JP4924194B2 - 媒体、媒体作製装置、媒体作製方法及びそのプログラム - Google Patents

Description

本発明は、表面が微小な溝の集合から形成された異方性反射特性を有する媒体であって、特に立体形状の奥行き感が表現された媒体、その媒体の作製に用いる媒体作製装置、媒体作製方法及びそのプログラムに関する。

通常の印刷物は、４色のインキを用いてカラーの印刷像を形成する。そして、被写体を撮影した画像を印刷する場合、被写体の立体感を効果的に再現するため、撮影時にライティングや被写体の向きを考慮し、画像に含まれる陰影やハイライトが適切な状態になるように細心の注意を払う。これは、平面に印刷された画像を観察する場合、人間の視覚が、画像に含まれる陰影やハイライトから被写体の立体感を認識するようになっているからである。しかしながら、ある部分の立体感を効果的に再現するためのライティングは別の部分の立体感を犠牲にするものであり、通常の印刷物では、ライティングと観察方向が固定された状況下の被写体の立体感しか再現することができない。

一方、紙、プラスチック、金属といった媒体上に、異方性反射特性を有する画像を実体化し、画像の立体感を表現する技術が開発されている（特許文献１）。特許文献１では、ＣＧ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｇｒａｐｈｉｃｓ）画像をレンダリングする際に得られる法線ベクトル場に基づいて、曲線群または格子群の画像を生成し、その曲線群または格子群をエンボス加工や印刷の手法を用いて凹凸として媒体上に実体化する。そして、この結果得られる異方性反射特性により、元のＣＧ画像に対してライティングを変化させたときのハイライトの変化を再現することができる。特許文献１に開示されている手法では、元のＣＧ画像から得られる法線ベクトルの情報が、媒体上の微小な溝（スクラッチ傷）の方向ベクトルに継承されているため、元のＣＧ画像に定義された立体形状を再現することが可能である。
特開２００１−１３８７００号公報

しかしながら、特許文献１に開示されている手法では、元のＣＧ画像に定義された立体形状に対して、観察される曲面の全ての位置に焦点が合った状態で表現されているため、奥行き感に乏しいという問題があった。

本発明は、前述した問題点に鑑みてなされたもので、その目的は表面が微小な溝の集合から形成された異方性反射特性を有する媒体であって、特に立体形状の奥行き感が表現された媒体を作製することである。

前述した目的を達成するために第１の発明は、表面が微小な溝の集合から形成された異方性反射特性を有する媒体の作製に用いる媒体作製装置であって、所望の立体形状を設計する立体形状設計手段と、前記立体形状の各画素における法線ベクトルを算出する法線ベクトル算出手段と、前記法線ベクトルの情報を継承した前記媒体上の前記溝の方向ベクトルを算出する方向ベクトル算出手段と、前記立体形状の各画素における奥行き値を算出する奥行き値算出手段と、前記方向ベクトル群に対し、前記奥行き値に応じたぼかしを施す方向ベクトルぼかし手段と、を具備することを特徴とする媒体作製装置である。

第１の発明の前記方向ベクトルぼかし手段は、例えば、前記方向ベクトル群に対し、前記奥行き値に応じたランダムな変位量を加減するものである。また、例えば、前記方向ベクトル群に対し、前記奥行き値に応じた強度でローパスフィルタリングを行うものである。

更に、第１の発明は、前記方向ベクトルぼかし手段によってぼかしを施された方向ベクトル群を基に版下データを作成する版下データ作成手段、を具備することが望ましい。

第２の発明は、表面が微小な溝の集合から形成された異方性反射特性を有する媒体の作製に用いる媒体作製装置であって、所望の立体形状を設計する立体形状設計手段と、前記立体形状の各画素における法線ベクトルを算出する法線ベクトル算出手段と、前記立体形状の各画素における奥行き値を算出する奥行き値算出手段と、前記法線ベクトル群に対し、前記奥行き値に応じたぼかしを施す法線ベクトルぼかし手段と、前記法線ベクトルの情報を継承した前記媒体上の前記溝の方向ベクトルを算出する方向ベクトル算出手段と、を具備することを特徴とする媒体作製装置である。

更に、第２の発明は、前記方向ベクトル算出手段によって算出された方向ベクトル群を基に版下データを作成する版下データ作成手段、を具備することが望ましい。

第３の発明は、表面が微小な溝の集合から形成された異方性反射特性を有する媒体の作製に用いる媒体作製装置の媒体作製方法であって、前記媒体作製装置の制御部が、所望の立体形状を設計するステップと、前記立体形状の各画素における法線ベクトルを算出するステップと、前記法線ベクトルの情報を継承した前記媒体上の前記溝の方向ベクトルを算出するステップと、前記立体形状の各画素における奥行き値を算出するステップと、前記方向ベクトル群に対し、前記奥行き値に応じたぼかしを施すステップと、を含むことを特徴とする媒体作製方法である。

