。しかし、個々の三角形同士を相互に比較すると、その大きさは様々であり、面積の大きな三角形もあれば、面積の小さな三角形もある。そうすると、面積の大きな三角形については、平面が広い領域にわたって連続しているのであるから、小さな三角形に比べて、より小さな曲率を定義した方が理にかなっている。逆に、面積の小さな三角形については、平面が連続する領域が狭いのであるから、大きな三角形に比べて、より大きな曲率を定義した方が理にかなっている。   The small triangles representing the virtual object are all very small figures compared to the size of the entire virtual object. However, when individual triangles are compared with each other, the sizes thereof are various. Some triangles have a large area and others have a small area. Then, for a triangle with a large area, the plane is continuous over a wide area, so it makes more sense to define a smaller curvature than a small triangle. Conversely, for a triangle with a small area, it is more reasonable to define a larger curvature than for a large triangle because the area where the planes are continuous is narrow.

そこで、各辺に関する曲率を、着目三角形自身の大きさ(面積)および隣接三角形の大きさ(面積)に依存して決定するようにし、これらの大きさが大きくなればなるほど小さな曲率が定義されるような設定を行えばよいことがわかる。具体的には、辺Aに関する曲率としては、形成角ωaが180°に近くなればなるほど小さくなり、かつ、着目三角形Tqおよび隣接三角形Taの大きさが大きくなればなるほど小さくなるような曲率σaを定義し、辺Bに関する曲率としては、形成角ωbが180°に近くなればなるほど小さくなり、かつ、着目三角形Tqおよび隣接三角形Tbの大きさが大きくなればなるほど小さくなるような曲率σbを定義し、辺Cに関する曲率としては、形成角ωcが180°に近くなればなるほど小さくなり、かつ、着目三角形Tqおよび隣接三角形Tcの大きさが大きくなればなるほど小さくなるような曲率σcを定義すればよい。   Therefore, the curvature for each side is determined depending on the size (area) of the target triangle itself and the size (area) of the adjacent triangle, and the smaller the size, the smaller the curvature is defined. It can be seen that such settings should be made. Specifically, the curvature σa of the side A is such that the smaller the formation angle ωa is closer to 180 °, and the smaller the size of the target triangle Tq and the adjacent triangle Ta, the smaller the curvature σa. The curvature σb is defined so that the curvature with respect to the side B becomes smaller as the forming angle ωb becomes closer to 180 ° and becomes smaller as the size of the target triangle Tq and the adjacent triangle Tb becomes larger. The curvature σc may be defined so that the curvature of the side C becomes smaller as the formation angle ωc approaches 180 ° and becomes smaller as the size of the target triangle Tq and the adjacent triangle Tc becomes larger. .

以上、各辺に関する曲率を定義するための基本概念を述べたが、このような基本概念に基づいて、実際に各辺に関する曲率を定義するには、たとえば、次のような方法をとることができる。ここでは、図16において、辺Aに関する曲率σaの具体的な求め方の一例を説明しよう。辺Aに関する曲率σaとは、前述したとおり、着目三角形Tqの隣接三角形Taとの関係における曲率というべきものであり、上述した基本概念に従えば、形成角ωaが180°に近くなればなるほど小さくなり、かつ、着目三角形Tqおよび隣接三角形Taの大きさが大きくなればなるほど小さくなるような値として定義すればよい。   The basic concept for defining the curvature for each side has been described above. Based on such a basic concept, for example, the following method can be used to actually define the curvature for each side. it can. Here, an example of a specific method for obtaining the curvature σa related to the side A in FIG. 16 will be described. As described above, the curvature σa related to the side A is a curvature in the relationship with the adjacent triangle Ta of the target triangle Tq. According to the basic concept described above, the smaller the formation angle ωa is, the smaller the angle is. And a value that becomes smaller as the size of the target triangle Tq and the adjacent triangle Ta increases.

そこで、まず、図16に示されているとおり、着目三角形Tqの辺Aに対する対角D3から辺Aに対して垂線を下ろし、この垂線の長さhqaを求める。同様に、隣接三角形Taの辺Aに対する対角D4から辺Aに対して垂線を下ろし、この垂線の長さhaを求める。こうして求めた垂線の長さhqa,haは、それぞれ着目三角形Tqおよび隣接三角形Taの大きさにある程度関連した量になり、各三角形が大きくなればなるほど、これら垂線の長さも長くなる傾向にある。   Therefore, first, as shown in FIG. 16, a perpendicular is drawn from the diagonal D3 with respect to the side A of the target triangle Tq to the side A, and the length hqa of this perpendicular is obtained. Similarly, a perpendicular to the side A is drawn from the diagonal D4 with respect to the side A of the adjacent triangle Ta, and the length ha of the perpendicular is obtained. The lengths hqa and ha of the perpendiculars obtained in this way are amounts related to the sizes of the target triangle Tq and the adjacent triangle Ta to some extent, and as each triangle becomes larger, the lengths of these perpendiculars tend to become longer.

次に、こうして求めた垂線の長さhqa,haと、着目三角形Tqと隣接三角形Taとの間の形成角ωaと、を用いて、図17に示すような作図を行う。すなわち、平面上に、「長さhqaをもった線分」と「長さhaをもった線分」とをそれぞれの一端が接続点Jaで接続され、かつ、この接続点Jaにおける両線分のなす角が形成角ωaとなるように配置する。続いて、この図17上において、「長さhqaをもった線分」の垂直二等分線と「長さhaをもった線分」の垂直二等分線との交点Oaを求め、求めた交点Oaと接続点Jaとの距離Raを図示のように求める。そして、この距離Raの逆数を、辺Aに関する曲率σaと定義するのである。   Next, a drawing as shown in FIG. 17 is performed using the perpendicular lengths hqa and ha thus obtained and the forming angle ωa between the target triangle Tq and the adjacent triangle Ta. That is, one end of the “line segment having the length hqa” and the “line segment having the length ha” are connected at the connection point Ja on the plane, and both the line segments at the connection point Ja are connected. It arrange | positions so that the angle | corner which becomes may become the formation angle (omega) a. Subsequently, in FIG. 17, an intersection Oa between the vertical bisector of “line segment having length hqa” and the vertical bisector of “line segment having length ha” is obtained and obtained. The distance Ra between the intersection point Oa and the connection point Ja is obtained as shown in the figure. The reciprocal of the distance Ra is defined as the curvature σa related to the side A.

図17において、距離Raは、「長さhqaをもった線分」と「長さhaをもった線分」とを滑らかな円弧で近似した場合の半径に相当するものである。ここで、もし形成角ωaが180°になると、図に破線で示す2本の垂直二等分線は平行になってしまうので、交点Oaの位置は無限遠となり、距離Ra=無限大となる。その結果、曲率σa=0になる。形成角ωaが小さくなればなるほど、交点Oaは接続点Jaに接近し、距離Raは小さくなるので、曲率σaは大きくなる。結局、曲率σaは、形成角ωaが180°に近くなればなるほど小さくなる、という上述の基本概念に合致した値になる。   In FIG. 17, the distance Ra corresponds to a radius when a “line segment having a length hqa” and a “line segment having a length ha” are approximated by a smooth arc. Here, if the formation angle ωa is 180 °, the two perpendicular bisectors indicated by broken lines in the figure are parallel to each other, so that the position of the intersection Oa is infinity and the distance Ra = infinity. . As a result, the curvature σa = 0. The smaller the formation angle ωa, the closer the intersection Oa is to the connection point Ja, and the smaller the distance Ra, the larger the curvature σa. Eventually, the curvature σa becomes a value that matches the above-mentioned basic concept that the smaller the formation angle ωa becomes, the smaller the angle ωa becomes.

一方、長さhqaや長さhaがより長くなると、交点Oaは接続点Jaからより離れることになり、距離Raは大きくなり、曲率σaは小さくなることが、図17から容易に理解できよう。前述したとおり、長さhqaおよび長さhaは、それぞれ着目三角形Tq,隣接三角形Taの大きさにある程度関連した量になるので、結局、曲率σaは、着目三角形Tqおよび隣接三角形Taの大きさが大きくなればなるほど小さくなる、という上述の基本概念に合致した値になる。   On the other hand, it can be easily understood from FIG. 17 that when the length hqa or the length ha becomes longer, the intersection Oa is further away from the connection point Ja, the distance Ra becomes larger, and the curvature σa becomes smaller. As described above, the length hqa and the length ha are amounts related to the sizes of the target triangle Tq and the adjacent triangle Ta to some extent, so that the curvature σa eventually has the sizes of the target triangle Tq and the adjacent triangle Ta. The value agrees with the above basic concept that the larger the value is, the smaller the value is.

以上のことから、着目三角形Tqの辺Aに対する対角D3から辺Aに下ろした垂線の長さhqaと、隣接三角形Taの辺Aに対する対角D4から辺Aに下ろした垂線の長さhaと、を求め、平面上に、「長さhqaをもった線分」と「長さhaをもった線分」とを、それぞれの一端が接続点Jaで接続され、かつ、接続点Jaにおける両線分のなす角が形成角ωaとなるように配置し、「長さhqaをもった線分」の垂直二等分線と「長さhaをもった線分」の垂直二等分線との交点Oaと接続点Jaとの距離Raの逆数を、辺Aに関する曲率σaと定義すれば、上述した基本概念に合致するような曲率σaの定義を行うことができる。   From the above, the length hqa of the perpendicular line from the diagonal D3 to the side A of the triangle Tq of interest Tq and the length ha of the perpendicular line from the diagonal D4 to the side A of the adjacent triangle Ta to the side A On the plane, “a line segment having a length hqa” and “a line segment having a length ha” are connected to each other at one end at a connection point Ja, and both at the connection point Ja. The angle formed by the line segments is the formation angle ωa, and the vertical bisector of the “line segment having the length hqa” and the vertical bisector of the “line segment having the length ha” If the reciprocal of the distance Ra between the intersection point Oa and the connection point Ja is defined as the curvature σa related to the side A, the curvature σa can be defined so as to match the basic concept described above.

同様に、辺Bに関する曲率σbを定義するには、図示は省略するが、次のような作図を行えばよい。すなわち、着目三角形Tqの辺Bに対する対角D2から辺Bに下ろした垂線の長さhqbと、隣接三角形Tbの辺Bに対する対角D5から辺Bに下ろした垂線の長さhbと、を求め、平面上に、「長さhqbをもった線分」と「長さhbをもった線分」とを、それぞれの一端が接続点Jbで接続され、かつ、接続点Jbにおける両線分のなす角が形成角ωbとなるように配置し、「長さhqbをもった線分」の垂直二等分線と「長さhbをもった線分」の垂直二等分線との交点Obと接続点Jbとの距離Rbの逆数を、辺Bに関する曲率σbと定義すればよい。   Similarly, in order to define the curvature σb with respect to the side B, although illustration is omitted, the following drawing may be performed. That is, the length hqb of the perpendicular line from the diagonal D2 with respect to the side B of the triangle Tq of interest to the side B and the length hb of the perpendicular line from the diagonal D5 to the side B of the adjacent triangle Tb with respect to the side B are obtained. , “A line segment having a length hqb” and “a line segment having a length hb” are connected to each other at one end at a connection point Jb and both line segments at the connection point Jb. The angle formed is the formation angle ωb, and the intersection Ob of the vertical bisector of the “line segment with the length hqb” and the vertical bisector of the “line segment with the length hb” And the reciprocal of the distance Rb from the connection point Jb may be defined as the curvature σb related to the side B.

また、辺Cに関する曲率σcを定義するには、同様に、次のような作図を行えばよい。まず、着目三角形Tqの辺Cに対する対角D1から辺Cに下ろした垂線の長さhqcと、隣接三角形Tcの辺Cに対する対角D6から辺Cに下ろした垂線の長さhcと、を求め、平面上に、「長さhqcをもった線分」と「長さhcをもった線分」とを、それぞれの一端が接続点Jcで接続され、かつ、接続点Jcにおける両線分のなす角が形成角ωcとなるように配置し、「長さhqcをもった線分」の垂直二等分線と「長さhcをもった線分」の垂直二等分線との交点Ocと接続点Jcとの距離Rcの逆数を、辺Cに関する曲率σcと定義すればよい。   Similarly, in order to define the curvature σc with respect to the side C, the following drawing may be performed. First, the length hqc of the perpendicular line from the diagonal D1 with respect to the side C of the triangle Tq of interest to the side C and the length hc of the perpendicular line from the diagonal D6 to the side C of the adjacent triangle Tc with respect to the side C are obtained. On the plane, “a line segment having a length hqc” and “a line segment having a length hc” are connected at one end at a connection point Jc, and both line segments at the connection point Jc. The intersection angle Oc between the vertical bisector of the “line segment having the length hqc” and the vertical bisector of the “line segment having the length hc” is arranged so that the formed angle is the formation angle ωc. The reciprocal of the distance Rc between and the connection point Jc may be defined as the curvature σc with respect to the side C.

さて、以上述べた手順により、着目三角形Tqについて、辺Aに関する曲率σa,辺Bに関する曲率σb,辺Cに関する曲率σcという3通りの曲率を定義することができた。しかしながら、図11のステップS6で求める必要がある曲率は、この着目三角形Tq内に位置するサンプル点Qについての曲率σQである。そこで、このサンプル点Qについての曲率σQを、3つの曲率σa,σb,σcを合成して求めるようにする。この合成を行う上での基本概念は、サンプル点Qと、各辺A,B,Cとの距離に応じて、曲率σa,σb,σcを按分する、という考え方である。すなわち、サンプル点Qと辺Aとの距離が短ければ短いほど曲率σaの影響が大きくなり、サンプル点Qと辺Bとの距離が短ければ短いほど曲率σbの影響が大きくなり、サンプル点Qと辺Cとの距離が短ければ短いほど曲率σcの影響が大きくなるように、曲率σa,σb,σcを合成して、サンプル点Qについての曲率σQを求めるようにすれば、理にかなった方法で曲率σQを決定できる。   With the procedure described above, three kinds of curvatures, that is, the curvature σa with respect to the side A, the curvature σb with respect to the side B, and the curvature σc with respect to the side C, can be defined for the target triangle Tq. However, the curvature that needs to be obtained in step S6 in FIG. 11 is the curvature σQ with respect to the sample point Q located in the target triangle Tq. Therefore, the curvature σQ for the sample point Q is obtained by combining the three curvatures σa, σb, and σc. The basic concept for this synthesis is the idea that the curvatures σa, σb, and σc are prorated according to the distance between the sample point Q and the sides A, B, and C. That is, the shorter the distance between the sample point Q and the side A, the greater the influence of the curvature σa, and the shorter the distance between the sample point Q and the side B, the greater the influence of the curvature σb. It is reasonable to combine the curvatures σa, σb, and σc to obtain the curvature σQ for the sample point Q so that the shorter the distance to the side C is, the larger the influence of the curvature σc is. Can determine the curvature σQ.

