JP4998317B2 - レリーフ記録媒体の製造方法およびこれに用いる凹凸構造データ生成装置 - Google Patents

Description

本発明は、三次元構造体からなる立体画像の特徴を、表面の凹凸構造として記録したレリーフ記録媒体を製造する方法に関する。また、そのようなレリーフ記録媒体を製造するために利用される凹凸構造データを生成する装置に関する。

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、書籍などの様々な印刷物において、表面に凹凸構造を形成してレリーフ模様を浮き上がらせる手法は古くから用いられている。また、この凹凸構造の表面に金属箔を張りつけた箔押製品も様々な商品として利用されている。このようなレリーフ記録媒体としては、紙の他にも様々な材質のものが利用されている。たとえば、金属製の銘板や樹脂成型品からなる贈答品、土産物、雑貨など様々である。

このようなレリーフ記録媒体の特徴は、表面の凹凸構造として模様や絵柄となるモチーフが表現されるため、平面的な印刷物に比べて、より立体感のある表現が可能になる点である。もちろん、通常の平面的な印刷物でも、三次元立体を照明環境に配慮して撮影して印刷するようにすれば、ある程度は立体感をもった画像の提示を行うことは可能であるが、そこに再現されている陰影情報は、あくまでも被写体を特定の照明環境で撮影して得られた情報であり、単なる二次元画像にすぎない。これに対して、レリーフ記録媒体では、表面に実際の凹凸構造が形成されているため、より立体感をもった模様や絵柄の表現が可能になる。

なお、二次元記録媒体上に三次元画像を記録する方法としては、ホログラムの手法があるが、製造コストが高く、一般的な印刷物に商業的に利用するのには不適当である。また、ホログラム記録媒体の再生像は、あくまでも視覚的にのみ把握される虚像であるのに対して、レリーフ記録媒体上に記録される模様や絵柄は、実在の凹凸構造体であり、触覚的な把握を行うことができる点において、レリーフ記録媒体は固有の利点を有している。

このようなレリーフ記録媒体を製造する手法として、たとえば、下記の特許文献１には、二値画像に基づいてレリーフ模様となる凹凸構造を作成する手法が開示されており、特許文献２には、階調画像に基づいてレリーフ模様となる凹凸構造を作成する手法が開示されている。更に、特許文献３〜５には、階調画像に基づいてレリーフ模様となる凹凸構造を作成する手法が開示されている。
特開平５−１２０４５０号公報 特開平５−１５８２０７号公報 特開平５−１５８２０８号公報 特開平５−１５８２０９号公報 特開平５−１５８２１０号公報

前掲の各特許文献に開示されている従来技術を利用すれば、原画像として二次元画像を用い、この二次元画像上に表現された模様や絵柄をモチーフとして、レリーフ記録媒体上に凹凸構造を形成することができる。しかしながら、これらの従来技術では、原画像として三次元の立体画像を用いることはできない。

最近は、コンピュータグラフィックス技術の発展により、様々な三次元オブジェクトの立体画像データを容易に入手することができるようになってきている。したがって、任意の立体画像を原画像として利用し、この立体画像の特徴をモチーフとして、レリーフ記録媒体上に凹凸構造を形成することができれば、レリーフとして表現可能な模様や絵柄の自由度は著しく向上する。しかしながら、レリーフ記録媒体の表面に形成される凹凸構造は、その高低差の寸法が限られているため、一般的な立体画像をそのままレリーフ記録媒体に記録することはできない。

たとえば、高さ５ｃｍの物体からなる立体画像を、高低差１ｍｍの凹凸構造をもったレリーフ記録媒体上にそのまま記録するには、従来の手法では、高さ寸法を１／５０に縮小して記録するような方法を採らざるを得ないが、このような方法では、もとの物体の特徴を適確に表現することは困難である。

そこで本発明は、原画像として任意の立体画像を用い、この立体画像の特徴をモチーフとして、レリーフ記録媒体上に凹凸構造を形成する手法を提供することを目的とする。

(1) 本発明の第１の態様は、三次元構造体からなる立体画像の特徴を表面の凹凸構造として記録したレリーフ記録媒体を製造する方法において、
ＸＹＺ三次元座標系上に、任意の面から構成される立体画像を定義する段階と、
この座標系のＸＹ平面上に、それぞれ単位面からなる画素Ｐを多数配列することによって構成される二次元画素配列を定義する段階と、
各画素Ｐの所定位置に、座標値（ｘ，ｙ）をもつサンプル点Ｓ（ｘ，ｙ）を定義し、個々の画素Ｐについて、このサンプル点Ｓ（ｘ，ｙ）を通りＺ軸に平行な参照直線Ｌと立体画像を構成する面との交点Ｑ（ｘ，ｙ，ｚ）を求める段階と、
個々の画素Ｐについて、交点Ｑ（ｘ，ｙ，ｚ）のＸＹ平面からの高さＨ（ｘ，ｙ）を求める段階と、
凹凸構造の最大高低差Ｄ（但し、Ｄは、立体画像のＺ軸方向の最大寸法よりも小さい）を設定する段階と、
個々の画素Ｐについて、Ｍ（ｘ，ｙ）＝Ｈ（ｘ，ｙ） mod Ｄなる演算を施し、それぞれ剰余Ｍ（ｘ，ｙ）を求める段階と、
個々の画素Ｐのサンプル点Ｓ（ｘ，ｙ）の上方における剰余Ｍ（ｘ，ｙ）の高さに位置する上空点ＱＱ（ｘ，ｙ，ｚ）をそれぞれ通るレリーフ構成面を決定する段階と、
レリーフ構成面を媒体表面上に形成する段階と、
を行うようにしたものである。

(2) 本発明の第２の態様は、三次元構造体からなる立体画像の特徴を表面の凹凸構造として記録したレリーフ記録媒体を製造する方法において、
ＸＹＺ三次元座標系上に、任意の面から構成される立体画像を定義する段階と、
座標系のＸＹ平面上に、それぞれ単位面からなる画素Ｐを多数配列することによって構成される二次元画素配列を定義する段階と、
各画素Ｐの所定位置に、座標値（ｘ，ｙ）をもつサンプル点Ｓ（ｘ，ｙ）を定義し、個々の画素Ｐについて、このサンプル点Ｓ（ｘ，ｙ）を通りＺ軸に平行な参照直線Ｌと立体画像を構成する面との交点Ｑ（ｘ，ｙ，ｚ）を求める段階と、
個々の画素Ｐについて、交点Ｑ（ｘ，ｙ，ｚ）のＸＹ平面からの高さＨ（ｘ，ｙ）を求める段階と、
凹凸構造の最大高低差Ｄと所定の調整パラメータＫ（但し、Ｄ／Ｋは、立体画像のＺ軸方向の最大寸法よりも小さい）を設定する段階と、
個々の画素Ｐについて、Ｍ（ｘ，ｙ）＝（Ｋ・Ｈ（ｘ，ｙ）） mod Ｄなる演算を施し、それぞれ剰余Ｍ（ｘ，ｙ）を求める段階と、
個々の画素Ｐのサンプル点Ｓ（ｘ，ｙ）の上方における剰余Ｍ（ｘ，ｙ）の高さに位置する上空点ＱＱ（ｘ，ｙ，ｚ）をそれぞれ通るレリーフ構成面を決定する段階と、
レリーフ構成面を媒体表面上に形成する段階と、
を行うようにしたものである。

(3) 本発明の第３の態様は、上述した第１または第２の態様に係るレリーフ記録媒体の製造方法において、
個々の画素Ｐを構成する各単位面を、当該画素Ｐについて求められた剰余Ｍ（ｘ，ｙ）だけ上方に平行移動し、移動後に得られる単位面をレリーフ単位面ＰＰとし、このレリーフ単位面ＰＰの集合体を用いてレリーフ構成面を決定するようにしたものである。