第４の発明は、表面が微小な溝の集合から形成された異方性反射特性を有する媒体の作製に用いる媒体作製装置の媒体作製方法であって、前記媒体作製装置の制御部が、所望の立体形状を設計するステップと、前記立体形状の各画素における法線ベクトルを算出するステップと、前記立体形状の各画素における奥行き値を算出するステップと、前記法線ベクトル群に対し、前記奥行き値に応じたぼかしを施すステップと、前記法線ベクトルの情報を継承した前記媒体上の前記溝の方向ベクトルを算出するステップと、を含むことを特徴とする媒体作製方法である。

更に、第３の発明は、前記ぼかしを施すステップによってぼかしが施された方向ベクトル群を基に版下データを作成するステップ、を含むことが望ましい。

第４の発明は、表面が微小な溝の集合から形成された異方性反射特性を有する媒体の作製方法であって、所望の立体形状を設計するステップと、前記立体形状の各画素における法線ベクトルを算出するステップと、前記立体形状の各画素における奥行き値を算出するステップと、前記法線ベクトル群に対し、前記奥行き値に応じたぼかしを施すステップと、前記法線ベクトルの情報を継承した前記媒体上の前記溝の方向ベクトルを算出するステップと、を含むことを特徴とする媒体作製方法である。

更に、第４の発明は、前記方向ベクトルを算出するステップによって算出された方向ベクトル群を基に版下データを作成するステップ、を含むことが望ましい。

第５の発明は、コンピュータを第１の発明または第２の発明の媒体作製装置として機能させるプログラムである。

第６の発明は、第３の発明または第４の発明の媒体作製方法によって作成された前記版下データに基づいて、表面に微小な溝を形成することによって作製された前記媒体である。

本発明により、表面が微小な溝の集合から形成された異方性反射特性を有する媒体であって、特に立体形状の奥行き感が表現された媒体を作製することができる。

以下図面に基づいて、本発明の実施形態を詳細に説明する。

まず、第１の実施の形態について説明する。
図１は、第１の実施の形態に係る媒体作製装置１を実現するコンピュータのハードウェア構成図である。尚、図１のハードウェア構成は一例であり、用途、目的に応じて様々な構成を採ることが可能である。
コンピュータは、制御部３、記憶部５、メディア入出力部７、通信制御部９、入力部１１、表示部１３、周辺機器Ｉ／Ｆ部１５等が、バス１７を介して接続される。

制御部３は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等で構成される。

ＣＰＵは、記憶部５、ＲＯＭ、記録媒体等に格納されるプログラムをＲＡＭ上のワークメモリ領域に呼び出して実行し、バス１７を介して接続された各装置を駆動制御し、媒体作製装置１が行う後述する処理を実現する。
ＲＯＭは、不揮発性メモリであり、コンピュータのブートプログラムやＢＩＯＳ等のプログラム、データ等を恒久的に保持している。
ＲＡＭは、揮発性メモリであり、記憶部５、ＲＯＭ、記録媒体等からロードしたプログラム、データ等を一時的に保持するとともに、制御部３が各種処理を行う為に使用するワークエリアを備える。

記憶部５は、ＨＤＤ（ハードディスクドライブ）であり、制御部３が実行するプログラム、プログラム実行に必要なデータ、ＯＳ（オペレーティングシステム）等が格納される。プログラムに関しては、ＯＳ（オペレーティングシステム）に相当する制御プログラムや、後述の処理に相当するアプリケーションプログラムが格納されている。
これらの各プログラムコードは、制御部３により必要に応じて読み出されてＲＡＭに移され、ＣＰＵに読み出されて各種の手段として実行される。

メディア入出力部７（ドライブ装置）は、データの入出力を行い、例えば、フロッピー（登録商標）ディスクドライブ、ＣＤドライブ（−ＲＯＭ、−Ｒ、ＲＷ等）、ＤＶＤドライブ（−ＲＯＭ、−Ｒ、−ＲＷ等）、ＭＯドライブ等のメディア入出力装置を有する。

通信制御部９は、通信制御装置、通信ポート等を有し、コンピュータとネットワーク１９間の通信を媒介する通信インタフェースであり、ネットワーク１９を介して、他のコンピュータ間との通信制御を行う。

入力部１１は、データの入力を行い、例えば、キーボード、マウス等のポインティングデバイス、テンキー等の入力装置を有する。
入力部１１を介して、コンピュータに対して、操作指示、動作指示、データ入力等を行うことができる。

表示部１３は、ＣＲＴモニタ、液晶パネル等のディスプレイ装置、ディスプレイ装置と連携してコンピュータのビデオ機能を実現するための論理回路等（ビデオアダプタ等）を有する。

周辺機器Ｉ／Ｆ（インタフェース）部１５は、コンピュータに周辺機器を接続させるためのポートであり、周辺機器Ｉ／Ｆ部１５を介してコンピュータは周辺機器とのデータの送受信を行う。周辺機器Ｉ／Ｆ部１５は、ＵＳＢやＩＥＥＥ１３９４やＲＳ−２３２Ｃ等で構成されており、通常複数の周辺機器Ｉ／Ｆを有する。周辺機器との接続形態は有線、無線を問わない。

バス１７は、各装置間の制御信号、データ信号等の授受を媒介する経路である。

次に、図２を参照しながら、媒体作製装置１の機能を実現する構成について説明する。尚、本実施の形態では、画像を画素単位に取り扱い、画素ごとに溝の方向が異なる媒体を作製するものとする。
図２は、媒体作製装置１の機能の概要を示すブロック図である。