このような基本概念に基づいて、曲率σQを求める第1の方法を、図18を参照して説明する。図18に示されている各三角形は、図16に示されている各三角形と全く同じものであり、着目三角形Tq内に、サンプル点Qが位置している。そこで、まず、着目三角形Tqの辺Aに対する対角D3とサンプル点Qとの距離Laを求め、着目三角形Tqの辺Bに対する対角D2とサンプル点Qとの距離をLbを求め、着目三角形Tqの辺Cに対する対角D1とサンプル点Qとの距離をLcを求める。そして、サンプル点Qについての曲率σQを、
σQ=(La・σa+Lb・σb+Lc・σc)/(La+Lb+Lc)
なる演算によって定義するのである。このような方法で曲率σQを定義すれば、上述の基本概念に合致した方法での定義が可能になる。
A first method for obtaining the curvature σQ based on such a basic concept will be described with reference to FIG. Each triangle shown in FIG. 18 is exactly the same as each triangle shown in FIG. 16, and the sample point Q is located in the target triangle Tq. Therefore, first, the distance La between the diagonal D3 with respect to the side A of the target triangle Tq and the sample point Q is obtained, and the distance between the diagonal D2 with respect to the side B of the target triangle Tq and the sample point Q is obtained as Lb. Lc is obtained as the distance between the diagonal D1 and the sample point Q with respect to the side C of And the curvature σQ for the sample point Q is
σQ = (La · σa + Lb · σb + Lc · σc) / (La + Lb + Lc)
It is defined by the following operation. If the curvature σQ is defined by such a method, it can be defined by a method that matches the basic concept described above.

一方、図19は、上述の基本概念に基づいて曲率σQを求める第2の方法を示す図である。この図においても、各三角形は、図16に示されている各三角形と全く同じものであり、着目三角形Tq内に、サンプル点Qが位置している。この第2の方法では、まず、サンプル点Qから辺Aに垂線を下ろし、その足をaとする。同様に、サンプル点Qから辺Bに垂線を下ろし、その足をbとし、サンプル点Qから辺Cに垂線を下ろし、その足をcとする。そして、着目三角形Tqを、これら3本の垂線(図では破線で示す)によって、3つの領域Ua,Ub,Ucに分割する。ここで、領域Uaは、辺Aに対する対角D3を含む領域であり、領域Ubは、辺Bに対する対角D2を含む領域であり、領域Ucは、辺Cに対する対角D1を含む領域である。ここで、各領域Ua,Ub,Ucの面積を、それぞれ同じ記号Ua,Ub,Ucで示すことにし、サンプル点Qについての曲率σQを、
σQ=(Ua・σa+Ub・σb+Uc・σc)/(Ua+Ub+Uc)
なる演算によって定義するのである。このような方法で曲率σQを定義すれば、やはり上述の基本概念に合致した方法での定義が可能になる。
On the other hand, FIG. 19 is a diagram showing a second method for obtaining the curvature σQ based on the basic concept described above. Also in this figure, each triangle is exactly the same as each triangle shown in FIG. 16, and the sample point Q is located in the target triangle Tq. In this second method, a perpendicular line is first drawn from the sample point Q to the side A, and the foot is set to a. Similarly, a perpendicular is dropped from the sample point Q to the side B, the leg is b, a perpendicular is dropped from the sample point Q to the side C, and the leg is c. Then, the target triangle Tq is divided into three regions Ua, Ub, Uc by these three perpendicular lines (indicated by broken lines in the figure). Here, the region Ua is a region including a diagonal D3 with respect to the side A, the region Ub is a region including a diagonal D2 with respect to the side B, and the region Uc is a region including a diagonal D1 with respect to the side C. . Here, the area of each region Ua, Ub, Uc is indicated by the same symbol Ua, Ub, Uc, respectively, and the curvature σQ for the sample point Q is
σQ = (Ua · σa + Ub · σb + Uc · σc) / (Ua + Ub + Uc)
It is defined by the following operation. If the curvature σQ is defined by such a method, it can be defined by a method that matches the basic concept described above.

以上、仮想物体の立体形状を示す三次元データが、微小な三角形の集合体として入力された場合について、任意のサンプル点Qにおける曲率σQを定義する具体的な方法を述べた。この方法によれば、円柱曲面に限定されることなく、任意の曲面をもった仮想物体上の任意のサンプル点Qの位置における曲率σQを決定することができる。   The specific method for defining the curvature σQ at an arbitrary sample point Q when the three-dimensional data indicating the three-dimensional shape of the virtual object is input as a collection of minute triangles has been described above. According to this method, the curvature σQ at the position of an arbitrary sample point Q on a virtual object having an arbitrary curved surface can be determined without being limited to a cylindrical curved surface.

続いて、任意の曲面をもった仮想物体上の任意のサンプル点Qの位置における曲率角度ξQを求める方法について述べる。そもそも曲率角度ξとは、サンプル点Qの位置に所定の曲率σQが定義されている場合に、この曲率σQに応じた湾曲方向と繊維シート上の基準方向線とのずれを示す要素である。たとえば、図4に示す円柱曲面の場合、基準方向線Wと円柱の中心軸Hの投影線H′とのなす角度として、曲率角度ξを定義しているが、このような定義を行った場合、曲率角度ξ=90°となる方向が、曲率σに応じた湾曲方向(すなわち、円周方向)ということになる。   Next, a method for obtaining the curvature angle ξQ at the position of an arbitrary sample point Q on a virtual object having an arbitrary curved surface will be described. In the first place, the curvature angle ξ is an element indicating a deviation between the bending direction corresponding to the curvature σQ and the reference direction line on the fiber sheet when a predetermined curvature σQ is defined at the position of the sample point Q. For example, in the case of the cylindrical curved surface shown in FIG. 4, the curvature angle ξ is defined as the angle formed by the reference direction line W and the projection line H ′ of the central axis H of the cylinder. The direction in which the curvature angle ξ = 90 ° is the bending direction corresponding to the curvature σ (that is, the circumferential direction).

図4(a) に示す例も、図4(c) に示す例も、いずれも曲率の値はσ=1/r1と同一である。しかしながら、曲率角度ξは、前者の場合は90°、後者の場合は0°となり、両者は大きく相違する。これは、繊維シート61の基準方向線Wの方向に着目したときに、前者では、基準方向線Wが、1/r1なる曲率に応じた湾曲方向(円周方向)を向くように張り付けられているのに対して、後者では、基準方向線Wが、1/r1なる曲率に応じた湾曲方向(円周方向)に対して90°をなす方向(すなわち、中心軸Hに平行な方向)を向くように張り付けられていることを示している。そして、曲率角度ξ=90°となる前者の場合、基準方向線Wの向きが、曲率σ=1/r1に応じた湾曲方向(円周方向)に一致することになる。このように、曲率角度ξは、曲率に応じた湾曲方向に対する基準方向線Wのずれ量を示す角度に相当するパラメータであり、90°〜0°の範囲をとり、ξ=90°の場合は、ずれ量がないこと示し、ξ=0°の場合は、ずれ量が最大であることを示すことになる。   In both the example shown in FIG. 4A and the example shown in FIG. 4C, the value of the curvature is the same as σ = 1 / r1. However, the curvature angle ξ is 90 ° in the former case and 0 ° in the latter case, and they are greatly different. This is because, when focusing on the direction of the reference direction line W of the fiber sheet 61, in the former case, the reference direction line W is stuck so as to face the bending direction (circumferential direction) corresponding to the curvature of 1 / r1. On the other hand, in the latter, the reference direction line W has a direction (ie, a direction parallel to the central axis H) forming 90 ° with respect to the bending direction (circumferential direction) corresponding to the curvature of 1 / r1. It shows that it is stuck to face. In the former case where the curvature angle ξ = 90 °, the direction of the reference direction line W matches the bending direction (circumferential direction) corresponding to the curvature σ = 1 / r1. Thus, the curvature angle ξ is a parameter corresponding to an angle indicating the amount of deviation of the reference direction line W with respect to the bending direction according to the curvature, and ranges from 90 ° to 0 °, where ξ = 90 °. This means that there is no deviation amount. When ξ = 0 °, this means that the deviation amount is maximum.

図11のステップS2において入力する可視割合情報(たとえば、図9に示すように、2つの変数σ,ξによって参照されるテーブル)を、このような円柱曲面を前提とした曲率σおよび曲率角度ξの定義を行ったシミュレーションによって作成した場合、ステップS6においても、この円柱曲面を前提とした定義に近い方法で、曲率角度ξを定義する必要がある。そこで、以下、仮想物体の立体形状を示す三次元データが、微小な三角形の集合体として入力された場合について、任意のサンプル点Qの位置における曲率角度ξQを定義する具体的な方法の一例を述べる。   The visible ratio information input in step S2 of FIG. 11 (for example, a table referred to by two variables σ and ξ as shown in FIG. 9) is used as a curvature σ and a curvature angle ξ assuming such a cylindrical curved surface. In the step S6, it is necessary to define the curvature angle ξ by a method close to the definition based on this cylindrical curved surface. Therefore, in the following, an example of a specific method for defining the curvature angle ξQ at the position of an arbitrary sample point Q when the three-dimensional data indicating the three-dimensional shape of the virtual object is input as a collection of minute triangles. State.

まず、図20に示すように、サンプル点Qを含む着目三角形Tqと、これに隣接する3つの隣接三角形Ta,Tb,Tcを考える。これらの各三角形は、図16に示されている各三角形と全く同じものである。また、ステップS3では、前述したとおり、仮想物体に対する繊維シートの張り付け向きに関する情報も入力されているので、ステップS6の段階では、図20に示すとおり、繊維シートの基準方向線Wの向きを定義することができる。ここでは、この基準方向線Wを、着目三角形Tqと同一平面上の直線として定義している。ステップS3において、基準方向線Wが、XYZ三次元座標系上の直線として入力された場合には、これを着目三角形Tqを含む平面上にこの平面の法線方向に投影することにより得られる投影像を、図示する基準方向線Wとして定義すればよい。また、テクスチャマッピングやBTFが適用されている場合には、既にポリゴンに与えられている二次元座標系(u,v)を基準として、そのポリゴン内のたとえばv軸方向を基準方向線Wとして利用すればよい。   First, as shown in FIG. 20, a target triangle Tq including a sample point Q and three adjacent triangles Ta, Tb, and Tc adjacent thereto are considered. Each of these triangles is exactly the same as each triangle shown in FIG. Further, in step S3, as described above, since the information regarding the fiber sheet sticking direction with respect to the virtual object is also input, in step S6, the direction of the reference direction line W of the fiber sheet is defined as shown in FIG. can do. Here, the reference direction line W is defined as a straight line on the same plane as the target triangle Tq. In step S3, when the reference direction line W is input as a straight line on the XYZ three-dimensional coordinate system, the projection obtained by projecting the reference direction line W onto the plane including the target triangle Tq in the normal direction of the plane. What is necessary is just to define an image as the reference direction line W shown in figure. When texture mapping or BTF is applied, the two-dimensional coordinate system (u, v) already given to the polygon is used as a reference, and for example, the v-axis direction in the polygon is used as the reference direction line W. do it.

続いて、図20に示すように、この基準方向線Wと着目三角形Tqの辺A,辺B,辺Cのそれぞれとのなす角(交差しない場合には、各辺の延長線とのなす角)ξa,ξb,ξcを、それぞれ各辺A,B,Cに関する曲率角度として求める。そして、これら各辺に関する曲率角度ξa,ξb,ξcを合成することにより、サンプル点Qについての曲率角度ξQを求めるようにすればよい。この合成を行う上での基本概念は、サンプル点Qと、各辺A,B,Cとの距離に応じて、曲率角度ξa,ξb,ξcを按分する、という考え方である。すなわち、サンプル点Qと辺Aとの距離が短ければ短いほど曲率角度ξaの影響が大きくなり、サンプル点Qと辺Bとの距離が短ければ短いほど曲率角度ξbの影響が大きくなり、サンプル点Qと辺Cとの距離が短ければ短いほど曲率角度ξcの影響が大きくなるように、曲率角度ξa,ξb,ξcを合成することにより、サンプル点Qについての曲率角度ξQを決定すればよい。   Subsequently, as shown in FIG. 20, angles formed by the reference direction line W and each of the sides A, B, and C of the target triangle Tq (when not intersecting, angles formed by extension lines of the sides). ) Ξa, ξb, ξc are determined as the curvature angles for the sides A, B, C, respectively. Then, the curvature angle ξQ for the sample point Q may be obtained by synthesizing the curvature angles ξa, ξb, and ξc for these sides. The basic concept in performing this synthesis is the idea that the curvature angles ξa, ξb, and ξc are apportioned according to the distance between the sample point Q and the sides A, B, and C. That is, the shorter the distance between the sample point Q and the side A, the greater the influence of the curvature angle ξa, and the shorter the distance between the sample point Q and the side B, the greater the influence of the curvature angle ξb. The curvature angle ξQ for the sample point Q may be determined by combining the curvature angles ξa, ξb, and ξc so that the influence of the curvature angle ξc increases as the distance between Q and side C decreases.

このような基本概念に基づいて、曲率角度ξQを求める第1の方法を、図21を参照して説明する。図21に示されている各三角形は、図20に示されている各三角形と全く同じものであり、着目三角形Tq内に、サンプル点Qが位置している。そこで、まず、着目三角形Tqの辺Aに対する対角D3とサンプル点Qとの距離Laを求め、着目三角形Tqの辺Bに対する対角D2とサンプル点Qとの距離をLbを求め、着目三角形Tqの辺Cに対する対角D1とサンプル点Qとの距離をLcを求める。そして、サンプル点Qについての曲率角度ξQを、
ξQ=(La・ξa+Lb・ξb+Lc・ξc)/(La+Lb+Lc)
なる演算によって定義するのである。このような方法で曲率角度ξQを定義すれば、上述の基本概念に合致した方法での定義が可能になる。この方法の原理は、図18を参照して説明した曲率σQを定義する方法の原理と共通するものである。
A first method for obtaining the curvature angle ξQ based on such a basic concept will be described with reference to FIG. Each triangle shown in FIG. 21 is exactly the same as each triangle shown in FIG. 20, and the sample point Q is located in the target triangle Tq. Therefore, first, the distance La between the diagonal D3 with respect to the side A of the target triangle Tq and the sample point Q is obtained, and the distance between the diagonal D2 with respect to the side B of the target triangle Tq and the sample point Q is obtained as Lb. Lc is obtained as the distance between the diagonal D1 and the sample point Q with respect to the side C of And the curvature angle ξQ about the sample point Q is
ξQ = (La · ξa + Lb · ξb + Lc · ξc) / (La + Lb + Lc)
It is defined by the following operation. If the curvature angle ξQ is defined by such a method, it can be defined by a method that matches the basic concept described above. The principle of this method is in common with the principle of the method for defining the curvature σQ described with reference to FIG.