(4) 本発明の第４の態様は、上述した第３の態様に係るレリーフ記録媒体の製造方法において、
隣接するレリーフ単位面ＰＰ間の境界に生じる段差部に、ＸＹ平面に垂直な段差壁面Ｆを定義し、レリーフ単位面ＰＰと段差壁面Ｆとの集合体をレリーフ構成面とするようにしたものである。

(5) 本発明の第５の態様は、上述した第１または第２の態様に係るレリーフ記録媒体の製造方法において、
個々の画素Ｐを構成する各単位面を、当該画素Ｐについて求められた剰余Ｍ（ｘ，ｙ）だけ上方に平行移動し、移動後に得られる単位面を傾斜させた面をレリーフ単位面ＰＰとし、このレリーフ単位面ＰＰの集合体を用いてレリーフ構成面を決定するようにしたものである。

(6) 本発明の第６の態様は、上述した第１〜第５の態様に係るレリーフ記録媒体の製造方法において、
記録対象となる立体画像を、ＸＹＺ三次元座標系上に配置された多数のポリゴンもしくはパラメトリック曲面として定義し、参照直線Ｌとの交点Ｑ（ｘ，ｙ，ｚ）を、ポリゴンもしくはパラメトリック曲面を示すデータを用いた演算処理によって求めるようにしたものである。

(7) 本発明の第７の態様は、上述した第１〜第６の態様に係るレリーフ記録媒体の製造方法において、
個々の画素Ｐを互いに同一サイズの矩形領域によって構成し、この矩形領域を縦横に隙間なく並べることによって二次元画素配列の定義を行い、各画素Ｐの中心位置にサンプル点Ｓ（ｘ，ｙ）を定義するようにしたものである。

(8) 本発明の第８の態様は、上述した第１〜第７の態様に係るレリーフ記録媒体の製造方法において、
最大のＺ座標値をもつ交点もしくは最小のＺ座標値をもつ交点のいずれか一方を統一して選択する選択ルールを予め定めておき、
所定の画素Ｐについて、参照直線Ｌに対して交差する面が複数あるために複数の交点が求まる場合には、選択ルールに基づいて選択された単一の交点を、当該画素Ｐについての交点Ｑ（ｘ，ｙ，ｚ）とするようにしたものである。

(9) 本発明の第９の態様は、上述した第１〜第８の態様に係るレリーフ記録媒体の製造方法において、
表面にレリーフ構成面が形成された原版となる媒体を作成した後、当該原版を用いたプレス加工により、多数の媒体を製造するようにしたものである。

(10) 本発明の第１０の態様は、上述した第９の態様に係るレリーフ記録媒体の製造方法において、
ＮＣ工作機械を用いた切削加工により、被加工媒体の表面にレリーフ構成面を形成し、原版となる媒体を作成するようにしたものである。

(11) 本発明の第１１の態様は、上述した第９の態様に係るレリーフ記録媒体の製造方法において、
表面に被加工媒体を巻き付けた状態で回転駆動する回転ドラムと、強度変調したレーザビームを照射するレーザビーム照射部と、このレーザビームを回転ドラムの回転軸方向に走査する走査部と、を有する製版装置を用いたレーザ加工により、被加工媒体の表面にレリーフ構成面を形成し、原版となる媒体を作成するようにしたものである。

(12) 本発明の第１２の態様は、三次元構造体からなる立体画像の特徴を表面の凹凸構造として記録したレリーフ記録媒体を製造するプロセスで用いられるプログラムにおいて、
ＸＹＺ三次元座標系上に定義された立体画像Ａを示す立体画像データを入力する段階と、
この座標系のＸＹ平面上に、それぞれ単位面からなる画素Ｐを多数配列することによって構成される二次元画素配列を示すデータを設定する段階と、
各画素Ｐの所定位置に、座標値（ｘ，ｙ）をもつサンプル点Ｓ（ｘ，ｙ）を定義し、個々の画素Ｐについて、このサンプル点Ｓ（ｘ，ｙ）を通りＺ軸に平行な参照直線Ｌと立体画像を構成する面との交点Ｑ（ｘ，ｙ，ｚ）を求める段階と、
個々の画素Ｐについて、交点Ｑ（ｘ，ｙ，ｚ）のＸＹ平面からの高さＨ（ｘ，ｙ）を求める段階と、
凹凸構造の最大高低差Ｄ（但し、Ｄは、立体画像のＺ軸方向の最大寸法よりも小さい）を設定する段階と、
個々の画素Ｐについて、Ｍ（ｘ，ｙ）＝Ｈ（ｘ，ｙ） mod Ｄなる演算を施し、それぞれ剰余Ｍ（ｘ，ｙ）を求める段階と、
個々の画素Ｐのサンプル点Ｓ（ｘ，ｙ）の上方における剰余Ｍ（ｘ，ｙ）の高さに位置する上空点ＱＱ（ｘ，ｙ，ｚ）をそれぞれ通るレリーフ構成面を決定する段階と、
レリーフ構成面を示すデータを出力する段階と、
をコンピュータに実行させるようにしたものである。

(13) 本発明の第１３の態様は、三次元構造体からなる立体画像の特徴を表面の凹凸構造として記録したレリーフ記録媒体を製造するプロセスで用いられるプログラムにおいて、
ＸＹＺ三次元座標系上に定義された立体画像Ａを示す立体画像データを入力する段階と、
この座標系のＸＹ平面上に、それぞれ単位面からなる画素Ｐを多数配列することによって構成される二次元画素配列を示すデータを設定する段階と、
各画素Ｐの所定位置に、座標値（ｘ，ｙ）をもつサンプル点Ｓ（ｘ，ｙ）を定義し、個々の画素Ｐについて、このサンプル点Ｓ（ｘ，ｙ）を通りＺ軸に平行な参照直線Ｌと立体画像を構成する面との交点Ｑ（ｘ，ｙ，ｚ）を求める段階と、
個々の画素Ｐについて、交点Ｑ（ｘ，ｙ，ｚ）のＸＹ平面からの高さＨ（ｘ，ｙ）を求める段階と、
凹凸構造の最大高低差Ｄと所定の調整パラメータＫ（但し、Ｄ／Ｋは、立体画像のＺ軸方向の最大寸法よりも小さい）を設定する段階と、
個々の画素Ｐについて、Ｍ（ｘ，ｙ）＝（Ｋ・Ｈ（ｘ，ｙ）） mod Ｄなる演算を施し、それぞれ剰余Ｍ（ｘ，ｙ）を求める段階と、
個々の画素Ｐのサンプル点Ｓ（ｘ，ｙ）の上方における剰余Ｍ（ｘ，ｙ）の高さに位置する上空点ＱＱ（ｘ，ｙ，ｚ）をそれぞれ通るレリーフ構成面を決定する段階と、
レリーフ構成面を示すデータを出力する段階と、
をコンピュータに実行させるようにしたものである。

(14) 本発明の第１４の態様は、上述した第１２または第１３の態様に係るプログラムにおいて、
個々の画素Ｐを構成する各単位面を、当該画素Ｐについて求められた剰余Ｍ（ｘ，ｙ）だけ上方に平行移動し、移動後に得られる単位面をレリーフ単位面ＰＰとし、このレリーフ単位面ＰＰの集合体を用いてレリーフ構成面を決定する処理をコンピュータに実行させるようにしたものである。

(15) 本発明の第１５の態様は、上述した第１４の態様に係るプログラムにおいて、
隣接するレリーフ単位面ＰＰ間の境界に生じる段差部に、ＸＹ平面に垂直な段差壁面Ｆを定義し、レリーフ単位面ＰＰと段差壁面Ｆとの集合体をレリーフ構成面とする処理をコンピュータに実行させるようにしたものである。

(16) 本発明の第１６の態様は、上述した第１２または第１３の態様に係るプログラムにおいて、
個々の画素Ｐを構成する各単位面を、当該画素Ｐについて求められた剰余Ｍ（ｘ，ｙ）だけ上方に平行移動し、移動後に得られる単位面を傾斜させた面をレリーフ単位面ＰＰとし、このレリーフ単位面ＰＰの集合体を用いてレリーフ構成面を決定する処理をコンピュータに実行させるようにしたものである。