媒体作製装置１は、立体形状設計手段２１、法線ベクトル算出手段２２、方向ベクトル算出手段２３、奥行き値算出手段２４、方向ベクトルぼかし手段２５、版下データ作成手段２６等を備える。

立体形状設計手段２１は、媒体上に表現する所望の立体形状を設計する。立体形状設計手段２１は、ＣＧ製作過程におけるモデリングに相当し、一般に市販されているＣＧソフトウェア等が有する機能である。

法線ベクトル算出手段２２は、立体形状の各画素における法線ベクトルを算出する。ＣＧ製作過程では、モデリングによって作成された形状データから、ライティングやカメラの条件等を加味して最終的な画像を作成するレンダリングが行われる。通常のレンダリングでは各画素の輝度を算出するが、法線ベクトル算出手段２２は、各画素の輝度ではなく形状データの法線ベクトルを算出する。後述する処理に必要な情報は、例えば、形状データをＣＧの投影面の各画素に投影し、投影面に定義した座標系で表現した形状データの単位法線ベクトルである。

方向ベクトル算出手段２３は、法線ベクトルの情報を継承した媒体上の溝の方向ベクトルを算出する。本実施の形態では、表面が微小な溝の集合から形成された異方性反射特性を有する媒体を作製する。この媒体上に所望の立体形状を表現するためには、立体形状の法線ベクトルの情報を媒体上の溝の方向ベクトルに継承することが必要となる。

図３は、投影面Ｓ１上の法線ベクトルＮ１の１例を示す図である。
法線ベクトルＮ１は、投影面Ｓ１上の点ｐを始点とし、投影面Ｓ１に定義した座標系に対する方位角φと仰角ｋとで表現できる。一方、法線ベクトルＮ１の情報を継承する媒体上（２次元平面上）の溝の方向ベクトルは、媒体面における方位角のみで表現できることから、法線ベクトルＮ１の情報を全て継承することはできない。従って、方向ベクトル算出手段２３は、法線ベクトルＮ１を所定の方位角に投影して次元を減ずることにより、媒体上の溝の方向ベクトルに情報を継承する。

図４は、法線ベクトルＮ１の法線投影面Ｓ２への投影を示す図である。
法線投影面Ｓ２は、投影面Ｓ１に対して垂直であり、方位角α方向に設けられた新たな投影面である。方向ベクトル算出手段２３は、法線ベクトルＮ１を法線投影面Ｓ２に投影した法線ベクトルＮ２の仰角ｔを算出し、仰角ｔの値を媒体上の溝の方向ベクトルに継承する。尚、仰角ｔは、図４に示すように、Ｓ２内でＰを通過し、Ｓ１に垂直な線を基準（ｔ＝０度）とし、基準線と法線ベクトルＮ２とのなす角度によって定義する。
ここで、立体形状の隠面は投影されないから、法線ベクトルＮ１の向きは、必ず点Ｐから見て投影面Ｓ１の表の方向になる。従って、仰角ｔは１８０度（−９０度≦ｔ≦９０度）の範囲を取り得る。
次に、媒体上の溝の方向ベクトルを示す角度をθとする。θとｔは何らかの相関関係を有することで、仰角ｔの値を媒体上の溝の方向ベクトルに継承することができる。本実施の形態では、立体形状を媒体上に出来る限り正確に表現するために、θとｔは線形関係を維持するように設定する。また、立体形状に含まれる最も形状の異なる部分が最も異なる角度を継承するために、θ＝ｔ／２としてθの取り得る範囲を９０度（−４５度≦θ≦４５度）とする。これは、θ＝ｔとしてθの取り得る範囲を１８０度（−９０度≦θ≦９０度）とすると、最も形状の異なる部分、例えば、ｔ＝９０度の部分とｔ＝−９０度の部分が、媒体上の溝の方向に継承したときに同じ方向を持つことになる。そうすると、立体形状に含まれる最も形状の異なる部分が、類似した異方性反射特性を有することになり、好ましくないからである。但し、θの取り得る範囲は９０度に限定されるものではなく、媒体の使用目的や立体像の特性等に応じて任意に設定することが可能である。
以上のように、方向ベクトル算出手段２３は、法線ベクトルの情報を継承した媒体上の溝の方向ベクトルを示す角度θを算出する。

奥行き値算出手段２４は、各画素における立体形状の奥行き値を算出する。奥行き値算出手段２４は、法線ベクトル算出手段２２によって法線ベクトルを算出したときと同じカメラ条件で形状データをレンダリングし、奥行き値であるＺ値を算出する。