一方、曲率角度ξQを求める第2の方法として、図19を参照して説明した曲率σQを定義する方法の原理を利用した方法も可能である。すなわち、図19に示すように、サンプル点Qから各辺A,B,Cに垂線を下ろし、着目三角形Tqを、これら3本の垂線によって、3つの領域Ua,Ub,Ucに分割する。そして、これら3つの領域Ua,Ub,Ucの面積を、それぞれ同じ記号Ua,Ub,Ucで示すことにし、サンプル点Qについての曲率角度ξQを、
ξQ=(Ua・ξa+Ub・ξb+Uc・ξc)/(Ua+Ub+Uc)
なる演算によって定義するのである。このような方法で曲率角度ξQを定義すれば、やはり上述の基本概念に合致した方法での定義が可能になる。
On the other hand, as a second method for obtaining the curvature angle ξQ, a method using the principle of the method for defining the curvature σQ described with reference to FIG. 19 is also possible. That is, as shown in FIG. 19, a perpendicular line is drawn from the sample point Q to each side A, B, C, and the target triangle Tq is divided into three regions Ua, Ub, Uc by these three perpendicular lines. The areas of these three regions Ua, Ub, Uc are indicated by the same symbols Ua, Ub, Uc, respectively, and the curvature angle ξQ for the sample point Q is
ξQ = (Ua · ξa + Ub · ξb + Uc · ξc) / (Ua + Ub + Uc)
It is defined by the following operation. If the curvature angle ξQ is defined by such a method, it can be defined by a method that matches the basic concept described above.

以上のとおり、仮想物体の立体形状を示す三次元データが、微小な三角形の集合体として入力された場合は、上述した具体的手法を適用することにより、任意のサンプル点Qにおける曲率σQおよび曲率角度ξQを定義することが可能である。しかしながら、ポリゴンを用いて立体形状を表現する場合、必ずしも三角形が用いられるとは限らず、四角形や六角形など、任意の多角形の集合からなる三次元データが用いられる場合も少なくない。このように、仮想物体が、任意の多角形の集合からなる三次元データとして与えられた場合であっても、多角形は必ず複数の三角形に分割することができるので、上述した三角形についての実施例は、ポリゴンを用いて立体形状が表現されている場合に広く適用可能である。   As described above, when the three-dimensional data indicating the three-dimensional shape of the virtual object is input as a collection of minute triangles, the curvature σQ and the curvature at an arbitrary sample point Q can be obtained by applying the specific method described above. It is possible to define an angle ξQ. However, when a three-dimensional shape is expressed using polygons, triangles are not always used, and three-dimensional data including a set of arbitrary polygons such as quadrangles and hexagons is often used. In this way, even if the virtual object is given as three-dimensional data consisting of a set of arbitrary polygons, the polygon can always be divided into a plurality of triangles. The example is widely applicable when a three-dimensional shape is expressed using polygons.

ただ、上述した三角形の集合からなる三次元データが用いられた場合についての基本原理は、任意の多角形の集合からなる三次元データが用いられた場合にも、多角形を複数の三角形に分割することなしに、多角形のままでも適用可能である。すなわち、この基本原理を一般的なJ角形に拡張した場合は、次のような方法で、サンプル点Qについての曲率σQおよび曲率角度ξQを求めるようにすればよい。   However, the basic principle for the case where 3D data consisting of a set of triangles is used is that the polygon is divided into a plurality of triangles even when 3D data consisting of a set of arbitrary polygons is used. It is also possible to apply a polygon as it is. That is, when this basic principle is extended to a general J-gon, the curvature σQ and the curvature angle ξQ for the sample point Q may be obtained by the following method.

まず、曲率を求める対象となるサンプル点Qを含むJ角形(J個の辺を有する多角形)を着目多角形として抽出する。そして、この着目多角形について、当該着目多角形とこれに隣接する複数J個の隣接多角形との間の形成角ω1〜ωJをそれぞれ求める。続いて、第j番目(j=1〜J)の隣接多角形との間の境界を形成する第j番目の辺に関する曲率として、第j番目の形成角ωjが180°に近くなればなるほど小さくなり、かつ、着目多角形および第j番目の隣接多角形の大きさが大きくなればなるほど小さくなるような曲率σjを定義し、第1番目の辺〜第J番目の辺についてそれぞれ曲率σ1〜σJを定義する。最後に、このサンプル点Qと第j番目の辺との距離が短ければ短いほど、第j番目の曲率σjの影響が大きくなるように、J個の曲率σ1〜σJを合成することにより、サンプル点Qについての曲率σQを求めるようにすればよい。   First, a J-polygon (a polygon having J sides) including the sample point Q for which the curvature is to be obtained is extracted as a target polygon. Then, for the target polygon, formation angles ω1 to ωJ between the target polygon and a plurality of J adjacent polygons adjacent to the target polygon are obtained. Subsequently, as the curvature of the jth side forming the boundary with the jth (j = 1 to J) adjacent polygon, the curvature becomes smaller as the jth formation angle ωj is closer to 180 °. And the curvature σj is defined such that the larger the size of the target polygon and the jth adjacent polygon, the smaller the curvature σj for the first side to the Jth side, respectively. Define Finally, the shorter the distance between the sample point Q and the j-th side, the greater the influence of the j-th curvature σj. The curvature σQ for the point Q may be obtained.

一方、曲率角度ξについては、基準方向線Wと着目多角形の第1番目の辺〜第J番目の辺のそれぞれとのなす角ξ1〜ξJを、各辺についての曲率角度としてそれぞれ求め、サンプル点Qと第j番目の辺との距離が短ければ短いほど、第j番目の曲率角度ξjの影響が大きくなるように、J個の曲率角度ξ1〜ξJを合成することにより、サンプル点Qについての曲率角度ξQを求めるようにすればよい。   On the other hand, with respect to the curvature angle ξ, angles ξ1 to ξJ formed by the reference direction line W and each of the first side to the Jth side of the target polygon are obtained as the curvature angles for each side, respectively. By combining the J curvature angles ξ1 to ξJ so that the influence of the jth curvature angle ξj increases as the distance between the point Q and the jth side becomes shorter, What is necessary is just to obtain | require the curvature angle (xi) Q.

以上、図11のステップS3に示す物体データ入力段階において、仮想物体の立体形状が、ポリゴンの集合を示す三次元データとして入力された場合に、任意のサンプル点Qについての曲率σQおよび曲率角度ξQを求める具体的な方法を述べたが、本発明を実施する上では、仮想物体の立体形状を、必ずしもポリゴンの集合を示す三次元データとして入力する必要はない。たとえば、仮想物体の立体形状を、数式およびこの数式に用いられているパラメータの値によって表現されるパラメトリック曲面として入力した場合は、特定のサンプル点Qについての曲率σQおよび曲率角度ξQを、この数式およびパラメータの値を用いた演算により求めるようにすればよい。   As described above, in the object data input stage shown in step S3 of FIG. 11, when the three-dimensional shape of the virtual object is input as three-dimensional data indicating a set of polygons, the curvature σQ and the curvature angle ξQ for an arbitrary sample point Q. In the implementation of the present invention, it is not always necessary to input the three-dimensional shape of the virtual object as three-dimensional data indicating a set of polygons. For example, when the three-dimensional shape of the virtual object is input as a mathematical expression and a parametric curved surface expressed by the parameter values used in the mathematical expression, the curvature σQ and the curvature angle ξQ for a specific sample point Q are expressed by this mathematical expression. It may be obtained by calculation using values of parameters and parameters.

<<< §6.本発明に係る二次元画像生成装置 >>>
図11の流れ図に示すステップS1〜S10は、コンピュータの内部で行われる処理であり、各手順は、実際にはコンピュータプログラムに基づいて実行されることになる。本発明に係る二次元画像生成装置は、この図11の各手順を実行する機能をもったコンピュータによって構成される装置であり、図22のブロック図に示す各構成要素からなる装置である。以下、この装置の構成および動作を説明する。
<<< §6. Two-dimensional image generation apparatus according to the present invention >>
Steps S1 to S10 shown in the flowchart of FIG. 11 are processes performed inside the computer, and each procedure is actually executed based on a computer program. The two-dimensional image generation apparatus according to the present invention is an apparatus configured by a computer having a function of executing each procedure of FIG. 11, and is an apparatus including the components shown in the block diagram of FIG. The configuration and operation of this apparatus will be described below.

この二次元画像生成装置は、物体の三次元データに基づいて、当該物体の表面に繊維シートを張り付け、これを所定の視点から観察したときに得られる投影画像を示す二次元データを生成する機能をもった装置であり、図22に示されているとおり、データ入力部110、三次元データ格納部120、レイヤーデータ格納部130、可視割合情報格納部140、反射光強度演算部150、曲率演算部160、投影条件設定部170、画素定義部180、投影データ格納部190によって構成されている。実際には、これらの各構成要素は、コンピュータに専用のプログラムを組み込むことによって実現される。   This two-dimensional image generation device is a function for generating two-dimensional data indicating a projection image obtained when a fiber sheet is attached to the surface of an object based on the three-dimensional data of the object and observed from a predetermined viewpoint. As shown in FIG. 22, the data input unit 110, the three-dimensional data storage unit 120, the layer data storage unit 130, the visible ratio information storage unit 140, the reflected light intensity calculation unit 150, the curvature calculation, as shown in FIG. A unit 160, a projection condition setting unit 170, a pixel definition unit 180, and a projection data storage unit 190. Actually, each of these components is realized by incorporating a dedicated program into the computer.

データ入力部110は、外部から与えられる種々のデータを入力するための構成要素であり、図11のステップS1〜S4で入力される種々のデータは、このデータ入力部110からコンピュータに取り込まれることになる。具体的には、このデータ入力部110は、コンピュータ用のキーボード、マウス、スキャナ装置、デジタルカメラ、磁気もしくは光データ読込装置などの装置によって構成されることになる。   The data input unit 110 is a component for inputting various data given from the outside, and the various data input in steps S1 to S4 in FIG. 11 are taken into the computer from the data input unit 110. become. Specifically, the data input unit 110 is configured by devices such as a computer keyboard, a mouse, a scanner device, a digital camera, and a magnetic or optical data reading device.

三次元データ格納部120は、データ入力部110から入力された「仮想物体の立体形状を示す三次元データ」を格納するための構成要素であり、実際には、コンピュータ用の磁気記録装置やメモリ装置などによって実現される。図11のステップS3において入力された物体データは、この三次元データ格納部120に格納されることになる。   The three-dimensional data storage unit 120 is a component for storing “three-dimensional data indicating a three-dimensional shape of a virtual object” input from the data input unit 110. In practice, the three-dimensional data storage unit 120 is a magnetic recording device or memory for a computer. It is realized by a device. The object data input in step S3 in FIG. 11 is stored in the three-dimensional data storage unit 120.

レイヤーデータ格納部130は、データ入力部110から入力された「張り付け対象となる仮想の繊維シートを構成する複数m枚の各レイヤーごとの反射特性を示すm通りのレイヤーデータ」を格納するための構成要素であり、実際には、コンピュータ用の磁気記録装置やメモリ装置などによって実現される。図11のステップS1において入力されたレイヤーデータは、このレイヤーデータ格納部130に格納されることになる。   The layer data storage unit 130 stores “m layer data indicating reflection characteristics for each of a plurality of m layers constituting a virtual fiber sheet to be pasted” input from the data input unit 110. It is a component and is actually realized by a magnetic recording device or a memory device for a computer. The layer data input in step S1 of FIG. 11 is stored in this layer data storage unit 130.

可視割合情報格納部140は、データ入力部110から入力された「繊維シートを種々の曲率で曲げた状態における各レイヤーごとの可視割合を示す可視割合情報」(たとえば、図8や図9に示す情報)を格納するための構成要素であり、実際には、コンピュータ用の磁気記録装置やメモリ装置などによって実現される。図11のステップS2において入力された可視割合情報は、この可視割合情報格納部140に格納されることになる。   The visible ratio information storage unit 140 receives “visible ratio information indicating the visible ratio for each layer in a state where the fiber sheet is bent at various curvatures” input from the data input unit 110 (for example, as shown in FIGS. 8 and 9). Information), and is actually realized by a magnetic recording device or a memory device for a computer. The visible ratio information input in step S2 of FIG. 11 is stored in the visible ratio information storage unit 140.

投影条件設定部170は、データ入力部110から入力されたデータに基づき、照明条件、視点Eの位置、投影平面Mを設定する構成要素であり、実際には、コンピュータ用の磁気記録装置やメモリ装置などによって実現される。   The projection condition setting unit 170 is a component that sets the illumination condition, the position of the viewpoint E, and the projection plane M based on the data input from the data input unit 110. In practice, the projection condition setting unit 170 is a computer magnetic recording device or memory. It is realized by a device.

曲率演算部160は、三次元データ格納部120に格納されている三次元データに基づいて、仮想物体の表面上に定義された所定のサンプル点Qの位置について、仮想物体表面の曲率σQおよび曲率角度ξQを求める機能をもった構成要素である。任意曲面上のサンプル点Qについての曲率σQおよび曲率角度ξQを求める具体的な手法は、§5に例示したとおりである。   The curvature calculation unit 160 uses the curvature σQ and the curvature of the virtual object surface for the position of the predetermined sample point Q defined on the surface of the virtual object based on the three-dimensional data stored in the three-dimensional data storage unit 120. This is a component having a function for obtaining the angle ξQ. A specific method for obtaining the curvature σQ and the curvature angle ξQ for the sample point Q on the arbitrary curved surface is as illustrated in §5.

反射光強度演算部150は、レンダリング処理を行う構成要素であり、繊維シートを仮想物体の表面に張り付けた場合に、個々のサンプル点Qから視点Eに向かう反射光Vの強度を、三次元データ格納部120内に格納されている三次元データ、レイヤーデータ格納部130内に格納されているレイヤーデータ、可視割合情報格納部140内に格納されている可視割合情報、投影条件設定部170に設定されている投影条件(照明条件、視点位置、投影平面)に基づいて演算する機能を有する。具体的な演算は、図14の流れ図に示す3つのステップS71〜S73に示すとおりである。   The reflected light intensity calculation unit 150 is a component that performs rendering processing. When the fiber sheet is attached to the surface of the virtual object, the reflected light intensity V from the individual sample points Q toward the viewpoint E is expressed as three-dimensional data. 3D data stored in the storage unit 120, layer data stored in the layer data storage unit 130, visible rate information stored in the visible rate information storage unit 140, set in the projection condition setting unit 170 It has a function of calculating based on the projected projection conditions (illumination conditions, viewpoint position, projection plane). The specific calculation is as shown in the three steps S71 to S73 shown in the flowchart of FIG.