(17) 本発明の第１７の態様は、三次元構造体からなる立体画像の特徴を表面の凹凸構造として記録したレリーフ記録媒体を製造するために利用される、凹凸構造データを生成する装置において、
ＸＹＺ三次元座標系上に定義された立体画像を示す立体画像データを格納する立体画像データ格納部と、
この座標系のＸＹ平面上に、それぞれ単位面からなる画素Ｐを多数配列することによって構成される二次元画素配列を定義するための画素配列データを格納し、各画素Ｐの所定位置に定義されたサンプル点Ｓ（ｘ，ｙ）の位置を示すサンプル点位置データと、各画素Ｐを構成する単位面を示す画素単位面データと、を提供する画素配列データ提供部と、
サンプル点位置データと立体画像データとに基づいて、個々の画素Ｐについて、そのサンプル点Ｓ（ｘ，ｙ）を通りＺ軸に平行な参照直線Ｌと立体画像を構成する面との交点Ｑ（ｘ，ｙ，ｚ）を求める交点演算部と、
個々の画素Ｐについて、交点Ｑ（ｘ，ｙ，ｚ）のＸＹ平面からの高さＨ（ｘ，ｙ）を求める高さ演算部と、
凹凸構造の最大高低差Ｄ（但し、Ｄは、立体画像のＺ軸方向の最大寸法よりも小さい）を格納するパラメータ格納部と、
個々の画素Ｐについて、Ｍ（ｘ，ｙ）＝Ｈ（ｘ，ｙ） mod Ｄなる演算を施し、それぞれ剰余Ｍ（ｘ，ｙ）を求める剰余演算部と、
個々の画素Ｐを構成する各単位面を、当該画素Ｐについて求められた剰余Ｍ（ｘ，ｙ）だけ上方に平行移動し、移動後に得られる各単位面をそれぞれレリーフ単位面ＰＰとして求めるレリーフ単位面演算部と、
レリーフ単位面ＰＰの集合体を用いてレリーフ構成面を決定し、このレリーフ構成面を示すデータを、レリーフ記録媒体の表面に形成すべき凹凸構造データとして出力するレリーフ構成面作成部と、
を設けるようにしたものである。

(18) 本発明の第１８の態様は、三次元構造体からなる立体画像の特徴を表面の凹凸構造として記録したレリーフ記録媒体を製造するために利用される、凹凸構造データを生成する装置において、
ＸＹＺ三次元座標系上に定義された立体画像を示す立体画像データを格納する立体画像データ格納部と、
この座標系のＸＹ平面上に、それぞれ単位面からなる画素Ｐを多数配列することによって構成される二次元画素配列を定義するための画素配列データを格納し、各画素Ｐの所定位置に定義されたサンプル点Ｓ（ｘ，ｙ）の位置を示すサンプル点位置データと、各画素Ｐを構成する単位面を示す画素単位面データと、を提供する画素配列データ提供部と、
サンプル点位置データと立体画像データとに基づいて、個々の画素Ｐについて、そのサンプル点Ｓ（ｘ，ｙ）を通りＺ軸に平行な参照直線Ｌと立体画像を構成する面との交点Ｑ（ｘ，ｙ，ｚ）を求める交点演算部と、
個々の画素Ｐについて、交点Ｑ（ｘ，ｙ，ｚ）のＸＹ平面からの高さＨ（ｘ，ｙ）を求める高さ演算部と、
凹凸構造の最大高低差Ｄと所定の調整パラメータＫ（但し、Ｄ／Ｋは、立体画像のＺ軸方向の最大寸法よりも小さい）を格納するパラメータ格納部と、
個々の画素Ｐについて、Ｍ（ｘ，ｙ）＝（Ｋ・Ｈ（ｘ，ｙ）） mod Ｄなる演算を施し、それぞれ剰余Ｍ（ｘ，ｙ）を求める剰余演算部と、
個々の画素Ｐを構成する各単位面を、当該画素Ｐについて求められた剰余Ｍ（ｘ，ｙ）だけ上方に平行移動し、移動後に得られる各単位面をそれぞれレリーフ単位面ＰＰとして求めるレリーフ単位面演算部と、
レリーフ単位面ＰＰの集合体を用いてレリーフ構成面を決定し、このレリーフ構成面を示すデータを、レリーフ記録媒体の表面に形成すべき凹凸構造データとして出力するレリーフ構成面作成部と、
を設けるようにしたものである。

(19) 本発明の第１９の態様は、上述した第１７または第１８の態様に係るレリーフ記録媒体用の凹凸構造データ生成装置において、
立体画像データ格納部が、ＸＹＺ三次元座標系上に配置された多数のポリゴンもしくはパラメトリック曲面を示すデータを、立体画像データとして格納するようにしたものである。

(20) 本発明の第２０の態様は、上述した第１７〜第１９の態様に係るレリーフ記録媒体用の凹凸構造データ生成装置において、
画素配列データ提供部が、画素Ｐを構成する矩形の縦サイズと横サイズを示すデータを画素配列データとして格納しており、この画素Ｐを縦横に隙間なく並べることによって二次元画素配列の定義を行い、各画素Ｐの中心位置に定義されたサンプル点Ｓ（ｘ，ｙ）の位置を示すサンプル点位置データと、各画素Ｐを構成する矩形を示す画素単位面データと、を演算によって求めるようにしたものである。

(21) 本発明の第２１の態様は、上述した第１７〜第２０の態様に係るレリーフ記録媒体用の凹凸構造データ生成装置において、
交点演算部が、最大のＺ座標値をもつ交点もしくは最小のＺ座標値をもつ交点のいずれか一方を統一して選択する選択ルールを保持しており、
所定の画素Ｐについて、参照直線Ｌに対して交差する面が複数あるために複数の交点が求まる場合には、選択ルールに基づいて選択された単一の交点を、当該画素Ｐについての交点Ｑ（ｘ，ｙ，ｚ）とするようにしたものである。

(22) 本発明の第２２の態様は、上述した第１７〜第２１の態様に係るレリーフ記録媒体用の凹凸構造データ生成装置において、
レリーフ構成面作成部が、隣接するレリーフ単位面ＰＰ間の境界に生じる段差部に、ＸＹ平面に垂直な段差壁面Ｆを定義し、レリーフ単位面ＰＰと段差壁面Ｆとの集合体を示すデータを、レリーフ記録媒体の表面に形成すべき凹凸構造データとして出力するようにしたものである。

(23) 本発明の第２３の態様は、上述した第１７〜第２１の態様に係るレリーフ記録媒体用の凹凸構造データ生成装置において、
個々の画素Ｐを構成する各単位面を、当該画素Ｐについて求められた剰余Ｍ（ｘ，ｙ）だけ上方に平行移動し、移動後に得られる単位面を傾斜させた面をレリーフ単位面ＰＰとし、このレリーフ単位面ＰＰの集合体を用いてレリーフ構成面を決定するようにしたものである。

本発明に係るレリーフ記録媒体の製造方法およびこれに用いる凹凸構造データ生成装置によれば、原画像として任意の立体画像を用い、この立体画像の特徴をモチーフとして、レリーフ記録媒体上に凹凸構造を形成することが可能になる。

以下、本発明を図示する実施形態に基づいて説明する。

＜＜＜ §１．立体画像をモチーフとするレリーフ記録媒体 ＞＞＞
ここでは、まず、立体画像をモチーフとするレリーフ記録媒体を作成する一般的な手順とその問題点を述べておく。