方向ベクトルぼかし手段２５は、方向ベクトル群に対し、奥行き値に応じたぼかしを施す。本実施の形態では、奥行き値に応じたランダムな変位量を加減するロジックと、奥行き値に応じた強度でローパスフィルタリングを行うロジックの二通りによって、方向ベクトル群に対してぼかしを施す。
実際のシーンを肉眼で観察またはカメラで撮影した場合、一般的に、観察者または撮影者の位置から一定の距離の面において焦点が合い、その手前、またはその奥の位置では次第に像がぼけること（＝被写界深度の効果）が経験的に分かっている。これらの経験により、奥行きの認知においては像のぼけが重要な役割を持っていると考えられるため、擬似的に焦点面前後でのぼけを表現する。これによって、最終的に媒体上に表現された立体像は、観察者から一定の距離の面にある形状だけに焦点が合っており、その距離（焦点面）から手前もしくは奥に存在する形状には、焦点面からの距離に応じてぼけて観察される。

最初に、奥行き値に応じたランダムな変位量を加減するロジックについて説明する。
ある画素（ｘ、ｙ）に対し、溝の方向ベクトルを示す角度をＧ（ｘ、ｙ）とする。また、ある画素（ｘ、ｙ）に対し、奥行き値をＺ（ｘ、ｙ）とする。そして、奥行き値Ｚ（ｘ、ｙ）に応じた最大変位量をＭ（ｘ、ｙ）とする。このとき、ぼかし後の方向ベクトルを示す角度Ｇ´（ｘ、ｙ）は、Ｇ´（ｘ、ｙ）＝Ｇ（ｘ、ｙ）＋ＲＮＤ×Ｍ（ｘ、ｙ）と表すことができる。ここで、ＲＮＤは、例えば、−１≦ＲＮＤ≦１の範囲の一様分布に従う乱数である。このように、溝の方向ベクトルを示す角度にランダムな変位量を加減することで、媒体上の溝による反射に鋭さがなくなり、媒体上に表現された立体像のぼけが観察される。
また、Ｍ（ｘ、ｙ）は奥行き値Ｚ（ｘ、ｙ）で一意に定まる関数であるから、Ｍ（Ｚ）と表すこともできる。

関数Ｍ（Ｚ）は、Ｚ（ｘ、ｙ）に応じてＧ（ｘ、ｙ）を変位させる度合いを制御するものである。本実施の形態では、被写界深度の効果をシミュレートするため、特定の奥行き値Ｚｆ（＝レンズ系の焦点が合っている焦点面までの距離）では０となり、Ｚｆよりも奥行き値が大きい範囲では単純増加し、Ｚｆよりも奥行き値が小さい範囲では単純減少する関数とする。

図５は、関数Ｍ（Ｚ）の一例を示す図である。
図５に示すように、関数Ｍ（Ｚ）は、Ｚｆを境界点として線形に増減する。直線の勾配をａとすると、（１）Ｚ＜Ｚｆの場合、Ｍ（Ｚ）＝−ａ×（Ｚ−Ｚｆ）、（２）Ｚ＝Ｚｆの場合、Ｍ（Ｚ）＝０、（３）Ｚ＞Ｚｆの場合、Ｍ（Ｚ）＝ａ×（Ｚ−Ｚｆ）である。従って、関数Ｍ（Ｚ）は、レンズ系の焦点が合っている焦点面までの距離Ｚｆと、関数Ｍ（Ｚ）の直線の勾配ａとの二つのパラメータによって決定される。本実施の形態では、これらのパラメータは処理を開始する前に入力し、様々な値でぼかし処理を行うことができる。

尚、乱数ＲＮＤは、一様分布以外の他の分布、例えば正規分布に従うものとしても良い。どのような分布を用いるかは、媒体上に表現する立体像の特性等を考慮して判断する。
また、関数Ｍ（Ｚ）はＺｆを境界点として線形に増減するものとしたが、Ｚ＜Ｚｆの場合に単調減少、かつ、Ｚ＞Ｚｆの場合に単調増加することが満たされれば、曲線的に増減するものであっても良い。

次に、奥行き値に応じた強度でローパスフィルタリングを行うロジックについて説明する。
ローパスフィルタリングとは、周辺の画素に対称的な係数をかけ、その平均を取って画素の出力値を求める手法である。ローパスフィルタリングによって、画像を滑らかにする効果やぼやけさせる効果が得られる。画像処理の世界では、色が徐々に変化している部分やほとんど変化していない部分を画像の低周波領域と呼び、色が細かく変化する部分や大きく変化している部分を高周波領域と呼ぶ。ローパスフィルタリングでは、画像の低周波領域についてはほとんど変化を与えずそのまま通過させて、高周波領域を平滑化する。

図６は、ローパスフィルタリングの一例を示す図である。
図６に示すように、左図は３×３の単純平均フィルタであり、ある画素におけるフィルタの出力値は、自身とその周辺の画素を合計した９画素の平均値となる。また、右図は５×５の単純平均フィルタであり、ある画素におけるフィルタの出力値は、自身とその周辺の画素を合計した２５画素の平均値となる。このように、単純平均フィルタにおいては、３×３、５×５といったフィルタサイズが大きいほどフィルタリングの効果が大きくなる。逆に、フィルタリングの効果を制御する唯一のパラメータはフィルタサイズである。