別言すれば、この反射光強度演算部150は、可視割合情報格納部140内に格納されている可視割合情報を参照して1つのサンプル点位置における曲率に対応する各レイヤーごとの可視割合を求める第1の機能部と、レイヤーデータ格納部130内に格納されているm通りのレイヤーデータの反射特性を、第1の機能部が求めた可視割合に応じて合成することにより、当該サンプル点位置における反射特性を求める第2の機能部と、この第2の機能部が求めた反射特性に基づいて、当該サンプル点からの反射光の強度を求める第3の機能部と、によって構成されていることになる。なお、第1の機能部が可視割合を求める場合や、第2の機能部が反射特性を求める場合、必要に応じて、三次元データ格納部120に格納されている三次元データや、投影条件設定部170に設定されている投影条件を利用した演算が行われる。   In other words, the reflected light intensity calculation unit 150 refers to the visible rate information stored in the visible rate information storage unit 140 and calculates the visible rate for each layer corresponding to the curvature at one sample point position. By combining the first functional unit to be obtained and the reflection characteristics of the m kinds of layer data stored in the layer data storage unit 130 according to the visible ratio obtained by the first functional unit, the sample point A second functional unit for obtaining the reflection characteristic at the position, and a third functional unit for obtaining the intensity of the reflected light from the sample point based on the reflection characteristic obtained by the second functional unit. Will be. In addition, when the 1st functional part calculates | requires a visible ratio, or the 2nd functional part calculates | requires a reflection characteristic, as needed, the three-dimensional data stored in the three-dimensional data storage part 120, and projection conditions Calculations using the projection conditions set in the setting unit 170 are performed.

画素定義部180は、サンプル点Qからの反射光Vと投影平面Mとの交点位置に、当該反射光Vの強度に応じた画素値をもつ画素Pを定義する構成要素であり、投影データ格納部190は、多数のサンプル点Qについて定義された多数の画素Pの集合を、仮想物体の投影画像を示す二次元投影データとして格納する構成要素である。   The pixel definition unit 180 is a component that defines a pixel P having a pixel value corresponding to the intensity of the reflected light V at the intersection between the reflected light V from the sample point Q and the projection plane M, and stores projection data. The unit 190 is a component that stores a set of a large number of pixels P defined for a large number of sample points Q as two-dimensional projection data indicating a projection image of a virtual object.

この図22に示す二次元画像生成装置を用いて、所望の二次元投影画像を得るための操作は次のとおりである。まず、オペレータは、仮想物体の三次元データ、繊維シートのレイヤーデータおよび可視割合情報を用意し、データ入力部110からこれらのデータを入力する。仮想物体の三次元データとしては、たとえば、CADデータを流用したものをそのまま利用すればよい。繊維シートのレイヤーデータおよび可視割合情報は、実在の繊維シートを用いた実測やコンピュータシミュレーションによって用意することができる。また、データ入力部110を操作することにより、投影条件設定部170に対して、照明条件、視点位置、投影平面の設定を行う。   The operation for obtaining a desired two-dimensional projection image using the two-dimensional image generation apparatus shown in FIG. 22 is as follows. First, the operator prepares three-dimensional data of a virtual object, fiber sheet layer data, and visible ratio information, and inputs these data from the data input unit 110. As the three-dimensional data of the virtual object, for example, data obtained by diverting CAD data may be used as it is. The fiber sheet layer data and visible ratio information can be prepared by actual measurement or computer simulation using an actual fiber sheet. Further, by operating the data input unit 110, the illumination condition, the viewpoint position, and the projection plane are set for the projection condition setting unit 170.

以上で、オペレータが行う実体的な操作は完了である。この後、この装置に対して、レンダリング処理を開始する旨の指示を与えれば、曲率演算部160によって、レンダリング処理に必要な個々のサンプル点Qについての曲率σQおよび曲率角度ξQが演算され、反射光強度演算部150によって、個々のサンプル点Qから視点Eに向かう反射光Vの強度が演算され、画素定義部180によって、個々の反射光Vの強度に応じた画素値をもつ画素Pが定義され、これらの画素Pの集合として、投影データ格納部190内に、目的となる二次元画像が格納されることになる。オペレータは、こうして投影データ格納部190内に得られた二次元画像を、必要に応じて、所望の媒体上に出力させればよい。   Thus, the substantial operation performed by the operator is completed. Thereafter, if an instruction to start the rendering process is given to this apparatus, the curvature calculator 160 calculates the curvature σQ and the curvature angle ξQ for each sample point Q necessary for the rendering process, and the reflection The light intensity calculation unit 150 calculates the intensity of the reflected light V from each sample point Q toward the viewpoint E, and the pixel definition unit 180 defines a pixel P having a pixel value corresponding to the intensity of each reflected light V. Thus, the target two-dimensional image is stored in the projection data storage unit 190 as a set of these pixels P. The operator may output the two-dimensional image thus obtained in the projection data storage unit 190 onto a desired medium as necessary.

なお、この装置において、向きのファクターをもった曲率を取り扱うようにするには、データ入力部110に、繊維シートを仮想物体に張り付けたときに、繊維シート上に定義された基準方向線の向きに関する情報を入力する機能をもたせるようにしておき、可視割合情報格納部140に、向きのファクターをもった個々の曲率について、各レイヤーごとの可視割合を示す可視割合情報を入力する機能をもたせるようにしておく。また、曲率演算部160に、向きのファクターをもった曲率を求める機能をもたせておき、反射光強度演算部150に、向きのファクターをもった曲率に対応する各レイヤーごとの可視割合を用いて、反射光強度を求める機能をもたせておくようにすればよい。   In this apparatus, in order to handle a curvature having an orientation factor, the orientation of the reference direction line defined on the fiber sheet when the fiber sheet is pasted to the virtual object in the data input unit 110. The function to input the information on the visual ratio is stored, and the visible ratio information storage unit 140 has the function of inputting the visible ratio information indicating the visible ratio of each layer for each curvature having the orientation factor. Keep it. In addition, the curvature calculation unit 160 has a function of obtaining a curvature having a direction factor, and the reflected light intensity calculation unit 150 uses a visible ratio for each layer corresponding to the curvature having a direction factor. A function for obtaining the reflected light intensity may be provided.

<<< §7.いくつかの変形例 >>>
以上、本発明を図示する実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではなく、この他にも種々の態様で実施可能である。
<<< §7. Some variations >>>
As mentioned above, although this invention was demonstrated based on embodiment shown in figure, this invention is not limited to these embodiment, In addition to this, it can implement in a various aspect.

たとえば、これまで述べてきた実施形態では、図5の上段に示すように、2つのレイヤーを有する繊維シート61の例に基づいて説明を行ってきたが、本発明では、繊維シートを必ずしも2つのレイヤーとして取り扱う必要はなく、3つ以上のレイヤーとして取り扱うことも可能である。具体的には、長いパイルと短いパイルとの2種類のパイルを下地に植毛した構造を有する繊維シートの場合、長いパイルから構成される上部レイヤー、短いパイルから構成される中部レイヤー、下地から構成される下部レイヤーの3つのレイヤーとして取り扱うことが可能である。   For example, in the embodiments described so far, the description has been made based on the example of the fiber sheet 61 having two layers as shown in the upper part of FIG. 5, but in the present invention, two fiber sheets are not necessarily provided. It is not necessary to handle it as a layer, and it is possible to handle it as three or more layers. Specifically, in the case of a fiber sheet having a structure in which two types of piles, a long pile and a short pile, are planted on the ground, it is composed of an upper layer composed of a long pile, a middle layer composed of a short pile, and a ground It can be handled as three layers of the lower layer.

この場合、図11のステップS1では、3つのレイヤーそれぞれについてのレイヤーデータが入力され、ステップS2では、3つのレイヤーについての可視割合(たとえば、L1:70%、L2:20%、L3:10%といった割合)が可視割合情報として入力されることになり、ステップS7では、3つの反射特性を合成することにより、反射光強度を求める演算が行われる。もちろん、4つ以上のレイヤーとして取り扱うことも可能であり、一般論としては、張り付け対象となる仮想の繊維シートを複数m枚(mは2以上の整数)の各レイヤーとして取り扱うことができれば、本発明の適用が可能である。   In this case, in step S1 of FIG. 11, layer data for each of the three layers is input, and in step S2, the visible ratios for the three layers (for example, L1: 70%, L2: 20%, L3: 10%). In step S7, the calculation of the reflected light intensity is performed by combining the three reflection characteristics. Of course, it is possible to handle it as four or more layers. As a general rule, if the virtual fiber sheet to be attached can be handled as multiple m sheets (m is an integer of 2 or more), The invention can be applied.

また、これまで述べてきた実施形態では、図5の上段に示すように、下地となる下部レイヤーL2に植毛された多数のパイルによって上部レイヤーL1が構成された、いわゆるパイル地に本発明を適用した例を述べたが、本発明の適用は、このようなパイル地のみに限定されるものではない。たとえば、縦糸と横糸とを編むことにより構成される繊維シートについても、主として縦糸から構成される第1のレイヤーと、主として横糸から構成される第2のレイヤーとを定義すれば、これまで述べた実施形態と同様に本発明を適用することが可能である。要するに、複数のレイヤーを何らかの形式で定義することができ、しかもこのレイヤーごとの可視割合が曲率に基づいて変化する、という性質を有する繊維シートであれば、本発明の適用が可能である。   In the embodiment described so far, as shown in the upper part of FIG. 5, the present invention is applied to a so-called pile ground in which the upper layer L1 is constituted by a number of piles planted in the lower layer L2 as a base. However, the application of the present invention is not limited to such a pile land. For example, for a fiber sheet formed by knitting warp and weft, as described above, if a first layer mainly composed of warp and a second layer mainly composed of weft are defined, The present invention can be applied similarly to the embodiment. In short, the present invention can be applied to any fiber sheet that has the property that a plurality of layers can be defined in some form and the visible ratio of each layer changes based on the curvature.

平面から構成される仮想物体に繊維シートを張り付ける状態を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the state which affixes a fiber sheet on the virtual object comprised from a plane. 曲面を有する仮想物体に繊維シートを張り付ける状態を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the state which sticks a fiber sheet on the virtual object which has a curved surface. 一般的なレンダリング処理の原理を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the principle of a general rendering process. 繊維シートと物体表面の曲率との関係を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the relationship between a fiber sheet and the curvature of an object surface. 繊維シートを複数のレイヤーをもった構造体として取り扱う基本概念を示す図である。It is a figure which shows the basic concept which handles a fiber sheet as a structure with a some layer. 繊維シートを種々の曲率で曲げた場合の各レイヤーごとの可視割合の変化を示す側面図である。It is a side view which shows the change of the visible ratio for every layer at the time of bending a fiber sheet with various curvature. 繊維シートを種々の曲率で曲げた場合の各レイヤーごとの可視割合の変化を示す拡大図である。It is an enlarged view which shows the change of the visible ratio for every layer at the time of bending a fiber sheet with various curvature. 曲率σと各レイヤーごとの可視割合との関係を示すテーブルである。It is a table which shows the relationship between curvature (sigma) and the visible ratio for each layer. 曲率σおよび曲率角度ξと各レイヤーごとの可視割合との関係を示すテーブルである。It is a table which shows the relationship between curvature (sigma) and curvature angle (xi), and the visible ratio for each layer. 本発明の基本原理によるレンダリング処理を示す図である。It is a figure which shows the rendering process by the basic principle of this invention. 本発明に係る二次元画像生成方法の手順を示す流れ図である。It is a flowchart which shows the procedure of the two-dimensional image generation method which concerns on this invention. 仮想物体50上のサンプル点Qの位置での切断面を示す斜視図である。4 is a perspective view showing a cut surface at a position of a sample point Q on a virtual object 50. FIG. 図12に示すサンプル点Qの曲率を求める方法の一例を示す平面図である。It is a top view which shows an example of the method of calculating | requiring the curvature of the sample point Q shown in FIG. 図11に示す流れ図のステップS7の詳細な手順を示す流れ図である。It is a flowchart which shows the detailed procedure of step S7 of the flowchart shown in FIG. 照明光および反射光の向きを考慮して反射率を決定するBRDFモデルの原理を説明するための斜視図である。It is a perspective view for demonstrating the principle of the BRDF model which determines a reflectance in consideration of the direction of illumination light and reflected light. 多数の三角形の集合により表現された仮想物体について、三角形の一辺についての曲率を定義する原理を示す平面図である。It is a top view which shows the principle which defines the curvature about the one side of a triangle about the virtual object expressed by the collection of many triangles. 図16に示す例において、辺Aについての曲率を定義する原理を示す平面図である。In the example shown in FIG. 16, it is a top view which shows the principle which defines the curvature about the edge | side A. FIG. 図16に示す例において、三角形内のサンプル点Qについての曲率を定義する原理を示す平面図である。In the example shown in FIG. 16, it is a top view which shows the principle which defines the curvature about the sample point Q in a triangle. 図16に示す例において、三角形内のサンプル点Qについての曲率を定義する別な原理を示す平面図である。In the example shown in FIG. 16, it is a top view which shows another principle which defines the curvature about the sample point Q in a triangle. 図16に示す例において、各辺A,B,Cについての曲率角度を定義する原理を示す平面図である。In the example shown in FIG. 16, it is a top view which shows the principle which defines the curvature angle about each edge | side A, B, and C. FIG. 図16に示す例において、三角形内のサンプル点Qについての曲率角度を定義する原理を示す平面図である。In the example shown in FIG. 16, it is a top view which shows the principle which defines the curvature angle about the sample point Q in a triangle. 本発明に係る二次元画像生成装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the two-dimensional image generation apparatus which concerns on this invention.