たとえば、図１に示すような立体画像Ａをレリーフ記録媒体の表面に記録することを考えてみよう。図示の立体画像Ａは、三次元の複雑な構造をもった「やかん」を示す立体画像であり、実際には、その表面を形成する面のデータによって定義することができる（内部構造を示すデータは不要である）。ここでは、この立体画像Ａの高さ寸法がＧであったとしよう。このような立体画像Ａを、レリーフ記録媒体の表面に記録しようとしても、立体情報をそのまま記録することはできない。レリーフ記録媒体は、表面に凹凸構造が形成された三次元物体であるが、当該凹凸構造の最大高低差Ｄには制限があり（カタログ、パンフレット、ポスター、カレンダーなどの一般的な紙製品の場合、せいぜいＤ＝数ｍｍ程度である）、立体画像Ａの高さ方向の立体情報をそのまま凹凸構造として記録することはできない。

図２は、図１に示す立体画像Ａを高さ方向に縮小してレリーフ記録媒体Ｒ上に記録した例を示す斜視図である。すなわち、立体画像Ａを高さ方向にＤ／Ｇ倍に縮小した立体構造が、レリーフ記録媒体Ｒの表面に凹凸構造として形成されることになる。このように、高さ方向について縮小すれば、レリーフ記録媒体Ｒの表面上の凹凸構造の高低差はＤに抑えられる。しかしながら、縮小倍率Ｄ／Ｇが小さくなればなるほど、レリーフ記録媒体Ｒ上に形成される立体構造体の立体画像Ａに対する形状の歪みが増大し、観察者による、もとの立体画像Ａの形状把握が困難になる。

本発明の根源は、もとの立体画像Ａを縮小して媒体上に記録するという手法を採る代わりに、もとの立体画像Ａの立体的な形状の特徴を抽出して媒体上に記録するという手法を採るという発想にある。本願発明者は、図１に示すような立体画像Ａを上方から観察したときの立体画像Ａ表面各部の面の傾きの情報を抽出し、この傾きの情報を媒体Ｒの表面上に凹凸構造として記録することにより、立体画像Ａを上方から観察した場合の特徴を記録できるのではないかと考えた。以下に述べる手法は、このような基本的な考え方に基づくものである。

結局、本発明では、レリーフ記録媒体Ｒ上には、立体画像Ａの各部分ごとの面の傾きの情報のみが記録されることになるので、観察者に対して、もとの立体画像Ａの全体的な形状を正確に伝達することはできない。しかしながら、カタログ、パンフレット、ポスター、カレンダーなど、一般的な用途に利用されるレリーフ記録媒体の役割は、観察者に対して、何らかの模様や絵柄を提示することにあるので、もとの立体画像Ａの特徴に由来する何らかのモチーフが表現されていれば足りる。したがって、以下に述べる本発明に係る手法で作成されるレリーフ記録媒体は、産業上、十分な利用可能性を有するものである。

＜＜＜ §２．本発明に係るレリーフ記録媒体の製造方法の基本概念 ＞＞＞
次に、本発明に係るレリーフ記録媒体の製造方法の基本概念を説明する。本発明では、図１に示す「やかん」をモチーフとした立体画像Ａのように、任意の三次元構造体からなる立体画像に基づいて、レリーフ記録媒体を製造することが可能である。ただ、ここでは、説明の便宜上、図３に示すように、半球状の立体画像Ａを用いてレリーフ記録媒体を製造する単純な例について、本発明の基本概念を説明しよう。

いま、図３に示すように、ＸＹＺ三次元座標系を定義し、この座標系上に半球状の立体画像Ａが配置されているものとする。説明の便宜上、この半球状の立体画像Ａが、ＸＹ平面上に置かれているものとしよう（立体画像Ａの円形底面がＸＹ平面に一致するものとする）。ここで、ＸＹ平面上における座標値（ｘ，ｙ）をもつサンプル点Ｓ（ｘ，ｙ）を定義し、このサンプル点Ｓ（ｘ，ｙ）を通りＺ軸に平行な参照直線Ｌと立体画像Ａを構成する上面との交点Ｑ（ｘ，ｙ，ｚ）を求め、当該交点Ｑ（ｘ，ｙ，ｚ）のＸＹ平面からの高さＨ（ｘ，ｙ）を求める。サンプル点Ｓ（ｘ，ｙ）は、ＸＹ平面上の点であるから、結局、交点Ｑの高さＨ（ｘ，ｙ）は、交点ＱのＺ座標値に一致することになるが、ここでは、座標（ｘ，ｙ）で示される位置における立体画像Ａの表面の高さを示す値という意味で、Ｈ（ｘ，ｙ）という表記を行うことにする。

一方、この座標系のＸＹ平面上に、図４に示すような二次元画素配列を定義する。ここでは、この二次元画素配列の構成要素となる１つの画素を、Ｐ（ｉ，ｊ）で示すことにする。ここで、ｉは当該画素が位置する配列の行数を示し、ｊは当該画素が位置する配列の列数を示している。したがって、画素Ｐ（ｉ，ｊ）は、この二次元画素配列の第ｉ行・第ｊ列目に位置する画素ということになる。たとえば、図の左上に示した画素Ｐ（２，３）は、第２行・第３列目の画素である。画素Ｐ（２，３）は、図にハッチングを施して示すように、正方形状の単位面から構成されている。

このように、図示の例では、個々の画素Ｐ（ｉ，ｊ）は正方形状の単位面から構成されているが、画素を構成する単位面の形状は任意でかまわない。要するに、ＸＹ平面上に、それぞれ任意形状をもった単位面からなる画素Ｐを多数配列することにより、二次元画素配列が定義されていればよい。もっとも、実用上は、個々の画素Ｐを互いに同一サイズの矩形領域によって構成し、この矩形領域を縦横に隙間なく並べることによって二次元画素配列の定義を行うのが好ましい。

そして、個々の画素Ｐ（ｉ，ｊ）内にそれぞれサンプル点Ｓを定義する。画素Ｐ（ｉ，ｊ）内に定義されたサンプル点はＳ（ｉ，ｊ）と表記することも可能であるが、ここでは、各サンプル点は、ＸＹ座標系における何らかの座標値（ｘ，ｙ）をもった点であるため、サンプル点Ｓ（ｘ，ｙ）と表記することにする。ここでは、図４に示すように、各画素Ｐ（ｉ，ｊ）の中心位置にサンプル点Ｓ（ｘ，ｙ）を定義した例を示すが、個々のサンプル点Ｓの位置は、個々の画素Ｐを構成する単位面内の任意の位置（単位面を構成する領域の境界線上でもよい）でかまわない。たとえば、図４に示す正方形状の各画素Ｐの左上隅点に、当該画素のサンプル点Ｓを定義してもよい。

さて、図３で説明したように、ＸＹ平面上の任意のサンプル点Ｓ（ｘ，ｙ）について、当該サンプル点Ｓ（ｘ，ｙ）を通りＺ軸に平行な参照直線Ｌと立体画像Ａを構成する面との交点Ｑ（ｘ，ｙ，ｚ）を求め、当該交点Ｑ（ｘ，ｙ，ｚ）のＸＹ平面からの高さＨ（ｘ，ｙ）を求めることができるので、図４に示す個々の画素Ｐ（ｉ，ｊ）について、それぞれサンプル点Ｓ（ｘ，ｙ）の位置における立体画像Ａの上面の高さＨ（ｘ，ｙ）を求めることができる。なお、上方に立体画像Ａが存在せずに、交点Ｑが存在しない画素については、たとえば、高さＨ（ｘ，ｙ）＝０のように、便宜的に何らかの高さを定義しておけばよい。

こうして各画素ごとに求められた高さＨ（ｘ，ｙ）を、当該画素の画素値とすれば、このような画素値をもった画素の集合体からなるデータは、形式的には二次元画像データの形態をとるが、その実体は、三次元の立体画像を示すデータになる。もっとも、１つの画素には、１つの高さを示す画素値しか定義できないので、表現可能な立体画像の形状は制限を受けることになる。たとえば、図３に示すような半球状の立体画像Ａを表現することはできるが、完全な球状の立体画像を表現することはできない。このように、高さの値を画素値にもつ二次元画素配列からなるデータは、一般に、Height Field データと呼ばれている。