ある画素（ｘ、ｙ）に対し、溝の方向ベクトルを示す角度をＧ（ｘ、ｙ）とし、Ｇ（ｘ、ｙ）の集合を単にＧとする。また、ある画素（ｘ、ｙ）に対し、奥行き値をＺ（ｘ、ｙ）とする。このとき、本ロジックによるぼかし後の溝の方向ベクトルを示す角度Ｇ´（ｘ、ｙ）は、Ｇ´（ｘ、ｙ）＝Ｆｎ（Ｇ、ｘ、ｙ）と表すことができる。ここで、Ｆｎ（Ｇ、ｘ、ｙ）は、溝の方向ベクトルを示す角度の集合Ｇに対し、画素（ｘ、ｙ）を中心にフィルタサイズｎの単純平均フィルタを作用させた出力値である。
また、フィルタサイズｎは定数ではなく奥行き値Ｚ（ｘ、ｙ）で一意に定まる関数であり、ｎ（Ｚ）と表すこともできる。

関数ｎ（Ｚ）は、Ｚ（ｘ、ｙ）に応じてＧ（ｘ、ｙ）を変位させる度合いを制御するものである。本実施の形態では、被写界深度の効果をシミュレートするため、特定の奥行き値Ｚｆ（＝レンズ系の焦点が合っている焦点面までの距離）では１となり、Ｚｆよりも奥行き値が大きい範囲では単純増加し、Ｚｆよりも奥行き値が小さい範囲では単純減少する関数とする。ただし、ｎ（Ｚ）の取り得る値は、奇数の自然数である。

図７は、関数ｎ（Ｚ）の一例を示す図である。
図７に示すように、関数ｎ（Ｚ）は、Ｚｆを中心にして階段状に増減する。図７の破線で示す直線の勾配をａとすると、（１）Ｚ＜Ｚｆの場合、ｎ（Ｚ）＝２×[−ａ×（Ｚ−Ｚｆ）]＋１、（２）Ｚ＝Ｚｆの場合、ｎ（Ｚ）＝１、（３）Ｚ＞Ｚｆの場合、ｎ（Ｚ）＝２×[ａ×（Ｚ−Ｚｆ）]＋１である。ここで、[Ｘ]は床関数を表し、Ｘを超えない最大の整数である。
このように、関数ｎ（Ｚ）は、レンズ系の焦点が合っている焦点面までの距離Ｚｆと、関数ｎ（Ｚ）の直線の勾配ａとの二つのパラメータによって決定される。本実施の形態では、これらのパラメータは処理を開始する前に入力し、様々な値でぼかし処理を行うことができる。

尚、ローパスフィルタリングの例として単純平均フィルタを用いたが、他のフィルタ、例えば、ガウシアンフィルタのような加重平均フィルタを用いるものであっても良い。どのようなフィルタを用いるかは、媒体上に表現する立体像の特性等を考慮して判断する。
また、関数ｎ（Ｚ）はＺｆを境界点として直線的に増減するものとしたが、Ｚ＜Ｚｆの場合に単調減少、かつＺ＞Ｚｆの場合に単調増加することが満たされれば、曲線的に増減するものであっても良い。

版下データ作成手段２６は、直接的または間接的にぼかしが施された方向ベクトル群を基に版下データを作成する。ここで、版下データはいわゆる二値画像データであり、画素ごとに溝の方向が表現されたものである。版下データの作成は、例えば、特許文献１に開示されている手法を用いることができる。
そして、各種の製版機器や切削機は、版下データに基づいて媒体上の表面に微小な溝を形成し、異方性反射特性を有する立体像を実体化する。

このように作製された媒体は、異方性反射によって見る角度、光線方向に依存した反射の変化が生じ、立体曲面が照明方向や見る方向に依存して光の反射が変化する様相を表現することができる。さらに、方向ベクトルぼかし手段２５によって、媒体上の溝の方向に対して奥行き値に応じたぼかしを施しているため、立体形状の奥行き感も表現することができる。
作製される媒体は、カタログ、パンフレット、ポスター、カレンダー、トレーディングカード、包装パッケージ、書籍、銘板、雑貨、樹脂成型品、エンボス製品等がある。

次に、図８を参照しながら、媒体作製装置１の動作の詳細について説明する。
図８は、媒体作製装置１の処理手順を示すフローチャートである。

図８に示すように、制御部３は、立体形状設計手段２１によって立体形状を設計し、形状データを算出する（ステップ１０１）。ここで、立体形状設計手段２１は、対話的なモデリング処理である。すなわち、入力部１１による入力と表示部１３による表示を繰り返すことで立体形状が設計され、形状データが算出される。

次に、制御部３は、入力部１１を介して必要なパラメータが入力された後（ステップ１０２）、レンダリング処理を開始し、後続の処理を行う画素を決定する（ステップ１０３）。ここで、必要なパラメータとは、後述するステップ１０７で用いるものである。すなわち、前述した方向ベクトルぼかし手段２５の説明における、奥行き値に応じたランダムな変位量を加減するロジックに従って方向ベクトルのぼかし処理を行う場合、レンズ系の焦点が合っている焦点面までの距離Ｚｆと、関数Ｍ（Ｚ）の直線の勾配ａとの二つのパラメータを指す。また、奥行き値に応じた強度でローパスフィルタリングを行うロジックに従って方向ベクトルのぼかし処理を行う場合、レンズ系の焦点が合っている焦点面までの距離Ｚｆと、関数ｎ（Ｚ）の直線の勾配ａとの二つのパラメータを指す。また、更に、いずれのロジックで方向ベクトルのぼかし処理を行うかを示すパラメータも含む。