符号の説明Explanation of symbols

10…仮想物体
11…仮想物体の上面
12…仮想物体の前面
13…仮想物体の側面
20…繊維シートを張り付けた仮想物体
21…繊維シートを張り付けた仮想物体の上面
22…繊維シートを張り付けた仮想物体の前面
23…繊維シートを張り付けた仮想物体の側面
30…仮想物体
31…仮想物体の上面
32…仮想物体側面
40…繊維シートを張り付けた仮想物体
41…繊維シートを張り付けた仮想物体の上面
42…繊維シートを張り付けた仮想物体の側面
50…仮想物体
51,52…円柱状の物体
55…仮想物体の投影画像
56…切断面上の輪郭線
60…仮想繊維シート
61…繊維シート
110…データ入力部
120…三次元データ格納部
130…レイヤーデータ格納部
140…可視割合情報格納部
150…反射光強度演算部
160…曲率演算部
170…投影条件設定部
180…画素定義部
190…投影データ格納部
A,B,C…三角形の各辺
a,b,c…垂線の足
D1〜D6…三角形の頂点
E…視点
G…光源
H…円柱の中心軸
H′…円柱の中心軸の投影線
ha,hqa…垂線の長さ
Ja…接続点
L…照明光
L′…照明光の投影像
L1…繊維シートの上部レイヤー
L2…繊維シートの下部レイヤー
La…点Qと点D3との距離
Lb…点Qと点D2との距離
Lc…点Qと点D1との距離
LD1,LD2…レイヤーデータ
M…投影平面
n…法線
Oa…垂直二等分線の交点
P…画素/投影線分
P(Q1),P(Q2)…画素値
Q…サンプル点
Q1,Q2…対応点
QL,QR…サンプル点Qから等距離にある2点
QQ…交点
Ra…点Oaと点Jaとの距離
r…点Q,QQ間の距離
r1,r2…円柱の半径
S…法線に直交する直交平面
S1〜S10…流れ図の各ステップ
S71〜S73…流れ図の各ステップ
Ta,Tb,Tc…隣接三角形
Tq…着目三角形
TL,TR…接線
Ua,Ub,Uc…個々の分割領域およびその面積
u,v…絵柄を示す二次元座標系の各座標軸
V…反射光
V′…反射光の投影像
W…基準方向線
X,Y,Z…三次元座標系の各座標軸
x,y…投影平面M上の二次元座標系の各座標軸
ζ…基準線
θL…照明光Lの入射角
θV…反射光Vの射出角
ξ…曲率角度
ξa…辺Aに関する曲率角度
ξb…辺Bに関する曲率角度
ξc…辺Cに関する曲率角度
ξQ…サンプル点Qの曲率角度
σ…曲率
σa…辺Aに関する曲率
σb…辺Bに関する曲率
σc…辺Cに関する曲率
σQ…サンプル点Qの曲率
φL…照明光Lの方位角
φV…反射光Vの方位角
ωa…面もしくは線分の形成角
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Virtual object 11 ... Upper surface 12 of virtual object ... Front surface 13 of virtual object ... Side surface 20 of virtual object ... Virtual object 21 which stuck fiber sheet ... Upper surface 22 of virtual object which stuck fiber sheet ... Virtual which stuck fiber sheet Front surface 23 of object: Side surface 30 of virtual object pasted with fiber sheet ... Virtual object 31 ... Upper surface 32 of virtual object ... Side surface 40 of virtual object ... Virtual object 41 pasted with fiber sheet ... Upper surface 42 of virtual object pasted with fiber sheet A side surface 50 of a virtual object to which a fiber sheet is attached ... Virtual objects 51, 52 ... A cylindrical object 55 ... A projected image 56 of a virtual object ... A contour line 60 on a cut surface ... A virtual fiber sheet 61 ... A fiber sheet 110 ... Data input Unit 120 ... three-dimensional data storage unit 130 ... layer data storage unit 140 ... visible ratio information storage unit 150 ... reflected light intensity calculation unit 160 ... curvature performance Unit 170 ... projection condition setting unit 180 ... pixel definition unit 190 ... projection data storage unit A, B, C ... triangle sides a, b, c ... perpendicular legs D1 to D6 ... triangle vertex E ... viewpoint G ... light source H ... Center axis of cylinder H '... Projection lines ha, hqa ... Length of perpendicular line Ja ... Connection point L ... Illumination light L' ... Projection image L1 of illumination light ... Upper layer L2 of fiber sheet ... Fiber Lower layer La of sheet: Distance Lb between point Q and point D3: Distance Lc between point Q and point D2: Distance LD1, LD2 between point Q and point D1: Layer data M: Projection plane n: Normal line Oa ... Intersection P of vertical bisectors ... Pixel / projection line segments P (Q1), P (Q2) ... Pixel value Q ... Sample points Q1, Q2 ... Corresponding points QL, QR ... Two points equidistant from the sample point Q QQ ... intersection Ra ... distance between point Oa and point r ... distance r1, r2 between points Q and QQ Cylinder radius S ... Orthogonal planes S1 to S10 orthogonal to the normal line Steps S71 to S73 of the flowchart ... Ta, Tb, Tc of the flowchart ... Adjacent triangle Tq ... Triangle of interest TL, TR ... Tangent Ua, Ub, Uc ... divided regions and their areas u, v ... coordinate axes V of the two-dimensional coordinate system representing the picture ... reflected light V '... projected image W of the reflected light ... reference direction lines X, Y, Z ... of the three-dimensional coordinate system Each coordinate axis x, y: Each coordinate axis ζ of the two-dimensional coordinate system on the projection plane M: Reference line θL: Incident angle θV of the illumination light L ... Ejection angle ξ: Curvature angle ξa ... Curvature angle ξb with respect to the side A ... curvature angle ξc with respect to side B ξQ ... curvature angle with respect to side C ξQ ... curvature angle σ with respect to sample point Q ... curvature σa ... curvature with respect to side A σb ... curvature with respect to side B σc ... curvature σQ with respect to side C ... curvature φL of sample point Q ... Azimuth angle φV of illumination light L ... Reflected light V Azimuth angle ωa ... Formation angle of plane or line segment

Claims (28)