本発明は、このようなHeight Field データで表現される三次元構造体からなる立体画像をモチーフとして、その特徴をレリーフ記録媒体の表面に凹凸構造として記録することを前提とした技術である。上述したとおり、このHeight Field データは、ＸＹＺ三次元座標系におけるＸＹ平面上に配列された多数の画素からなる二次元画素配列から構成され、個々の画素にはＺ軸に沿った高さを示す画素値Ｈが定義されており、この画素値Ｈにより三次元構造体が表現された立体画像データということができる。

続いて、レリーフ記録媒体の表面に形成する凹凸構造の最大高低差Ｄを決定する。この最大高低差Ｄは、たとえば、図２に示す例のように、レリーフを構成する凹凸構造の最大高さに相当する寸法であり、前述したように、カタログ、パンフレット、ポスター、カレンダーなどの一般的な紙製品の場合、せいぜいＤ＝数ｍｍ程度である。一方、図１に示すように、モチーフとして用いる「やかん」を示す立体画像の高さＧは、Ｇ＞Ｄである（Ｇ≦Ｄの場合、そもそも本発明に係る工夫を施す必要はない）。したがって、ここで設定する最大高低差Ｄは、モチーフとして用いる立体画像（三次元構造体）のＺ軸方向の最大寸法よりも小さいことが前提となる。

最大高低差Ｄが定まったら、上述した立体画像データ（Height Field データ）を構成する個々の画素の画素値Ｈに対して、Ｍ＝Ｈ mod Ｄなる演算を施し、画素値Ｈを新たな画素値Ｍに置き換えた二次元画素配列から構成される置換画像データを求める。たとえば、第ｉ行・第ｊ列目に位置する画素Ｐ（ｉ，ｊ）については、その画素値Ｈ（ｘ，ｙ）を用いた「Ｍ（ｘ，ｙ）＝Ｈ（ｘ，ｙ） mod Ｄ」なる演算により、新たな画素値Ｍ（ｘ，ｙ）が求められる。置換画像データは、すべての画素についての画素値Ｈを新たな画素値Ｍに置き換えることによって得られる。ここで、「mod」は剰余を求めるための演算子であり、「Ｈ（ｘ，ｙ） mod Ｄ」は、Ｈ（ｘ，ｙ）の値をＤで除したときの剰余を示している。したがって、新たな画素値Ｍ（ｘ，ｙ）は、Ｈ（ｘ，ｙ）の値をＤで除したときの剰余を示している。

図５は、図３の正面図であり、縦方向に引いた多数の実線は、この半球のＹ軸に平行な直径上に並んだ各サンプル点Ｓ（ｘ，ｙ）の位置に立てた垂線（Ｚ軸に平行な線）を示しており、その上端は、半球状の立体画像Ａの上面位置となっている。別言すれば、これら垂線の下端はサンプル点Ｓ（ｘ，ｙ）の位置となり、上端は交点Ｑ（ｘ，ｙ，ｚ）の位置となり、その長さは、高さＨ（ｘ，ｙ）に対応する。一方、図５において、横方向に引いた水平破線は、Ｄの整数倍の位置を示している。各画素についての剰余Ｍ（ｘ，ｙ）は、当該画素内のサンプル点Ｓ（ｘ，ｙ）の位置に立てた垂線が交差する水平破線のうち、最も上方にある水平破線より上の半端な部分の長さということになる。

図６は、各サンプル点Ｓ（ｘ，ｙ）の垂直上方に、上空点ＱＱ（ｘ，ｙ，ｚ）をプロットした状態を示す正面図である。ここで、上空点ＱＱ（ｘ，ｙ，ｚ）は、サンプル点Ｓ（ｘ，ｙ）の上方における、図５に示す剰余Ｍ（ｘ，ｙ）の高さに位置する点である。剰余Ｍ（ｘ，ｙ）＜最大高低差Ｄであるから、図６に示すように、各上空点ＱＱ（ｘ，ｙ，ｚ）は、Ｚ軸上の０〜Ｄの区間内に位置することになり、Ｚ軸上のＤ〜５Ｄの区間内には存在しない。

結局、図５に示す半球状の立体画像Ａを示す立体画像データ（Height Field データ）を構成する個々の画素の画素値Ｈを、新たな画素値Ｍ（剰余Ｍ）に置き換えることにより得られる置換画像データは、図６に示す上空点ＱＱ（ｘ，ｙ，ｚ）の集合体からなる新たな立体画像を示すデータということになる。そこで、ＸＹ平面に沿って置かれた媒体の表面上に、この置換画像データの各画素値Ｍに応じた高さをもつ凹凸構造からなるレリーフ構成面を形成すれば、個々の上空点ＱＱ（ｘ，ｙ，ｚ）をそれぞれ通るレリーフ構成面が形成されたレリーフ記録媒体を得ることができる。

図７は、図６に示す各上空点ＱＱ（ｘ，ｙ，ｚ）を通るレリーフ構成面Ｂを表面に形成したレリーフ記録媒体Ｒを示す縦断面図である。レリーフ構成面Ｂは、図６に示す各上空点ＱＱ（ｘ，ｙ，ｚ）を連結する凹凸面になる。図示の例の場合、Ｚ＝−Ｅなる式で示される平面上に、このレリーフ記録媒体Ｒの底面が位置しており、レリーフを構成する凹凸構造は、Ｚ＝Ｄなる式で示される平面と、Ｚ＝０なる式で示される平面（ＸＹ平面）との間に形成されている。ここでＤは、前述のように設定した「レリーフ記録媒体Ｒに形成する凹凸構造の最大高低差」であり、Ｅは、「レリーフ記録媒体Ｒの基体部の厚み」ということになる。

図７に示すレリーフ記録媒体Ｒの上面を形成するレリーフ構成面Ｂと、図５に示す半球状の立体画像Ａの上面とを比較すると、全体的な形状は全く異なっているが、図５に示す立体画像Ａの上面の各部の傾斜に関する情報が、図７に示すレリーフ構成面Ｂの部分部分に表現されていることがわかる。すなわち、図７に示すレリーフ構成面Ｂには、原画像として用いられた半球状の立体画像Ａの特徴をモチーフとした凹凸構造が形成されていることになり、レリーフ記録媒体Ｒに記録されているレリーフのデザインには、半球状の立体画像Ａの特徴が反映されていることになる。

なお、図６に示すように、各画素の上方にそれぞれ上空点ＱＱ（ｘ，ｙ，ｚ）が定義された後に、これら個々の上空点ＱＱ（ｘ，ｙ，ｚ）を通るレリーフ構成面を形成する方法の一例としては、たとえば、個々の上空点ＱＱ（ｘ，ｙ，ｚ）を滑らかに連結するような自由曲面を演算によって求める手法を採ることが可能である。一般に、三次元空間上に配置された複数の任意点を滑らかに連結するような自由曲面は、ベジェ曲面やスプライン曲面など、様々な曲面が知られており、これらの曲面を演算によって求める手法も様々なものが知られている。したがって、図６に示す個々の上空点ＱＱ（ｘ，ｙ，ｚ）の座標値が得られれば、これら座標値を用いた演算により、図７に示すようなレリーフ構成面Ｂを求めることができる。もちろん、この場合、必ずしも全上空点ＱＱ（ｘ，ｙ，ｚ）の位置を正確に通る自由曲面を求める必要はなく、多少の誤差が生じてもかまわない。

ただ、そのような自由曲面を求める演算は、通常、コンピュータに多大な負荷を課することになり、また、そのような自由曲面からなるレリーフ構成面Ｂを、実際の物理的な媒体の表面上に形成する際にも、加工作業上の技術的な負担は大きい。そこで、実用上は、次のような簡便な方法で、レリーフ構成面Ｂを求めるようにするのが好ましい。