次に、制御部３は、法線ベクトル算出手段２２によって、ステップ１０３で決定された画素に対応する法線ベクトルを算出する（ステップ１０４）。

次に、制御部３は、方向ベクトル算出手段２３によって、ステップ１０４で算出された法線ベクトルの情報を継承した方向ベクトルを算出する（ステップ１０５）。

次に、制御部３は、奥行き値算出手段２４によって、ステップ１０３で決定された画素に対応する奥行き値を算出する（ステップ１０６）。

次に、制御部３は、方向ベクトルぼかし手段２５によって、ステップ１０５で算出された方向ベクトルのぼかし処理を行う（ステップ１０７）。方向ベクトルぼかし手段２５は、ステップ１０２で入力されたパラメータに従い、方向ベクトルのぼかし処理を行う。また、方向ベクトルぼかし手段２５は、ステップ１０６で算出された奥行き値を処理に用いる。

次に、制御部３は、全ての画素について処理が終了したか確認する（ステップ１０８）。
処理が終了していない場合、ステップ１０３から繰り返す。
処理が終了している場合、ステップ１０９に進む。

次に、制御部３は、版下データ作成手段２６によって、ステップ１０３からステップ１０８までの処理によって算出された媒体上の溝の方向ベクトルを基に、版下データを作成する（ステップ１０９）。版下データは、各種の製版機器や切削機が利用可能なデータ形式で作成することが望ましい。また、版下データは、ネットワーク１９を介して、他のコンピュータにデータの送信を行っても良い。また、適当なファイル形式によるファイルに出力しても良い。また、表示部１３を介してディスプレイ装置に表示しても良い。

以上説明したように、第１の実施の形態によれば、制御部３は、立体形状設計手段２１によって、立体形状データを算出する。次に、制御部３は、法線ベクトル算出手段２２によって、画素単位の法線ベクトルを算出し、方向ベクトル算出手段２３によって、法線ベクトルの情報を継承した媒体上の溝の方向ベクトルを算出する。そして、制御部３は、奥行き値算出手段２４によって、画素単位の奥行き値を算出し、方向ベクトルぼかし手段２５によって、奥行き値に応じて方向ベクトルのぼかし処理を行う。方向ベクトルぼかし手段２５は、奥行き値に応じたランダムな変位量を加減するロジックと、奥行き値に応じた強度でローパスフィルタリングを行うロジックの二通りがある。更に、制御部３は、版下データ作成手段２６によって、ぼかしが施された方向ベクトル群を基に版下データを作成する。

第１の実施の形態によって得られる版下データを用いて、表面が微小な溝の集合によって形成された媒体は、異方性反射特性を有することで、元のＣＧ画像に対してライティングを変化させたときのハイライトの変化を再現することができる。更に、媒体上に表現された立体像は、奥行き感があるものとなる。これは、媒体上に表現された立体像が、観察者から一定の距離の面にある形状だけに焦点が合っており、その距離（焦点面）から手前もしくは奥に存在する形状には、焦点面からの距離に応じてぼけて観察されるからである。そして、このようにして作製された媒体は、従来よりも立体像の表現力が増し、例えば、デザインが重視される商品の宣伝媒体としても有用である。

次に、第２の実施の形態について説明する。
第２の実施の形態は、第１の実施の形態と比較すると、ぼかし処理の対象を方向ベクトルではなく法線ベクトルとした実施の形態となっている。

図１は、第２の実施の形態に係る媒体作製装置１ａを実現するコンピュータのハードウェア構成図である。媒体作製装置１ａのハードウェア構成は、第１の実施の形態と同様であるため説明を省略する。

次に、図９を説明しながら、媒体作製装置１ａの機能を実現する構成について説明する。尚、本実施の形態では、画像を画素単位に取り扱い、画素ごとに溝の方向が異なる媒体を作製するものとする。
図９は、媒体作製装置１ａの機能の概要を示すブロック図である。
尚、図２に示す構成要素と同一の機能を果たす要素には、同一の番号を付して重複した説明を避ける。

媒体作製装置１ａは、立体形状設計手段２１、法線ベクトル算出手段２２、奥行き値算出手段２４、法線ベクトルぼかし手段２７、方向ベクトル算出手段２３、版下データ作成手段２６等を備える。

法線ベクトルぼかし手段２７は、法線ベクトル群に対し、奥行き値に応じたぼかしを施す。本実施の形態では、奥行き値に応じたランダムな変位量を加減するロジックと、奥行き値に応じた強度でローパスフィルタリングを行うロジックの二通りによって、方向ベクトル群に対してぼかしを施す。いずれのロジックについても、第１の実施の形態と同様であることから説明を省略する。
第１の実施の形態では、ぼかし対象が媒体上の溝の方向ベクトル群であるため、溝の方向ベクトルを示す角度（自由度１）に対して処理を行う。一方、第２の実施の形態では、ぼかし対象が立体形状の法線ベクトル群であるため、法線ベクトルを示す方位角と仰角と（自由度２）に対して、独立に、第１の実施の形態と同様の処理を行う。尚、法線ベクトルのｘ、ｙ、ｚ成分に対して独立に処理を行っても良い。