物体の三次元データに基づいて、当該物体の表面に繊維シートを張り付け、これを所定の視点から観察したときに得られる投影画像を示す二次元データを生成する方法であって、
コンピュータが、張り付け対象となる仮想の繊維シートを構成する複数m枚の各レイヤーごとの反射特性を示すm通りのレイヤーデータを入力するレイヤーデータ入力段階と、
コンピュータが、前記繊維シートを種々の曲率で曲げた状態における各レイヤーごとの可視割合を示す可視割合情報を入力する可視割合情報入力段階と、
コンピュータが、仮想物体の立体形状を示す三次元データを入力する物体データ入力段階と、
コンピュータが、照明条件、視点位置、投影平面を設定する投影条件設定段階と、
コンピュータが、前記仮想物体の表面上に定義された所定のサンプル点の位置について、前記仮想物体表面の曲率を求める曲率演算段階と、
コンピュータが、前記繊維シートを前記仮想物体の表面に張り付けた場合に、個々のサンプル点から前記視点位置に向かう反射光の強度を演算する反射光強度演算段階と、
コンピュータが、サンプル点からの反射光と前記投影平面との交点位置に、前記反射光の強度に応じた画素値をもつ画素を定義する画素定義段階と、
コンピュータが、多数のサンプル点について定義された多数の画素の集合により、前記仮想物体の投影画像を示す二次元投影データを生成する投影データ生成段階と、
を有し、
前記反射光強度演算段階において、1つのサンプル点からの反射光強度を演算する際に、
前記可視割合情報を参照して当該サンプル点位置における曲率に対応する各レイヤーごとの可視割合を求める第1のステップと、
当該サンプル点位置における反射特性を、前記m通りのレイヤーデータの反射特性を前記第1のステップで求めた可視割合に応じて合成することにより求める第2のステップと、
前記第2のステップで求めた反射特性に基づいて、当該サンプル点からの反射光の強度を求める第3のステップと、
を行うことを特徴とする表面に繊維シートを張り付けた三次元仮想物体に基づく二次元画像生成方法。
A method of generating two-dimensional data indicating a projection image obtained when a fiber sheet is attached to the surface of the object based on the three-dimensional data of the object and observed from a predetermined viewpoint,
A layer data input stage in which the computer inputs m layer data indicating reflection characteristics for each of a plurality of m layers constituting a virtual fiber sheet to be pasted;
A visible ratio information input step in which a computer inputs visible ratio information indicating a visible ratio for each layer in a state where the fiber sheet is bent with various curvatures;
An object data input stage in which a computer inputs three-dimensional data indicating a three-dimensional shape of a virtual object;
A projection condition setting stage in which a computer sets illumination conditions, a viewpoint position, and a projection plane;
A curvature calculating step of calculating a curvature of the surface of the virtual object for a position of a predetermined sample point defined on the surface of the virtual object;
When the computer sticks the fiber sheet to the surface of the virtual object, the reflected light intensity calculation step of calculating the intensity of the reflected light from each sample point toward the viewpoint position;
A computer defining step in which a computer defines a pixel having a pixel value corresponding to the intensity of the reflected light at an intersection position between the reflected light from a sample point and the projection plane;
A projection data generation step in which a computer generates two-dimensional projection data indicating a projection image of the virtual object by a set of a plurality of pixels defined for a number of sample points;
Have
In calculating the reflected light intensity from one sample point in the reflected light intensity calculation step,
A first step of obtaining a visible ratio for each layer corresponding to the curvature at the sample point position with reference to the visible ratio information;
A second step of obtaining the reflection characteristic at the sample point position by combining the reflection characteristics of the m layer data according to the visible ratio obtained in the first step;
A third step for determining the intensity of the reflected light from the sample point based on the reflection characteristic obtained in the second step;
A two-dimensional image generation method based on a three-dimensional virtual object in which a fiber sheet is attached to a surface.
請求項1に記載の二次元画像生成方法において、
可視割合情報入力段階では、向きのファクターをもった個々の曲率について、各レイヤーごとの可視割合を示す可視割合情報を入力し、
物体データ入力段階では、仮想物体に対する繊維シートの張り付け向きに関する情報を併せて入力し、
曲率演算段階では、向きのファクターをもった曲率を求め、
反射光強度演算段階の第1のステップでは、向きのファクターをもった曲率に対応する各レイヤーごとの可視割合を求めることを特徴とする表面に繊維シートを張り付けた三次元仮想物体に基づく二次元画像生成方法。
The two-dimensional image generation method according to claim 1,
At the visible rate information input stage, for each curvature with a factor of orientation, enter the visible rate information indicating the visible rate for each layer,
In the object data input stage, information on the direction of the fiber sheet attached to the virtual object is also input,
In the curvature calculation stage, find the curvature with a factor of direction,
In the first step of the reflected light intensity calculation stage, two-dimensional based on a three-dimensional virtual object in which a fiber sheet is attached to the surface, wherein a visible ratio for each layer corresponding to a curvature having a direction factor is obtained. Image generation method.
請求項2に記載の二次元画像生成方法において、
可視割合情報入力段階では、円柱側面に繊維シートを所定の向きに張り付けた状態における各レイヤーごとの可視割合を定義し、円柱の半径の逆数を用いて曲率σを定義し、円柱の中心軸を半径方向に投影することにより円柱側面上に得られる投影線と繊維シートの基準方向線とのなす角ξを当該曲率σについての曲率角度と定義し、個々の曲率σおよび個々の曲率角度ξの各組み合わせに対応する各レイヤーごとの可視割合を示す可視割合情報を入力し、
物体データ入力段階では、仮想物体上に張り付けられる繊維シートの基準方向線の向きに関する情報を入力し、
曲率演算段階では、所定のサンプル点の位置について、前記基準方向線の向きに関する情報を参照することにより、曲率σおよびこの曲率σに応じた湾曲方向と前記基準方向線とのずれを示す曲率角度ξを求め、
反射光強度演算段階の第1のステップでは、前記曲率σおよび曲率角度ξの組み合わせに対応する各レイヤーごとの可視割合を求めることを特徴とする表面に繊維シートを張り付けた三次元仮想物体に基づく二次元画像生成方法。
The two-dimensional image generation method according to claim 2,
In the visible ratio information input stage, the visible ratio for each layer in a state where the fiber sheet is stuck to the cylinder side in a predetermined direction is defined, the curvature σ is defined using the reciprocal of the radius of the cylinder, and the central axis of the cylinder is defined. The angle ξ formed by the projection line obtained by projecting in the radial direction on the side surface of the cylinder and the reference direction line of the fiber sheet is defined as a curvature angle with respect to the curvature σ, and each curvature σ and each curvature angle ξ Enter visibility ratio information that indicates the visibility ratio for each layer corresponding to each combination,
In the object data input stage, information on the direction of the reference direction line of the fiber sheet attached on the virtual object is input,
In the curvature calculation stage, by referring to information on the direction of the reference direction line with respect to the position of a predetermined sample point, the curvature angle indicating the curvature σ and the deviation between the bending direction corresponding to the curvature σ and the reference direction line ξ is obtained,
In the first step of the reflected light intensity calculation stage, a visible ratio for each layer corresponding to the combination of the curvature σ and the curvature angle ξ is obtained, and this is based on a three-dimensional virtual object with a fiber sheet attached to the surface. Two-dimensional image generation method.
請求項1〜3のいずれかに記載の二次元画像生成方法において、
レイヤーデータ入力段階では、uv二次元座標系上に定義された絵柄データT(u,v)で示される反射特性をもった二次元画像を、それぞれ個々のレイヤーについてのレイヤーデータとして入力し、
反射光強度演算段階の第2のステップでは、サンプル点位置の座標値u,vに対応する各レイヤーごとの絵柄データT(u,v)の値を、第1のステップで求めた可視割合による重みづけに応じて合成することにより、前記サンプル点位置における反射係数kを求め、
反射光強度演算段階の第3のステップでは、前記サンプル点における入射照明光の強度をIiとしたときに、反射光強度Iを、前記反射係数kを用いて、
I=k・Ii
なる式で求めることを特徴とする表面に繊維シートを張り付けた三次元仮想物体に基づく二次元画像生成方法。
In the two-dimensional image generation method in any one of Claims 1-3,
In the layer data input stage, a two-dimensional image having reflection characteristics indicated by the pattern data T (u, v) defined on the uv two-dimensional coordinate system is input as layer data for each individual layer,
In the second step of the reflected light intensity calculation stage, the value of the pattern data T (u, v) for each layer corresponding to the coordinate values u, v of the sample point position is determined by the visible ratio obtained in the first step. By combining in accordance with the weighting, the reflection coefficient k at the sample point position is obtained,
In the third step of the reflected light intensity calculation stage, when the intensity of incident illumination light at the sample point is Ii, the reflected light intensity I is calculated using the reflection coefficient k.
I = k · Ii
A two-dimensional image generation method based on a three-dimensional virtual object in which a fiber sheet is attached to a surface, which is obtained by the following formula.
請求項1〜3のいずれかに記載の二次元画像生成方法において、
レイヤーデータ入力段階では、個々のレイヤーごとの拡散反射係数をレイヤーデータとして入力し、
反射光強度演算段階の第2のステップでは、前記個々のレイヤーごとの拡散反射係数を第1のステップで求めた可視割合による重みづけに応じて合成することにより、サンプル点位置における拡散反射係数kdを求め、
反射光強度演算段階の第3のステップでは、前記サンプル点における入射照明光の強度をIi、仮想物体表面上の前記サンプル点位置に立てた法線nと前記入射照明光とのなす角をαとしたときに、反射光強度Iを、
I=kd・Ii・cos α
なる式で求めることを特徴とする表面に繊維シートを張り付けた三次元仮想物体に基づく二次元画像生成方法。
In the two-dimensional image generation method in any one of Claims 1-3,
At the layer data input stage, the diffuse reflection coefficient for each layer is input as layer data.
In the second step of the reflected light intensity calculation stage, the diffuse reflection coefficient kd at the sample point position is synthesized by combining the diffuse reflection coefficient for each individual layer according to the weighting by the visible ratio obtained in the first step. Seeking
In the third step of the reflected light intensity calculation stage, the intensity of the incident illumination light at the sample point is Ii, and the angle formed between the normal n set at the sample point position on the virtual object surface and the incident illumination light is α. When the reflected light intensity I is
I = kd ・ Ii ・ cos α
A two-dimensional image generation method based on a three-dimensional virtual object in which a fiber sheet is attached to a surface, which is obtained by the following formula.
請求項5に記載の二次元画像生成方法において、
レイヤーデータ入力段階では、uv二次元座標系上に定義された絵柄データT(u,v)で示される拡散反射係数をもった二次元画像を、それぞれ個々のレイヤーについてのレイヤーデータとして入力し、
反射光強度演算段階の第2のステップでは、サンプル点位置の座標値u,vに対応する各レイヤーごとの絵柄データT(u,v)の値を、第1のステップで求めた可視割合による重みづけに応じて合成することにより、前記サンプル点位置における拡散反射係数kdを求めることを特徴とする表面に繊維シートを張り付けた三次元仮想物体に基づく二次元画像生成方法。
The two-dimensional image generation method according to claim 5,
In the layer data input stage, a two-dimensional image having a diffuse reflection coefficient indicated by the pattern data T (u, v) defined on the uv two-dimensional coordinate system is input as layer data for each individual layer,
In the second step of the reflected light intensity calculation stage, the value of the pattern data T (u, v) for each layer corresponding to the coordinate values u, v of the sample point position is determined by the visible ratio obtained in the first step. A two-dimensional image generation method based on a three-dimensional virtual object in which a fiber sheet is attached to a surface, wherein a diffuse reflection coefficient kd at the sample point position is obtained by combining in accordance with weighting.
請求項1〜3のいずれかに記載の二次元画像生成方法において、
レイヤーデータ入力段階では、レイヤー面に立てた法線nと照明光とのなす角αに依存した反射係数k(α)と、鏡面反射の鋭さを示すパラメータをβとを、レイヤーデータとして入力し、
反射光強度演算段階の第2のステップでは、仮想物体表面上のサンプル点位置に立てた法線nと入射照明光とのなす角をα、前記サンプル点における鏡面反射光の射出方向と視点方向とのなす角をγとしたときに、各レイヤーごとの反射係数を、前記レイヤーデータを参照して、
k(α)・cos βγ
なる式で求め、求めた各レイヤーごとの反射係数を第1のステップで求めた可視割合による重みづけに応じて合成することにより、前記サンプル点位置における反射係数kを求め、
反射光強度演算段階の第3のステップでは、前記サンプル点における入射照明光の強度をIiとしたときに、反射光強度Iを、前記反射係数kを用いて、
I=k・Ii
なる式で求めることを特徴とする表面に繊維シートを張り付けた三次元仮想物体に基づく二次元画像生成方法。
In the two-dimensional image generation method in any one of Claims 1-3,
In the layer data input stage, the reflection coefficient k (α) depending on the angle α formed by the normal n standing on the layer surface and the illumination light, and the parameter β indicating the sharpness of specular reflection are input as layer data. ,
In the second step of the reflected light intensity calculation stage, the angle formed between the normal n set at the sample point position on the virtual object surface and the incident illumination light is α, and the emission direction and the viewpoint direction of the specular reflection light at the sample point When the angle formed by γ is γ, the reflection coefficient for each layer is referred to the layer data,
k (α) ・ cos β γ
The reflection coefficient k at each sample point position is obtained by combining the obtained reflection coefficient for each layer according to the weighting by the visible ratio obtained in the first step,
In the third step of the reflected light intensity calculation stage, when the intensity of incident illumination light at the sample point is Ii, the reflected light intensity I is calculated using the reflection coefficient k.
I = k · Ii
A two-dimensional image generation method based on a three-dimensional virtual object in which a fiber sheet is attached to a surface, which is obtained by the following formula.
請求項7に記載の二次元画像生成方法において、
角度αに依存した反射係数をk(α)の代わりに、角度αに依存しない係数ksを用い、各レイヤーごとの反射係数を、
ks・cos βγ
なる式で求めることを特徴とする表面に繊維シートを張り付けた三次元仮想物体に基づく二次元画像生成方法。
The two-dimensional image generation method according to claim 7,
Instead of k (α), the reflection coefficient depending on the angle α is a coefficient ks that does not depend on the angle α.
ks ・ cos β γ
A two-dimensional image generation method based on a three-dimensional virtual object in which a fiber sheet is attached to a surface, which is obtained by the following formula.
請求項1〜3のいずれかに記載の二次元画像生成方法において、
レイヤーデータ入力段階では、レイヤー面の所定点に立てた法線nと照明光とのなす角をθL、前記レイヤー面上への前記照明光の投影像と前記レイヤー面上の前記所定点を通る基準線とのなす角度をφL、前記法線nと反射光とのなす角度をθV、前記レイヤー面上への前記反射光の投影像と前記基準線とのなす角度をφVとしたときに、「θL,φL,θV,φV」の関数として与えられる反射係数kb(θL,φL,θV,φV)を各レイヤーごとのレイヤーデータとして入力し、
可視割合情報入力段階では、「曲率,θL,φL,θV,φV」の様々な組み合わせのそれぞれについて、各レイヤーごとの可視割合を示す可視割合情報を入力し、
反射光強度演算段階では、仮想物体表面上のサンプル点位置に立てた法線nと入射照明光とのなす角をθL、前記法線nに直交する直交平面上への前記入射照明光の投影像と前記直交平面上の前記サンプル点を通る基準線とのなす角度をφL、前記法線nと反射光とのなす角度をθV、前記直交平面上への前記反射光の投影像と前記基準線とのなす角度をφVと定義し、
反射光強度演算段階の第1のステップでは、前記可視割合情報を参照することにより、サンプル点位置の「曲率,θL,φL,θV,φV」の組み合わせに対応する各レイヤーごとの可視割合を求め、
反射光強度演算段階の第2のステップでは、レイヤーデータを参照することにより、サンプル点位置の「θL,φL,θV,φV」の組み合わせに対応する反射係数kb(θL,φL,θV,φV)を各レイヤーごとに求め、求めた各反射係数kbを、それぞれ第1のステップで求めた可視割合による重みづけに応じて合成することにより、サンプル点位置における反射係数kbを求め、
反射光強度演算段階の第3のステップでは、前記サンプル点における入射照明光の強度をIiとしたときに、前記第2のステップで求めた前記サンプル点位置における反射係数kbを用いて、前記サンプル点からの反射光強度Iを、
I=kb・Ii
なる式で求めることを特徴とする表面に繊維シートを張り付けた三次元仮想物体に基づく二次元画像生成方法。
In the two-dimensional image generation method in any one of Claims 1-3,
In the layer data input stage, the angle formed between the normal line n set at a predetermined point on the layer surface and the illumination light is θL, and the projection image of the illumination light on the layer surface passes through the predetermined point on the layer surface. When the angle formed with the reference line is φL, the angle formed between the normal line n and the reflected light is θV, and the angle formed between the projected image of the reflected light on the layer surface and the reference line is φV, The reflection coefficient kb (θL, φL, θV, φV) given as a function of “θL, φL, θV, φV” is input as layer data for each layer,
In the visible ratio information input stage, for each of various combinations of “curvature, θL, φL, θV, φV”, the visible ratio information indicating the visible ratio for each layer is input.
In the reflected light intensity calculation stage, the angle formed between the normal line n set at the sample point position on the virtual object surface and the incident illumination light is θL, and the incident illumination light is projected onto the orthogonal plane orthogonal to the normal line n. An angle formed by an image and a reference line passing through the sample point on the orthogonal plane is φL, an angle formed by the normal line n and the reflected light is θV, and a projected image of the reflected light on the orthogonal plane and the reference The angle formed with the line is defined as φV,
In the first step of the reflected light intensity calculation step, the visible ratio for each layer corresponding to the combination of “curvature, θL, φL, θV, φV” at the sample point position is obtained by referring to the visible ratio information. ,