ここで述べる簡便な方法は、ＸＹ平面上に定義した画素Ｐ（ｉ，ｊ）を構成する単位面を、当該画素Ｐ（ｉ，ｊ）について求められた剰余Ｍ（ｘ，ｙ）だけ上方に（Ｚ軸方向に）平行移動し、移動後に得られる単位面をレリーフ単位面ＰＰとし、このレリーフ単位面ＰＰの集合体を用いてレリーフ構成面Ｂを決定する方法である。

図８は、図７に示すレリーフ構成面Ｂを、このような簡便な方法で形成した場合の部分拡大図である。図８のＹ軸上に示す太線部分は、ＸＹ平面上に定義された画素Ｐ（ｉ，ｊ）の単位面であり、その上方に示されているＰＰ（ｉ，ｊ）は、この単位面を上方に剰余Ｍ（ｘ，ｙ）だけ平行移動することにより得られたレリーフ単位面である。ここに示す例の場合、サンプル点Ｓ（ｘ，ｙ）は、画素Ｐ（ｉ，ｊ）の中心点であるから、上空点ＱＱ（ｘ，ｙ，ｚ）は、レリーフ単位面ＰＰ（ｉ，ｊ）の中心点になる。

結局、図４の二次元画素配列上に示す個々の画素Ｐ（ｉ，ｊ）の単位面（この例は、正方形の領域）が四角いタイルであるとすれば、これら個々のタイルを、Ｚ軸方向（図４の紙面垂直上方）に、それぞれ剰余Ｍ（ｘ，ｙ）だけ平行移動して固定することにより、レリーフ構造面Ｂが得られることになる。この場合、移動後の個々のタイルが、それぞれレリーフ単位面ＰＰということになる。ただ、隣接するレリーフ単位面ＰＰ間の境界には段差部が生じるので、この段差部には、ＸＹ平面に垂直な段差壁面Ｆを定義し、レリーフ単位面ＰＰと段差壁面Ｆとの集合体をレリーフ構成面Ｂとする。図８において、隣接するレリーフ単位面ＰＰ間を連結している破線は、この段差壁面Ｆを示しており、水平方向の実線で示されているレリーフ単位面ＰＰと、垂直方向の破線で示されている段差壁面Ｆとの集合体が、レリーフ構成面Ｂを形成していることになる。

このような簡便な方法を採ると、レリーフ構成面Ｂは、滑らかな曲面にはならず、段差構造をもった多数の平面の集合体によって構成されることになるが、１つの画素Ｐ（ｉ，ｊ）の縦横寸法を十分に小さく設定すれば、各レリーフ単位面ＰＰも非常に微小な平面領域となるので、実用上は問題は生じない。たとえば、１つの画素Ｐ（ｉ，ｊ）を、一辺が１００μｍの正方形に設定すれば、各レリーフ単位面ＰＰ（ｉ，ｊ）も一辺が１００μｍの正方形になるので、肉眼でレリーフ構成面Ｂを観察する限り、図７に示すような滑らかな曲面として観察されることになる。

＜＜＜ §３．本発明に係るレリーフ記録媒体の製造方法の具体的手順 ＞＞＞
図９は、本発明に係るレリーフ記録媒体の製造方法の手順を示す流れ図であり、三次元構造体からなる立体画像の特徴を表面の凹凸構造として記録したレリーフ記録媒体を製造するプロセスが示されている。

この流れ図におけるステップＳ１〜Ｓ４の手順は、前述した「Height Field データ」を作成する手順であり、ステップＳ５〜Ｓ８の手順は、この「Height Field データ」を構成する個々の画素の画素値Ｈ（ｘ，ｙ）を、剰余Ｍ（ｘ，ｙ）に置換し、レリーフ構成面を作成する手順である。このステップＳ１〜Ｓ８の手順は、設計者が手作業や計算機を利用して実行することも可能であるが、実用上は、これらの各手順を実行する専用プログラムを用意し、当該プログラムを組み込んだコンピュータによって実行させることになる。したがって、ステップＳ１〜Ｓ８の処理は、実際には、コンピュータによって実行される処理ということになる。

これに対して、最後のステップＳ９は、このコンピュータから出力される凹凸構造データを利用して、物理的な媒体の表面に凹凸構造を形成する工程であり、何らかの加工装置を用いて行われるプロセスになる。このステップＳ９の具体的なプロセスについては後述する。

さて、まずステップＳ１において、ＸＹＺ三次元座標系上に、立体画像Ａを定義する段階が行われる。この立体画像Ａは、原画像となる仮想物体であり、この仮想物体の表面形状の特徴（各部の面の傾きの情報）が抽出され、記録媒体Ｒの表面上に凹凸構造として記録されることになる。前述した§２では、便宜上、非常に単純は半球状の立体画像Ａを用いた説明を行ったが、ここでは、図１０に示すように、ＸＹＺ三次元座標系上に、「やかん」を示す立体画像Ａが定義されたものとしよう。上述したとおり、本発明で用いられる立体画像Ａは、その表面が定義されていれば足り、内部構造の定義は不要である。

コンピュータ上での立体画像Ａの定義は、立体画像Ａを示す三次元形状データをコンピュータ内の格納場所に格納することによって行われる。通常、コンピュータグラフィックスの分野では、三次元の立体画像は、ＸＹＺ三次元座標系上に配置された多数のポリゴンもしくはパラメトリック曲面として定義される。本発明においても、このようなポリゴンもしくはパラメトリック曲面を示すデータによって、立体画像Ａを定義することができる。

続くステップＳ２では、このＸＹＺ三次元座標系におけるＸＹ平面上に、それぞれ単位面からなる画素Ｐを多数配列することによって構成される二次元画素配列を定義する段階が行われる。個々の画素Ｐは、それぞれが単位面を構成していれば、どのような大きさ、どのような形状のものであってもかまわない。もちろん、個々の画素の大きさや形状が、それぞれ異なっていてもかまわないし、これらの画素をどのように並べて二次元画素配列を定義してもかまわない。ただ、後のステップにおける演算負担を軽減するために、実用上は、個々の画素Ｐを互いに同一サイズの矩形領域によって構成し、この矩形領域を縦横に隙間なく並べることによって二次元画素配列の定義を行うようにするのが好ましい。

図１０に示す例では、ＸＹ平面上に正方形状をした画素Ｐを縦横にマトリックス状に隙間なく並べることによって二次元画素配列の定義が行われた例が示されている。図に示す画素Ｐ（ｉ，ｊ）は、この二次元画素配列におけるｉ行ｊ列目の画素である。コンピュータ上で、このような二次元画素配列を定義するには、１つの画素Ｐの寸法（正方形状の画素の場合は、その一辺の長さ）を示すデータをコンピュータ内の格納場所に格納するだけで足りる。矩形状の画素Ｐの寸法が規定されていれば、図示のように、座標系の原点Ｏを基準として、多数の画素を座標系に正則な状態で多数配置することが可能であるから、ｉ行ｊ列目の画素の位置を一義的に求めることができる。

次のステップＳ３では、ステップＳ１で定義した立体画像上に、ステップＳ２で定義した各画素Ｐ（ｉ，ｊ）に対応する交点Ｑ（ｘ，ｙ，ｚ）を求める処理が行われる。具体的には、各画素Ｐ（ｉ，ｊ）の所定位置（この例では中心位置）に、座標値（ｘ，ｙ）をもつサンプル点Ｓ（ｘ，ｙ）を定義し、個々の画素Ｐ（ｉ，ｊ）について、このサンプル点Ｓ（ｘ，ｙ）を通りＺ軸に平行な参照直線Ｌと立体画像Ａを構成する面との交点Ｑ（ｘ，ｙ，ｚ）を求めればよい。

図１０には、画素Ｐ（ｉ，ｊ）について定義された参照直線Ｌが破線で示されており、参照直線Ｌと立体画像Ａを構成する面との交点Ｑ（ｘ，ｙ，ｚ）が求められた状態が示されている。前述したとおり、立体画像Ａは、多数のポリゴンもしくはパラメトリック曲面として定義されているので、参照直線Ｌとの交点Ｑ（ｘ，ｙ，ｚ）は、これらポリゴンもしくはパラメトリック曲面を示すデータを用いた演算処理によって求めることができる。なお、任意の直線とポリゴンもしくはパラメトリック曲面との交点座標（ｘ，ｙ，ｚ）を求める具体的な演算手法は、既にコンピュータグラフィックスの分野で広く利用されている手法であるので、ここでは詳しい説明は省略する。