次に、図１０を参照しながら、媒体作製装置１ａの動作の詳細について説明する。
図１０は、媒体作製装置１ａの処理手順を示すフローチャートである。

図１０に示すように、制御部３は、立体形状設計手段２１によって立体形状を設計し、形状データを算出する（ステップ２０１）。ここで、立体形状設計手段２１は、対話的なモデリング処理である。すなわち、入力部１１による入力と表示部１３による表示を繰り返すことで立体形状が設計され、形状データが算出される。

次に、制御部３は、入力部１１を介して必要なパラメータが入力された後（ステップ２０２）、レンダリング処理を開始し、後続の処理を行う画素を決定する（ステップ２０３）。ここで、必要なパラメータとは、後述するステップ２０６で用いるものである。すなわち、前述した法線ベクトルぼかし手段２７の説明における、奥行き値に応じたランダムな変位量を加減するロジックに従って方向ベクトルのぼかし処理を行う場合、レンズ系の焦点が合っている焦点面までの距離Ｚｆと、関数Ｍ（Ｚ）の直線の勾配ａとの二つのパラメータを指す。また、奥行き値に応じた強度でローパスフィルタリングを行うロジックに従って方向ベクトルのぼかし処理を行う場合、レンズ系の焦点が合っている焦点面までの距離Ｚｆと、関数ｎ（Ｚ）の直線の勾配ａとの二つのパラメータを指す。また、更に、いずれのロジックで方向ベクトルのぼかし処理を行うかを示すパラメータも含む。

次に、制御部３は、法線ベクトル算出手段２２によって、ステップ２０３で決定された画素に対応する法線ベクトルを算出する（ステップ２０４）。

次に、制御部３は、奥行き値算出手段２４によって、ステップ２０３で決定された画素に対応する奥行き値を算出する（ステップ２０５）。

次に、制御部３は、法線ベクトルぼかし手段２７によって、ステップ２０４で算出された法線ベクトルのぼかし処理を行う（ステップ２０６）。法線ベクトルぼかし手段２７は、ステップ２０２で入力されたパラメータに従い、法線ベクトルのぼかし処理を行う。また、法線ベクトルぼかし手段２７は、ステップ２０５で算出された奥行き値を処理に用いる。

次に、制御部３は、方向ベクトル算出手段２３によって、ステップ２０６でぼかし処理が施された法線ベクトルの情報を継承した方向ベクトルを算出する（ステップ２０７）。

次に、制御部３は、全ての画素について処理が終了したか確認する（ステップ２０８）。
処理が終了していない場合、ステップ２０３から繰り返す。
処理が終了している場合、ステップ２０９に進む。

次に、制御部３は、版下データ作成手段２６によって、ステップ２０３からステップ２０８までの処理によって算出された媒体上の溝の方向ベクトルを基に、版下データを作成する（ステップ２０９）。版下データは、各種の製版機器や切削機が利用可能なデータ形式で作成することが望ましい。また、版下データは、ネットワーク１９を介して、他のコンピュータにデータの送信を行っても良い。また、適当なファイル形式によるファイルに出力しても良い。また、表示部１３を介してディスプレイ装置に表示しても良い。

以上説明したように、第２の実施の形態によれば、制御部３は、立体形状設計手段２１によって、立体形状データを算出する。次に、制御部３は、法線ベクトル算出手段２２によって、画素単位の法線ベクトルを算出し、奥行き値算出手段２４によって、画素単位の奥行き値を算出し、法線ベクトルぼかし手段２７によって、奥行き値に応じて法線ベクトルのぼかし処理を行う。法線ベクトルぼかし手段２７は、奥行き値に応じたランダムな変位量を加減するロジックと、奥行き値に応じた強度でローパスフィルタリングを行うロジックの二通りがある。そして、制御部３は、方向ベクトル算出手段２３によって、法線ベクトルの情報を継承した媒体上の溝の方向ベクトルを算出する。更に、制御部３は、版下データ作成手段２６によって、間接的にぼかしが施された方向ベクトル群を基に版下データを作成する。

第１の実施の形態に比して、第２の実施の形態では、例えば、法線ベクトルのぼかし処理までを実行し、表示部１３にぼかし後の立体形状を表示することで、どの程度ぼかしが施されたかを視覚的に確認してから媒体を作製することができる。

以上、添付図面を参照しながら、本発明に係る媒体作製装置等の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、本願で開示した技術的思想の範疇内において、各種の変更例又は修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

媒体作製装置１（１ａ）を実現するコンピュータのハードウェア構成図 媒体作製装置１の機能の概要を示すブロック図 投影面Ｓ１上の法線ベクトルＮ１の１例を示す図 法線ベクトルＮ１の法線投影面Ｓ２への投影を示す図 関数Ｍ（Ｚ）の一例を示す図 ローパスフィルタリングの一例を示す図 関数ｎ（Ｚ）の一例を示す図 媒体作製装置１の処理手順を示すフローチャート 媒体作製装置１ａの機能の概要を示すブロック図 媒体作製装置１ａの処理手順を示すフローチャート