In the second step of the reflected light intensity calculation stage, the reflection coefficient kb (θL, φL, θV, φV) corresponding to the combination of “θL, φL, θV, φV” at the sample point position is referred to by referring to the layer data. For each layer, and by combining the obtained reflection coefficients kb according to the weighting by the visible ratio obtained in the first step, the reflection coefficient kb at the sample point position is obtained,
In the third step of the reflected light intensity calculation stage, when the intensity of the incident illumination light at the sample point is Ii, the reflection coefficient kb at the sample point position obtained in the second step is used to calculate the sample. The reflected light intensity I from the point is
I = kb · Ii
A two-dimensional image generation method based on a three-dimensional virtual object in which a fiber sheet is attached to a surface, which is obtained by the following formula.
請求項1〜3のいずれかに記載の二次元画像生成方法において、
レイヤーデータ入力段階では、レイヤー面の所定点に立てた法線nと照明光とのなす角をθL、前記レイヤー面上への前記照明光の投影像と前記レイヤー面上の前記所定点を通る基準線とのなす角度をφL、前記法線nと反射光とのなす角度をθV、前記レイヤー面上への前記反射光の投影像と前記基準線とのなす角度をφV、レイヤー面上に定義されたuv二次元座標系における前記所定点の座標値を(u,v)としたときに、「θL,φL,θV,φV,u,v」の関数として与えられる反射係数kb(θL,φL,θV,φV,u,v)を各レイヤーごとのレイヤーデータとして入力し、
可視割合情報入力段階では、「曲率,θL,φL,θV,φV,u,v」の様々な組み合わせのそれぞれについて、各レイヤーごとの可視割合を示す可視割合情報を入力し、
反射光強度演算段階では、仮想物体表面上のサンプル点位置に立てた法線nと入射照明光とのなす角をθL、前記法線nに直交する直交平面上への前記入射照明光の投影像と前記直交平面上の前記サンプル点を通る基準線とのなす角度をφL、前記法線nと反射光とのなす角度をθV、前記直交平面上への前記反射光の投影像と前記基準線とのなす角度をφV、サンプル点の座標値を(u,v)と定義し、
反射光強度演算段階の第1のステップでは、前記可視割合情報を参照することにより、サンプル点位置の「曲率,θL,φL,θV,φV,u,v」の組み合わせに対応する各レイヤーごとの可視割合を求め、
反射光強度演算段階の第2のステップでは、レイヤーデータを参照することにより、サンプル点位置の「θL,φL,θV,φV,u,v」の組み合わせに対応する反射係数kb(θL,φL,θV,φV,u,v)を各レイヤーごとに求め、求めた各反射係数kbを、それぞれ第1のステップで求めた可視割合による重みづけに応じて合成することにより、サンプル点位置における反射係数kbを求め、
反射光強度演算段階の第3のステップでは、前記サンプル点における入射照明光の強度をIiとしたときに、前記第2のステップで求めた前記サンプル点位置における反射係数kbを用いて、前記サンプル点からの反射光強度Iを、
I=kb・Ii
なる式で求めることを特徴とする表面に繊維シートを張り付けた三次元仮想物体に基づく二次元画像生成方法。
In the two-dimensional image generation method in any one of Claims 1-3,
In the layer data input stage, the angle formed between the normal line n set at a predetermined point on the layer surface and the illumination light is θL, and the projection image of the illumination light on the layer surface passes through the predetermined point on the layer surface. The angle between the reference line and the reference line is φL, the angle between the normal line n and the reflected light is θV, the angle between the projected image of the reflected light on the layer surface and the reference line is φV, and on the layer surface When the coordinate value of the predetermined point in the defined uv two-dimensional coordinate system is (u, v), the reflection coefficient kb (θL, θ, given as a function of “θL, φL, θV, φV, u, v”) φL, θV, φV, u, v) are input as layer data for each layer,
In the visible ratio information input stage, for each of various combinations of “curvature, θL, φL, θV, φV, u, v”, the visible ratio information indicating the visible ratio for each layer is input.
In the reflected light intensity calculation stage, the angle formed between the normal line n set at the sample point position on the virtual object surface and the incident illumination light is θL, and the incident illumination light is projected onto the orthogonal plane orthogonal to the normal line n. An angle formed by an image and a reference line passing through the sample point on the orthogonal plane is φL, an angle formed by the normal line n and the reflected light is θV, and a projected image of the reflected light on the orthogonal plane and the reference Define the angle formed by the line as φV and the coordinate value of the sample point as (u, v),
In the first step of the reflected light intensity calculation stage, each layer corresponding to the combination of “curvature, θL, φL, θV, φV, u, v” of the sample point position is referred to by referring to the visible ratio information. Find the visible percentage,
In the second step of the reflected light intensity calculation stage, the reflection coefficient kb (θL, φL, corresponding to the combination of “θL, φL, θV, φV, u, v” at the sample point position is referred to by referring to the layer data. θV, φV, u, v) is obtained for each layer, and the obtained reflection coefficients kb are synthesized in accordance with the weighting by the visible ratio obtained in the first step, thereby obtaining the reflection coefficient at the sample point position. Find kb,
In the third step of the reflected light intensity calculation stage, when the intensity of the incident illumination light at the sample point is Ii, the reflection coefficient kb at the sample point position obtained in the second step is used to calculate the sample. The reflected light intensity I from the point is
I = kb · Ii
A two-dimensional image generation method based on a three-dimensional virtual object in which a fiber sheet is attached to a surface, which is obtained by the following formula.
請求項1〜10のいずれかに記載の二次元画像生成方法において、
曲率演算段階で、特定のサンプル点Qについての曲率として、仮想物体を前記サンプル点Qを含む所定面で切断した切断面上に現れる前記仮想物体の輪郭線の前記サンプル点Q近傍の曲率を求めることを特徴とする表面に繊維シートを張り付けた三次元仮想物体に基づく二次元画像生成方法。
In the two-dimensional image generation method in any one of Claims 1-10,
In the curvature calculation stage, as a curvature for a specific sample point Q, a curvature in the vicinity of the sample point Q of the contour line of the virtual object appearing on a cut surface obtained by cutting the virtual object along a predetermined plane including the sample point Q is obtained. A two-dimensional image generation method based on a three-dimensional virtual object having a fiber sheet attached to a surface.
請求項11に記載の二次元画像生成方法において、
切断面上に現れる仮想物体の輪郭線上のサンプル点Qの両側に、前記サンプル点Qから前記輪郭線に沿って等距離にある2点QL,QRを定義し、前記切断面上において、点QLにおける前記輪郭線の接線TLに直交する線と点QRにおける前記輪郭線の接線TRに直交する線との交点QQを求め、前記サンプル点Qと前記交点QQとの距離rの逆数を、前記サンプル点Qについての曲率σとすることを特徴とする表面に繊維シートを張り付けた三次元仮想物体に基づく二次元画像生成方法。
The two-dimensional image generation method according to claim 11,
Two points QL and QR that are equidistant from the sample point Q along the contour line are defined on both sides of the sample point Q on the contour line of the virtual object that appears on the cut surface, and the point QL is defined on the cut surface. An intersection point QQ between a line orthogonal to the tangent line TL of the contour line and a line orthogonal to the tangent line TR of the contour line at the point QR is obtained, and the reciprocal of the distance r between the sample point Q and the intersection point QQ is determined as the sample number. A method of generating a two-dimensional image based on a three-dimensional virtual object in which a fiber sheet is attached to a surface, characterized by a curvature σ for a point Q.
請求項1〜10のいずれかに記載の二次元画像生成方法において、
物体データ入力段階では、仮想物体の立体形状を多角形の集合体として入力し、
曲率演算段階で、特定のサンプル点Qについての曲率を求める際に、当該特定のサンプル点を含むJ個の辺を有する着目多角形について、当該着目多角形とこれに隣接する複数J個の隣接多角形との間の前記仮想物体の内側についての形成角ω1〜ωJをそれぞれ求め、第j番目の隣接多角形との間の境界を形成する第j番目の辺に関する曲率として、第j番目の形成角ωjが180°に近くなればなるほど小さくなり、かつ、前記着目多角形および前記第j番目の隣接多角形の大きさが大きくなればなるほど小さくなるような絶対値をもち、前記第j番目の形成角ωjと180°との大小関係に応じた符号を有する曲率σjを定義し、第1番目の辺〜第J番目の辺についてそれぞれ曲率σ1〜σJを定義し、前記特定のサンプル点と第j番目の辺との距離が短ければ短いほど、第j番目の曲率σjの影響が大きくなるように、J個の曲率σ1〜σJを合成することにより、前記サンプル点Qについての曲率σQを求めることを特徴とする表面に繊維シートを張り付けた三次元仮想物体に基づく二次元画像生成方法。
In the two-dimensional image generation method in any one of Claims 1-10,
In the object data input stage, the solid shape of the virtual object is input as a polygonal aggregate,
When obtaining the curvature for a specific sample point Q in the curvature calculation stage, for the target polygon having J sides including the specific sample point, the target polygon and a plurality of J adjacent to the target polygon are adjacent to the target polygon. The formation angles ω1 to ωJ with respect to the inside of the virtual object between the polygon and the jth side as the curvature of the jth side forming the boundary with the jth adjacent polygon are obtained. The j-th angle has an absolute value that decreases as the formation angle ωj approaches 180 ° and decreases as the size of the target polygon and the j-th adjacent polygon increases. Defining a curvature σj having a sign corresponding to the magnitude relationship between the formation angle ωj and 180 °, defining curvatures σ1 to σJ for the first side to the Jth side, respectively, Jth side The curvature σQ for the sample point Q is obtained by synthesizing J curvatures σ1 to σJ so that the influence of the j-th curvature σj becomes larger as the distance of is shorter. A two-dimensional image generation method based on a three-dimensional virtual object with a fiber sheet attached to the surface.
請求項13に記載の二次元画像生成方法において、
可視割合情報入力段階では、向きのファクターをもった個々の曲率について、各レイヤーごとの可視割合を示す可視割合情報を入力し、
物体データ入力段階では、仮想物体に対する繊維シートの張り付け向きを示す基準方向線に関する情報を併せて入力し、
曲率演算段階では、前記基準方向線と着目多角形の第1番目の辺〜第J番目の辺のそれぞれとのなす角ξ1〜ξJを、各辺についての曲率角度としてそれぞれ求め、サンプル点Qと第j番目の辺との距離が短ければ短いほど、第j番目の曲率角度ξjの影響が大きくなるように、J個の曲率角度ξ1〜ξJを合成することにより、前記サンプル点Qについての曲率角度ξQを求め、
反射光強度演算段階の第1のステップでは、前記曲率角度ξQで示される向きのファクターをもった曲率に対応する各レイヤーごとの可視割合を求めることを特徴とする表面に繊維シートを張り付けた三次元仮想物体に基づく二次元画像生成方法。
The two-dimensional image generation method according to claim 13,
At the visible rate information input stage, for each curvature with a factor of orientation, enter the visible rate information indicating the visible rate for each layer,
In the object data input stage, information on the reference direction line indicating the direction of the fiber sheet attached to the virtual object is also input,
In the curvature calculation stage, angles ξ1 to ξJ formed by the reference direction line and each of the first side to the Jth side of the polygon of interest are respectively obtained as curvature angles for each side, and sample points Q and By combining the J curvature angles ξ1 to ξJ so that the influence of the jth curvature angle ξj becomes larger as the distance to the jth side becomes shorter, the curvature of the sample point Q is increased. Find the angle ξQ,
In the first step of the reflected light intensity calculation stage, a visible ratio for each layer corresponding to the curvature having a factor of the direction indicated by the curvature angle ξQ is obtained, and a tertiary with a fiber sheet attached to the surface A two-dimensional image generation method based on an original virtual object.
請求項1〜10のいずれかに記載の二次元画像生成方法において、
物体データ入力段階では、仮想物体の立体形状を三角形の集合体として入力し、
曲率演算段階で、特定のサンプル点Qについての曲率を求める際に、当該特定のサンプル点を含む着目三角形Tqについて、当該着目三角形Tqと、辺A,B,Cを境界としてこれに隣接する3個の隣接三角形Ta,Tb,Tcとの間の前記仮想物体の内側についての形成角ωa,ωb,ωcをそれぞれ求め、辺Aに関する曲率として、前記形成角ωaが180°に近くなればなるほど小さくなり、かつ、前記着目三角形Tqおよび前記隣接三角形Taの大きさが大きくなればなるほど小さくなるような絶対値をもち、前記形成角ωaと180°との大小関係に応じた符号を有する曲率σaを定義し、辺Bに関する曲率として、前記形成角ωbが180°に近くなればなるほど小さくなり、かつ、前記着目三角形Tqおよび前記隣接三角形Tbの大きさが大きくなればなるほど小さくなるような絶対値をもち、前記形成角ωbと180°との大小関係に応じた符号を有する曲率σbを定義し、辺Cに関する曲率として、前記形成角ωcが180°に近くなればなるほど小さくなり、かつ、前記着目三角形Tqおよび前記隣接三角形Tcの大きさが大きくなればなるほど小さくなるような絶対値をもち、前記形成角ωcと180°との大小関係に応じた符号を有する曲率σcを定義し、前記サンプル点Qと辺Aとの距離が短ければ短いほど曲率σaの影響が大きくなり、前記サンプル点Qと辺Bとの距離が短ければ短いほど曲率σbの影響が大きくなり、前記サンプル点Qと辺Cとの距離が短ければ短いほど曲率σcの影響が大きくなるように、曲率σa,σb,σcを合成することにより、前記サンプル点Qについての曲率σQを求めることを特徴とする表面に繊維シートを張り付けた三次元仮想物体に基づく二次元画像生成方法。
In the two-dimensional image generation method in any one of Claims 1-10,
In the object data input stage, the three-dimensional shape of the virtual object is input as a collection of triangles,
When calculating the curvature for a specific sample point Q in the curvature calculation stage, the target triangle Tq including the specific sample point is adjacent to the target triangle Tq and sides A, B, and C as boundaries. The formation angles ωa, ωb, and ωc for the inside of the virtual object between the adjacent triangles Ta, Tb, and Tc are respectively obtained, and the curvature for the side A is smaller as the formation angle ωa is closer to 180 °. And a curvature σa having an absolute value that decreases as the size of the target triangle Tq and the adjacent triangle Ta increases and has a sign corresponding to the magnitude relationship between the formation angle ωa and 180 °. And the curvature with respect to the side B is smaller as the formation angle ωb is closer to 180 °, and the curvature of the target triangle Tq and the adjacent triangle Tb is larger. The curvature σb having an absolute value that decreases as the height increases and has a sign corresponding to the magnitude relationship between the formation angle ωb and 180 ° is defined, and the formation angle ωc is 180 as the curvature related to the side C. According to the magnitude relationship between the formation angle ωc and 180 °, it has an absolute value that becomes smaller as it gets closer to ° and becomes smaller as the size of the triangle of interest Tq and the adjacent triangle Tc becomes larger. The curvature σc having the same sign is defined. The shorter the distance between the sample point Q and the side A, the greater the influence of the curvature σa, and the shorter the distance between the sample point Q and the side B, the curvature σb. By combining the curvatures σa, σb, and σc so that the influence of the curvature σc increases as the distance between the sample point Q and the side C decreases. Two-dimensional image generating method which is based on a three-dimensional virtual object pasted the fiber sheet to the surface, characterized in that to determine the curvature σQ about Le point Q.
請求項15に記載の二次元画像生成方法において、
辺Aに関する曲率を定義する際に、着目三角形Tqの辺Aに対する対角から辺Aに下ろした垂線の長さhqaと、隣接三角形Taの辺Aに対する対角から辺Aに下ろした垂線の長さhaと、を求め、平面上に、「長さhqaをもった線分」と「長さhaをもった線分」とを、それぞれの一端が接続点Jaで接続され、かつ、前記接続点Jaにおける両線分のなす角が形成角ωaとなるように配置し、前記「長さhqaをもった線分」の垂直二等分線と前記「長さhaをもった線分」の垂直二等分線との交点Oaと前記接続点Jaとの距離Raの逆数を、辺Aに関する曲率σaの絶対値と定義し、
辺Bに関する曲率を定義する際に、着目三角形Tqの辺Bに対する対角から辺Bに下ろした垂線の長さhqbと、隣接三角形Tbの辺Bに対する対角から辺Bに下ろした垂線の長さhbと、を求め、平面上に、「長さhqbをもった線分」と「長さhbをもった線分」とを、それぞれの一端が接続点Jbで接続され、かつ、前記接続点Jbにおける両線分のなす角が形成角ωbとなるように配置し、前記「長さhqbをもった線分」の垂直二等分線と前記「長さhbをもった線分」の垂直二等分線との交点Obと前記接続点Jbとの距離Rbの逆数を、辺Bに関する曲率σbの絶対値と定義し、
辺Cに関する曲率を定義する際に、着目三角形Tqの辺Cに対する対角から辺Cに下ろした垂線の長さhqcと、隣接三角形Tcの辺Cに対する対角から辺Cに下ろした垂線の長さhcと、を求め、平面上に、「長さhqcをもった線分」と「長さhcをもった線分」とを、それぞれの一端が接続点Jcで接続され、かつ、前記接続点Jcにおける両線分のなす角が形成角ωcとなるように配置し、前記「長さhqcをもった線分」の垂直二等分線と前記「長さhcをもった線分」の垂直二等分線との交点Ocと前記接続点Jcとの距離Rcの逆数を、辺Cに関する曲率σcの絶対値と定義することを特徴とする表面に繊維シートを張り付けた三次元仮想物体に基づく二次元画像生成方法。
The two-dimensional image generation method according to claim 15,
When defining the curvature with respect to the side A, the length hqa of the perpendicular line from the diagonal to the side A of the triangle Tq of interest to the side A and the length of the perpendicular line from the diagonal to the side A of the adjacent triangle Ta to the side A And a line segment having a length hqa and a line segment having a length ha are connected to each other at a connection point Ja, and the connection The angle formed by the two line segments at the point Ja is the formation angle ωa, and the vertical bisector of the “line segment having the length hqa” and the “line segment having the length ha” The reciprocal of the distance Ra between the intersection Oa with the perpendicular bisector and the connection point Ja is defined as the absolute value of the curvature σa with respect to the side A,
When defining the curvature with respect to the side B, the length hqb of the perpendicular line from the diagonal of the triangle Tq to the side B to the side B and the length of the perpendicular line from the diagonal to the side B of the adjacent triangle Tb to the side B The length hb is obtained, and one end of each of the “line segment having the length hqb” and the “line segment having the length hb” is connected at the connection point Jb on the plane, and the connection The angle formed by the two line segments at the point Jb is the formation angle ωb, and the vertical bisector of the “line segment having the length hqb” and the “line segment having the length hb” The reciprocal of the distance Rb between the intersection Ob with the perpendicular bisector and the connection point Jb is defined as the absolute value of the curvature σb with respect to the side B;