ところで、図１０では、参照直線Ｌと立体画像Ａを構成する面との交点Ｑ（ｘ，ｙ，ｚ）を１点だけしか示していないが、図示のような複雑な立体構造をもつ立体画像Ａを用いた場合、参照直線Ｌとの交点が複数存在する場合もありうる。このように複数の交点が存在する場合には、いずれか１つの交点を選択する必要がある。図１１は、この交点選択プロセスの一例を示す断面図である。図示の例の場合、参照直線Ｌと立体画像Ａを構成する面との交点として、Ｑ１〜Ｑ４の４点が示されている。これは、参照直線Ｌが立体画像Ａを構成する４つの独立した面と交差するためである。

このように、複数の交点が存在する場合には、予めいずれか１つの交点を選択するための選択ルールを定めておき、当該ルールに従って、１つの交点のみを選択するようにすればよい。具体的には、たとえば、「最大のＺ座標値をもつ交点を選択する」という統一した選択ルールを予め定めておき、いずれの画素についても、複数の交点が存在する場合には、常に「最大のＺ座標値をもつ交点を選択する」という選択ルールを適用して１つの交点を選択するようにすればよい。図１１に示す例の場合、交点Ｑ４が選択されることになる。

もちろん、「最小のＺ座標値をもつ交点を選択する」という統一した選択ルールを予め定めた場合は、図１１に示す例の場合、交点Ｑ１が選択されることになる。要するに、予め何らかの統一した選択ルールを定めておくようにし、所定の画素Ｐについて、参照直線Ｌに対して交差する面が複数あるために複数の交点が求まる場合には、当該選択ルールに基づいて選択された単一の交点を、当該画素Ｐについての交点Ｑ（ｘ，ｙ，ｚ）とすればよい。

このように、統一した選択ルールを予め定めることは、結局、立体画像Ａのうちの特定の面を選択することに他ならない。たとえば、「最大のＺ座標値をもつ交点を選択する」という選択ルールを定めた場合、図１１に示す例において、立体画像Ａを上方から見下ろすように観察した場合に最前面に位置する面を選択することを意味し、後述するステップで最終的に作成される凹凸構造データは、当該最前面の特徴を抽出したデータということになる。したがって、この場合、「やかん」の把手の上面を含めた特徴情報が、レリーフ記録媒体上に記録されることになる。

一方、「最小のＺ座標値をもつ交点を選択する」という選択ルールを定めた場合、図１１に示す例において、立体画像Ａを上方から見下ろすように観察した場合に最背面（実際には、隠面となる）に位置する面を選択することを意味し、後述するステップで最終的に作成される凹凸構造データは、当該最背面の特徴を抽出したデータということになる。したがって、この場合、「やかん」の底面を含めた特徴情報が、レリーフ記録媒体上に記録されることになる。

結局、図１１に示す「やかん」のような複雑な立体構造をもった立体画像Ａの全表面のデータを用意したとしても、選択ルールによって選択された面のデータのみが利用されることになるので、実用上は、ステップＳ１で定義する立体画像Ａは、特徴を抽出する対象となる特定の面のみを有する画像で十分である。たとえば、図１１に示す「やかん」の場合、「最大のＺ座標値をもつ交点を選択する」という選択ルールを定めるのであれば、「やかんの底面」を示すデータなどは不要になる。

図１２は、立体画像Ａとして、上方に凸となる半球面を用いた場合の交点決定プロセスを示す斜視図である（§２で説明した単純なモデル）。この立体画像Ａを示すデータは、半球面の表面を示すデータのみで十分であり、底面を示すデータは必要ない。このようなデータによって立体画像Ａを示せば、交点Ｑ（ｘ，ｙ，ｚ）は常に単一の点となるので、上述したような選択処理を行う必要はなくなる。なお、§２では、図３に示すように、半球面の底面がＸＹ平面上に位置する例を示したが、実際は、図１２に示す例のように、立体画像Ａの底面は、必ずしもＸＹ平面上に位置している必要はない。

さて、こうして、各画素Ｐ（ｉ，ｊ）についての交点Ｑ（ｘ，ｙ，ｚ）が求まったら、続くステップＳ４において、各画素Ｐ（ｉ，ｊ）について、交点Ｑ（ｘ，ｙ，ｚ）の高さＨ（ｘ，ｙ）を求める処理が行われる。もっとも、この高さＨ（ｘ，ｙ）は、交点Ｑ（ｘ，ｙ，ｚ）のＸＹ平面からの高さであるから、実際には、交点Ｑ（ｘ，ｙ，ｚ）のＺ座標値がそのまま高さＨ（ｘ，ｙ）になる。したがって、ステップＳ４の処理は、各画素Ｐ（ｉ，ｊ）について、対応する交点Ｑ（ｘ，ｙ，ｚ）のＺ座標値を高さＨ（ｘ，ｙ）として抽出する処理ということになる。既に述べたとおり、こうして抽出した高さＨ（ｘ，ｙ）の値を各画素の画素値とする二次元画素配列は、「Height Field データ」を構成することになる。

なお、最近は、コンピュータグラフィックス技術の発展により、様々な三次元オブジェクトの立体画像データを容易に入手することができるようになってきている。したがって、何らかの「Height Field データ」が既に準備されており、これを流用することが可能な場合は、図９に示すステップＳ１〜Ｓ４のプロセスを省略することができる。

続く、ステップＳ５では、レリーフの最大高さＤの設定が行われる。このＤは、既に述べたとおり、これから作成するレリーフ記録媒体Ｒ上に形成される凹凸構造の最大高低差Ｄであり、レリーフ記録媒体Ｒの用途などに応じて、適宜、所望の値を設定すればよい。

一方、ステップＳ６では、調整パラメータＫが設定される。この調整パラメータＫは、ステップＳ１で定義した立体画像Ａの寸法を調整するためのパラメータであり、立体画像Ａの寸法が適切な値に設定されている場合には不要である。ただ、ステップＳ１で定義する立体画像Ａは、多くの場合、様々な方法で用意された三次元オブジェクトの立体画像データであるため、その寸法は、必ずしも本発明の実施に適切な値になっているとは限らない。したがって、実用上は、この調整パラメータＫを自由な値に設定できるようにしておき、適宜、必要な調整を行うことができるようにしておくのが好ましい。

なお、すべての画素について、剰余Ｍ＝高さＨとなるような場合には、本発明を実施する意味がないので、ここで設定する調整パラメータＫは、立体画像ＡのＺ軸方向の最大寸法をＧとした場合、Ｄ／Ｋ＜Ｇとなるような値に設定する必要がある。

続く、ステップＳ７では、個々の画素Ｐについて、「Ｍ（ｘ，ｙ）＝（Ｋ・Ｈ（ｘ，ｙ）） mod Ｄ」なる演算を施し、それぞれ剰余Ｍ（ｘ，ｙ）を求める処理が行われる。§２では、「Ｍ（ｘ，ｙ）＝Ｈ（ｘ，ｙ） mod Ｄ」なる演算式を示したが、ここでは、上記調整パラメータＫを高さＨ（ｘ，ｙ）に乗じた「Ｋ・Ｈ（ｘ，ｙ）」をＤで除したときの剰余をＭ（ｘ，ｙ）としている。このように調整パラメータＫを乗じることにより、立体画像Ａの寸法が適切な値に設定されていなかった場合に、調整が可能になる点は、上述したとおりである。