符号の説明

１………媒体作製装置
３………制御部
５………記憶部
７………メディア入出力部
９………通信制御部
１１………入力部
１３………表示部
１５………周辺機器Ｉ／Ｆ部
１７………バス
１９………ネットワーク
２１………立体形状設計手段
２２………法線ベクトル算出手段
２３………方向ベクトル算出手段
２４………奥行き値算出手段
２５………方向ベクトルぼかし手段
２６………版下データ作成手段
２７………法線ベクトルぼかし手段

Claims (14)

1. 表面が微小な溝の集合から形成された異方性反射特性を有する媒体の作製に用いる媒体作製装置であって、
   所望の立体形状を設計する立体形状設計手段と、
   前記立体形状の各画素における法線ベクトルを算出する法線ベクトル算出手段と、
   前記法線ベクトルの情報を継承した前記媒体上の前記溝の方向ベクトルを算出する方向ベクトル算出手段と、
   前記立体形状の各画素における奥行き値を算出する奥行き値算出手段と、
   前記方向ベクトル群に対し、前記奥行き値に応じたぼかしを施す方向ベクトルぼかし手段と、
   を具備することを特徴とする媒体作製装置。
2. 前記方向ベクトルぼかし手段は、前記方向ベクトル群に対し、前記奥行き値に応じたランダムな変位量を加減するものであることを特徴とする請求項１に記載の媒体作製装置。
3. 前記方向ベクトルぼかし手段は、前記方向ベクトル群に対し、前記奥行き値に応じた強度でローパスフィルタリングを行うものであることを特徴とする請求項１に記載の媒体作製装置。
4. 前記方向ベクトルぼかし手段によってぼかしを施された方向ベクトル群を基に版下データを作成する版下データ作成手段、
   を更に具備することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の媒体作製装置。
5. 表面が微小な溝の集合から形成された異方性反射特性を有する媒体の作製に用いる媒体作製装置であって、
   所望の立体形状を設計する立体形状設計手段と、
   前記立体形状の各画素における法線ベクトルを算出する法線ベクトル算出手段と、
   前記立体形状の各画素における奥行き値を算出する奥行き値算出手段と、
   前記法線ベクトル群に対し、前記奥行き値に応じたぼかしを施す法線ベクトルぼかし手段と、
   前記法線ベクトルの情報を継承した前記媒体上の前記溝の方向ベクトルを算出する方向ベクトル算出手段と、
   を具備することを特徴とする媒体作製装置。
6. 前記方向ベクトル算出手段によって算出された方向ベクトル群を基に版下データを作成する版下データ作成手段、
   を更に具備することを特徴とする請求項５に記載の媒体作製装置。
7. 表面が微小な溝の集合から形成された異方性反射特性を有する媒体の作製に用いる媒体作製装置の媒体作製方法であって、
   前記媒体作製装置の制御部が、
   所望の立体形状を設計するステップと、
   前記立体形状の各画素における法線ベクトルを算出するステップと、
   前記法線ベクトルの情報を継承した前記媒体上の前記溝の方向ベクトルを算出するステップと、
   前記立体形状の各画素における奥行き値を算出するステップと、
   前記方向ベクトル群に対し、前記奥行き値に応じたぼかしを施すステップと、
   を含むことを特徴とする媒体作製方法。
8. 前記ぼかしを施すステップは、前記方向ベクトル群に対し、前記奥行き値に応じたランダムな変位量を加減するものであることを特徴とする請求項７に記載の媒体作製方法。
9. 前記ぼかしを施すステップは、前記方向ベクトル群に対し、前記奥行き値に応じた強度でローパスフィルタリングを行うものであることを特徴とする請求項７に記載の媒体作製方法。
10. 前記媒体作製装置の制御部が、前記ぼかしを施すステップによってぼかしが施された方向ベクトル群を基に版下データを作成するステップ、
    を更に含むことを特徴とする請求項７から請求項９のいずれかに記載の媒体作製方法。
11. 表面が微小な溝の集合から形成された異方性反射特性を有する媒体の作製に用いる媒体作製装置の媒体作製方法であって、
    前記媒体作製装置の制御部が、
    所望の立体形状を設計するステップと、
    前記立体形状の各画素における法線ベクトルを算出するステップと、
    前記立体形状の各画素における奥行き値を算出するステップと、
    前記法線ベクトル群に対し、前記奥行き値に応じたぼかしを施すステップと、
    前記法線ベクトルの情報を継承した前記媒体上の前記溝の方向ベクトルを算出するステップと、
    を含むことを特徴とする媒体作製方法。
12. 前記媒体作製装置の制御部が、前記方向ベクトルを算出するステップによって算出された方向ベクトル群を基に版下データを作成するステップ、
    を更に含むことを特徴とする請求項１１に記載の媒体作製方法。
13. コンピュータを請求項１から請求項６までのいずれかに記載の媒体作製装置として機能させるプログラム。
14. 請求項１０または請求項１２に記載の媒体作製方法によって作成された前記版下データに基づいて、表面に微小な溝を形成することによって作製された前記媒体。
    

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