When defining the curvature with respect to the side C, the length hqc of the perpendicular line from the diagonal to the side C of the triangle Tq of interest to the side C and the length of the perpendicular line from the diagonal to the side C of the adjacent triangle Tc to the side C The length hc is obtained, and one end of each of the “line segment having the length hqc” and the “line segment having the length hc” is connected at the connection point Jc on the plane, and the connection The angle formed by the two line segments at the point Jc is the formation angle ωc, and the vertical bisector of the “line segment having the length hqc” and the “line segment having the length hc” The reciprocal of the distance Rc between the intersection point Oc with the perpendicular bisector and the connection point Jc is defined as the absolute value of the curvature σc with respect to the side C. 2D image generation method based.
請求項15または16に記載の二次元画像生成方法において、
サンプル点Qについての曲率σQを求める際に、着目三角形Tqの辺Aに対する対角とサンプル点Qとの距離をLa、着目三角形Tqの辺Bに対する対角とサンプル点Qとの距離をLb、着目三角形Tqの辺Cに対する対角とサンプル点Qとの距離をLcとしたときに、
σQ=(La・σa+Lb・σb+Lc・σc)/(La+Lb+Lc)
なる演算を行うことを特徴とする表面に繊維シートを張り付けた三次元仮想物体に基づく二次元画像生成方法。
The two-dimensional image generation method according to claim 15 or 16,
When obtaining the curvature σQ for the sample point Q, the distance between the diagonal of the target triangle Tq with respect to the side A and the sample point Q is La, the distance between the diagonal of the target triangle Tq with respect to the side B and the sample point Q is Lb, When the distance between the diagonal to the side C of the triangle of interest Tq and the sample point Q is Lc,
σQ = (La · σa + Lb · σb + Lc · σc) / (La + Lb + Lc)
A two-dimensional image generation method based on a three-dimensional virtual object in which a fiber sheet is attached to a surface, characterized by performing the following calculation.
請求項15または16に記載の二次元画像生成方法において、
サンプル点Qについての曲率σQを求める際に、サンプル点Qから辺Aに下ろした垂線と、サンプル点Qから辺Bに下ろした垂線と、サンプル点Qから辺Cに下ろした垂線と、によって、着目三角形Tqを3つの領域に分割し、辺Aに対する対角を含む領域の面積をUa、辺Bに対する対角を含む領域の面積をUb、辺Cに対する対角を含む領域の面積をUcとしたときに、
σQ=(Ua・σa+Ub・σb+Uc・σc)/(Ua+Ub+Uc)
なる演算を行うことを特徴とする表面に繊維シートを張り付けた三次元仮想物体に基づく二次元画像生成方法。
The two-dimensional image generation method according to claim 15 or 16,
In determining the curvature σQ for the sample point Q, a perpendicular line from the sample point Q to the side A, a perpendicular line from the sample point Q to the side B, and a perpendicular line from the sample point Q to the side C, The target triangle Tq is divided into three regions, the area of the region including the diagonal to the side A is Ua, the area of the region including the diagonal to the side B is Ub, and the area of the region including the diagonal to the side C is Uc. When
σQ = (Ua · σa + Ub · σb + Uc · σc) / (Ua + Ub + Uc)
A two-dimensional image generation method based on a three-dimensional virtual object in which a fiber sheet is attached to a surface, characterized by performing the following calculation.
請求項15〜18のいずれかに記載の二次元画像生成方法において、
可視割合情報入力段階では、向きのファクターをもった個々の曲率について、各レイヤーごとの可視割合を示す可視割合情報を入力し、
物体データ入力段階では、仮想物体に対する繊維シートの張り付け向きを示す基準方向線に関する情報を併せて入力し、
曲率演算段階では、前記基準方向線と着目三角形の辺A,辺B,辺Cのそれぞれとのなす角ξa,ξb,ξcを、各辺についての曲率角度としてそれぞれ求め、サンプル点Qと辺Aとの距離が短ければ短いほど曲率角度ξaの影響が大きくなり、サンプル点Qと辺Bとの距離が短ければ短いほど曲率角度ξbの影響が大きくなり、サンプル点Qと辺Cとの距離が短ければ短いほど曲率角度ξcの影響が大きくなるように、曲率角度ξa,ξb,ξcを合成することにより、サンプル点Qについての曲率角度ξQを求め、
反射光強度演算段階の第1のステップでは、前記曲率角度ξQで示される向きのファクターをもった曲率に対応する各レイヤーごとの可視割合を求めることを特徴とする表面に繊維シートを張り付けた三次元仮想物体に基づく二次元画像生成方法。
In the two-dimensional image generation method in any one of Claims 15-18,
At the visible rate information input stage, for each curvature with a factor of orientation, enter the visible rate information indicating the visible rate for each layer,
In the object data input stage, information on the reference direction line indicating the direction of the fiber sheet attached to the virtual object is also input,
In the curvature calculation stage, angles ξa, ξb, and ξc formed by the reference direction line and the sides A, B, and C of the target triangle are respectively obtained as curvature angles for the respective sides, and the sample point Q and the side A are obtained. The shorter the distance between the sample point Q, the greater the influence of the curvature angle ξa, and the shorter the distance between the sample point Q and the side B, the greater the influence of the curvature angle ξb, the greater the distance between the sample point Q and the side C. By combining the curvature angles ξa, ξb, and ξc so that the shorter the shorter the influence of the curvature angle ξc, the curvature angle ξQ for the sample point Q is obtained.
In the first step of the reflected light intensity calculation stage, a visible ratio for each layer corresponding to the curvature having a factor of the direction indicated by the curvature angle ξQ is obtained, and a tertiary with a fiber sheet attached to the surface A two-dimensional image generation method based on an original virtual object.
請求項19に記載の二次元画像生成方法において、
サンプル点Qについての曲率角度ξQを求める際に、着目三角形Tqの辺Aに対する対角とサンプル点Qとの距離をLa、着目三角形Tqの辺Bに対する対角とサンプル点Qとの距離をLb、着目三角形Tqの辺Cに対する対角とサンプル点Qとの距離をLcとしたときに、
ξQ=(La・ξa+Lb・ξb+Lc・ξc)/(La+Lb+Lc)
なる演算を行うことを特徴とする表面に繊維シートを張り付けた三次元仮想物体に基づく二次元画像生成方法。
The two-dimensional image generation method according to claim 19,
When obtaining the curvature angle ξQ for the sample point Q, the distance between the diagonal of the target triangle Tq with respect to the side A and the sample point Q is La, and the distance between the diagonal of the target triangle Tq with respect to the side B and the sample point Q is Lb. When the distance between the diagonal to the side C of the triangle Tq of interest and the sample point Q is Lc,
ξQ = (La · ξa + Lb · ξb + Lc · ξc) / (La + Lb + Lc)
A two-dimensional image generation method based on a three-dimensional virtual object in which a fiber sheet is attached to a surface, characterized by performing the following calculation.
請求項19に記載の二次元画像生成方法において、
サンプル点Qについての曲率角度ξQを求める際に、サンプル点Qから辺Aに下ろした垂線と、サンプル点Qから辺Bに下ろした垂線と、サンプル点Qから辺Cに下ろした垂線と、によって、着目三角形Tqを3つの領域に分割し、辺Aに対する対角を含む領域の面積をUa、辺Bに対する対角を含む領域の面積をUb、辺Cに対する対角を含む領域の面積をUcとしたときに、
σQ=(Ua・ξa+Ub・ξb+Uc・ξc)/(Ua+Ub+Uc)
なる演算を行うことを特徴とする表面に繊維シートを張り付けた三次元仮想物体に基づく二次元画像生成方法。
The two-dimensional image generation method according to claim 19,
When determining the curvature angle ξQ for the sample point Q, a perpendicular line from the sample point Q to the side A, a perpendicular line from the sample point Q to the side B, and a perpendicular line from the sample point Q to the side C The target triangle Tq is divided into three regions, the area of the region including the diagonal to the side A is Ua, the area of the region including the diagonal to the side B is Ub, and the area of the region including the diagonal to the side C is Uc And when
σQ = (Ua · ξa + Ub · ξb + Uc · ξc) / (Ua + Ub + Uc)
A two-dimensional image generation method based on a three-dimensional virtual object in which a fiber sheet is attached to a surface, characterized by performing the following calculation.
請求項1〜10のいずれかに記載の二次元画像生成方法において、
物体データ入力段階では、仮想物体の立体形状を、数式およびこの数式に用いられているパラメータの値によって表現されるパラメトリック曲面として入力し、
曲率演算段階で、特定のサンプル点Qについての曲率を、前記数式およびパラメータの値を用いた演算により求めることを特徴とする表面に繊維シートを張り付けた三次元仮想物体に基づく二次元画像生成方法。
In the two-dimensional image generation method in any one of Claims 1-10,
In the object data input stage, the three-dimensional shape of the virtual object is input as a parametric curved surface expressed by a mathematical formula and the parameter value used in the mathematical formula,
A method for generating a two-dimensional image based on a three-dimensional virtual object in which a fiber sheet is attached to a surface, wherein a curvature for a specific sample point Q is obtained by a calculation using the mathematical formula and parameter values in a curvature calculation stage. .
請求項1〜22のいずれかに記載の二次元画像生成方法において、
コンピュータが、繊維シート構造体の形状データを入力し、この形状データに基づいて、繊維シートを種々の曲率で曲げた状態をシミュレートし、種々の曲率についての各レイヤーごとの可視割合を示す可視割合情報を作成する可視割合情報作成段階を更に有し、作成された前記可視割合情報を可視割合情報入力段階で入力することを特徴とする表面に繊維シートを張り付けた三次元仮想物体に基づく二次元画像生成方法。
In the two-dimensional image generation method according to any one of claims 1 to 22,
The computer inputs the shape data of the fiber sheet structure, and based on this shape data, simulates the state where the fiber sheet is bent with various curvatures, and shows the visible ratio of each layer for various curvatures. The method further comprises a visible ratio information creating stage for creating ratio information, and the created visible ratio information is input at the visible ratio information input stage, and is based on a three-dimensional virtual object with a fiber sheet attached to the surface. Dimensional image generation method.
請求項23に記載の二次元画像生成方法において、
繊維シート構造体をレイヤー面に対して垂直上方に投影し、隠面処理を施したときに、投影面上に現れるレイヤーごとの面積比に基づいて可視割合を決定することを特徴とする表面に繊維シートを張り付けた三次元仮想物体に基づく二次元画像生成方法。
The two-dimensional image generation method according to claim 23,
When the fiber sheet structure is projected vertically upward with respect to the layer surface and the hidden surface treatment is performed, the visible ratio is determined based on the area ratio of each layer appearing on the projection surface. A two-dimensional image generation method based on a three-dimensional virtual object with a fiber sheet attached thereto.
請求項1〜24のいずれかに記載の二次元画像生成方法において、
可視割合情報入力段階で、離散的に定義された複数の曲率ごとの可視割合情報を入力し、
反射光強度演算段階の第1のステップで、曲率演算段階で求められた特定のサンプル点についての曲率に対応する可視割合を、前記可視割合情報によって離散的な曲率について定義されている可視割合を補間することによって求めることを特徴とする表面に繊維シートを張り付けた三次元仮想物体に基づく二次元画像生成方法。
In the two-dimensional image generation method in any one of Claims 1-24,
In the visual ratio information input stage, enter the visual ratio information for each of a plurality of discretely defined curvatures.
In the first step of the reflected light intensity calculation stage, the visible ratio corresponding to the curvature for the specific sample point obtained in the curvature calculation stage is set as the visible ratio defined for the discrete curvature by the visible ratio information. A two-dimensional image generation method based on a three-dimensional virtual object obtained by pasting a fiber sheet on a surface, which is obtained by interpolation.
請求項1〜25のいずれかに記載の二次元画像生成方法における各段階をコンピュータに実行させるためのプログラム。   The program for making a computer perform each step in the two-dimensional image generation method in any one of Claims 1-25. 物体の三次元データに基づいて、当該物体の表面に繊維シートを張り付け、これを所定の視点から観察したときに得られる投影画像を示す二次元データを生成する装置であって、
外部から与えられる種々のデータを入力するデータ入力部と、
前記データ入力部から入力された、仮想物体の立体形状を示す三次元データを格納する三次元データ格納部と、
前記データ入力部から入力された、張り付け対象となる仮想の繊維シートを構成する複数m枚の各レイヤーごとの反射特性を示すm通りのレイヤーデータを格納するレイヤーデータ格納部と、
前記データ入力部から入力された、前記繊維シートを種々の曲率で曲げた状態における各レイヤーごとの可視割合を示す可視割合情報を格納する可視割合情報格納部と、
前記データ入力部から入力されたデータに基づき、照明条件、視点位置、投影平面を設定する投影条件設定部と、
前記三次元データに基づいて、前記仮想物体の表面上に定義された所定のサンプル点の位置について、前記仮想物体表面の曲率を求める曲率演算部と、
前記繊維シートを前記仮想物体の表面に張り付けた場合に、個々のサンプル点から前記視点位置に向かう反射光の強度を演算する反射光強度演算部と、
サンプル点からの反射光と前記投影平面との交点位置に、前記反射光の強度に応じた画素値をもつ画素を定義する画素定義部と、
多数のサンプル点について定義された多数の画素の集合を、前記仮想物体の投影画像を示す二次元投影データとして格納する投影データ格納部と、
を備え、
前記反射光強度演算部が、
前記可視割合情報を参照して1つのサンプル点位置における曲率に対応する各レイヤーごとの可視割合を求める第1の機能部と、
当該サンプル点位置における反射特性を、前記m通りのレイヤーデータの反射特性を前記第1の機能部が求めた可視割合に応じて合成することにより求める第2の機能部と、
前記第2の機能部が求めた反射特性に基づいて、当該サンプル点からの反射光の強度を求める第3の機能部と、
を有することを特徴とする表面に繊維シートを張り付けた三次元仮想物体に基づく二次元画像生成装置。
An apparatus for generating two-dimensional data indicating a projection image obtained when a fiber sheet is attached to the surface of the object based on the three-dimensional data of the object and observed from a predetermined viewpoint,
A data input unit for inputting various data given from the outside;
A three-dimensional data storage unit that stores three-dimensional data that is input from the data input unit and indicates a three-dimensional shape of a virtual object;
A layer data storage unit that stores m layer data indicating reflection characteristics for each of a plurality of m layers constituting a virtual fiber sheet to be pasted, which is input from the data input unit;
Visible rate information storage unit that stores the visible rate information indicating the visible rate for each layer in a state where the fiber sheet is bent with various curvatures, which is input from the data input unit;
A projection condition setting unit configured to set an illumination condition, a viewpoint position, and a projection plane based on data input from the data input unit;
Based on the three-dimensional data, for a position of a predetermined sample point defined on the surface of the virtual object, a curvature calculation unit that calculates the curvature of the virtual object surface;
When the fiber sheet is attached to the surface of the virtual object, a reflected light intensity calculation unit that calculates the intensity of reflected light from each sample point toward the viewpoint position;
A pixel definition unit that defines a pixel having a pixel value corresponding to the intensity of the reflected light at the intersection position between the reflected light from the sample point and the projection plane;
A projection data storage unit that stores a set of a large number of pixels defined for a large number of sample points as two-dimensional projection data indicating a projection image of the virtual object;
With
The reflected light intensity calculation unit is
A first functional unit that obtains a visible ratio for each layer corresponding to the curvature at one sample point position with reference to the visible ratio information;
A second function unit for determining the reflection characteristic at the sample point position by combining the reflection characteristics of the m layer data according to the visible ratio determined by the first function unit;
A third functional unit for determining the intensity of the reflected light from the sample point based on the reflection characteristics obtained by the second functional unit;
A two-dimensional image generation device based on a three-dimensional virtual object in which a fiber sheet is attached to the surface.
請求項27に記載の二次元画像生成装置において、
データ入力部が、繊維シートを仮想物体に張り付けたときに、繊維シート上に定義された基準方向線の向きに関する情報を入力する機能を有し、
可視割合情報格納部が、向きのファクターをもった個々の曲率について、各レイヤーごとの可視割合を示す可視割合情報を入力する機能を有し、
曲率演算部が、向きのファクターをもった曲率を求める機能を有し、
反射光強度演算部が、向きのファクターをもった曲率に対応する各レイヤーごとの可視割合を用いて、反射光強度を求める機能を有することを特徴とする表面に繊維シートを張り付けた三次元仮想物体に基づく二次元画像生成装置。
The two-dimensional image generation device according to claim 27,
The data input unit has a function of inputting information regarding the orientation of the reference direction line defined on the fiber sheet when the fiber sheet is attached to the virtual object,
The visible ratio information storage unit has a function of inputting visible ratio information indicating the visible ratio of each layer for each curvature having a direction factor,
The curvature calculator has a function to calculate the curvature with the orientation factor,
The reflected light intensity calculation unit has a function to obtain the reflected light intensity by using the visible ratio of each layer corresponding to the curvature having the orientation factor, and a three-dimensional virtual with a fiber sheet attached to the surface A two-dimensional image generation device based on an object.
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