次のステップＳ８では、レリーフ構成面を決定する処理が行われる。レリーフ構成面Ｂは、個々の画素Ｐのサンプル点Ｓ（ｘ，ｙ）の上方における剰余Ｍ（ｘ，ｙ）の高さに位置する上空点ＱＱ（ｘ，ｙ，ｚ）をそれぞれ通る面として、様々な方法で決定することができる。ただ、実用上は、§２で述べたとおり、個々の画素Ｐを構成する各単位面を、当該画素Ｐについて求められた剰余Ｍ（ｘ，ｙ）だけ上方に平行移動し、移動後に得られる単位面をレリーフ単位面ＰＰとし、このレリーフ単位面ＰＰの集合体を用いてレリーフ構成面Ｂを決定すれば、単純な演算でレリーフ構成面を決定できる。実際には、図８で説明したとおり、隣接するレリーフ単位面ＰＰ間の境界に生じる段差部に、ＸＹ平面に垂直な段差壁面Ｆを定義し、レリーフ単位面ＰＰと段差壁面Ｆとの集合体をレリーフ構成面Ｂとすることになる。

なお、ステップＳ６で設定する調整パラメータＫの値を種々変更すると、ステップＳ８で決定されるレリーフ構成面Ｂの形状も変化することになる。したがって、オペレータは、調整パラメータＫの値に様々な値を設定し、その都度、でき上がるレリーフ構成面Ｂの形状を確認し、試行錯誤で、最も好ましいレリーフ構成面を得ることができる。

こうして、ステップＳ８が完了した段階で、レリーフ構成面Ｂが求められていることになるので、最後のステップＳ９では、こうして得られたレリーフ構成面Ｂを媒体表面上に形成する処理が行われ、最終的に、物理的なレリーフ記録媒体Ｒが得られることになる。得られたレリーフ記録媒体Ｒ上には、図１０に示す「やかん」の形状そのものが表現されているわけではないが、「やかん」の各部の傾斜に関する情報が表現されていることになり、記録されているレリーフのデザインには、「やかん」の形状に関する特徴が反映されていることになる。別言すれば、得られたレリーフ記録媒体Ｒ上の凹凸構造は、「やかん」の特徴をモチーフとした異方性反射を生じる構造になり、観察者に対して、原画像となった「やかん」の特徴を彷彿させる模様を提示することができる。

＜＜＜ §４．本発明に係る凹凸構造データの生成装置 ＞＞＞
続いて、本発明に係るレリーフ記録媒体用の凹凸構造データ生成装置の構成および動作を説明する。このデータ生成装置は、三次元構造体から構成される立体画像の特徴を、表面の凹凸構造として記録したレリーフ記録媒体を製造するために利用される、凹凸構造データを生成するための装置であり、図９の流れ図に示すステップＳ１〜Ｓ８までの手順を実行する機能を有する。実際には、当該装置は、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構成される。このようなプログラムは、次のような各処理段階から構成される。

(1) ＸＹＺ三次元座標系上に定義された立体画像Ａを示す立体画像データを入力する段階（図９のステップＳ１の処理段階に対応）。

(2) 当該座標系のＸＹ平面上に、それぞれ単位面からなる画素Ｐを多数配列することによって構成される二次元画素配列を示すデータを設定する段階（図９のステップＳ２の処理段階に対応）。

(3) 各画素Ｐの所定位置に、座標値（ｘ，ｙ）をもつサンプル点Ｓ（ｘ，ｙ）を定義し、個々の画素Ｐについて、このサンプル点Ｓ（ｘ，ｙ）を通りＺ軸に平行な参照直線Ｌと立体画像Ａを構成する面との交点Ｑ（ｘ，ｙ，ｚ）を求める段階（図９のステップＳ３の処理段階に対応）。

(4) 個々の画素Ｐについて、上記交点Ｑ（ｘ，ｙ，ｚ）のＸＹ平面からの高さＨ（ｘ，ｙ）を求める段階（図９のステップＳ４の処理段階に対応）。

(5) レリーフ記録媒体上に形成される凹凸構造の最大高低差Ｄを設定する段階（図９のステップＳ５の処理段階に対応）。

(6) 所定の調整パラメータＫ（但し、Ｄ／Ｋは、立体画像ＡのＺ軸方向の最大寸法よりも小さい）を設定する段階（図９のステップＳ６の処理段階に対応）。

(7) 個々の画素Ｐについて、Ｍ（ｘ，ｙ）＝（Ｋ・Ｈ（ｘ，ｙ）） mod Ｄなる演算を施し、それぞれ剰余Ｍ（ｘ，ｙ）を求める段階（図９のステップＳ７の処理段階に対応）。

(8) 個々の画素Ｐのサンプル点Ｓ（ｘ，ｙ）の上方における剰余Ｍ（ｘ，ｙ）の高さに位置する上空点ＱＱ（ｘ，ｙ，ｚ）をそれぞれ通るレリーフ構成面を決定する段階（図９のステップＳ８の処理段階に対応）。より具体的には、個々の画素Ｐを構成する各単位面を、画素Ｐについて求められた剰余Ｍ（ｘ，ｙ）だけ上方に平行移動し、移動後に得られる単位面をレリーフ単位面ＰＰとし、このレリーフ単位面ＰＰの集合体を用いてレリーフ構成面を決定すればよい。このとき、隣接するレリーフ単位面ＰＰ間の境界に生じる段差部には、ＸＹ平面に垂直な段差壁面Ｆを定義し、レリーフ単位面ＰＰと段差壁面Ｆとの集合体をレリーフ構成面とすればよい。

(9) 決定されたレリーフ構成面を示すデータを出力する段階（図９のステップＳ９の処理段階に対応）。

なお、上述した(6) の処理段階は、本発明を実施する上では必須の段階ではなく、立体画像Ａの寸法が適切であれば、省略することができる。この場合、(7) の処理段階では、「Ｍ（ｘ，ｙ）＝Ｈ（ｘ，ｙ） mod Ｄ」なる演算により剰余Ｍ（ｘ，ｙ）を求めればよい。

本発明に係るレリーフ記録媒体用の凹凸構造データ生成装置は、上記各段階を実行するプログラムを組み込んだコンピュータによって実現されることになるが、その基本構成は、図１３のブロック図に示す各構成要素の集合として把握することができる。以下、この図１３に示す個々の構成要素の機能を説明する。

「Height Fieldデータ作成部１００」
前述したHeight Fieldデータを作成するための構成要素であり、立体画像データ格納部１１０，画素配列データ提供部１２０，交点演算部１３０，高さ演算部１４０によって構成されている。

「立体画像データ格納部１１０」
ＸＹＺ三次元座標系上に定義された立体画像Ａを示す立体画像データを格納する構成要素である。前述したとおり、立体画像Ａは、ＸＹＺ三次元座標系上に配置された多数のポリゴンもしくはパラメトリック曲面を示すデータとして用意することができる。

「画素配列データ提供部１２０」
ＸＹＺ三次元座標系のＸＹ平面上に、それぞれ単位面からなる画素Ｐを多数配列することによって構成される二次元画素配列を定義するための画素配列データを格納し、各画素Ｐの所定位置に定義されたサンプル点Ｓ（ｘ，ｙ）の位置を示すサンプル点位置データと、各画素Ｐを構成する単位面を示す画素単位面データと、を提供する構成要素である。実用上は、§２で述べたとおり、個々の画素Ｐを互いに同一サイズの矩形領域によって構成し、この矩形領域を縦横に隙間なく並べることによって二次元画素配列の定義を行うようにするのが好ましい。この場合、画素配列データ提供部１２０内には、画素Ｐを構成する矩形の縦サイズと横サイズを示すデータを画素配列データとして格納しておけばよい。たとえば、縦サイズ＝ａ、横サイズ＝ｂというデータを格納しておけば、原点Ｏを基準として、ａ×ｂのサイズの矩形からなる画素を縦横に隙間なく並べることによって二次元画素配列の定義を行うことができ、各画素の中心位置に定義されたサンプル点の位置を示すサンプル点位置データと、各画素を構成する画素単位面を示すデータ（たとえば、輪郭線のデータ）と、を演算によって求めることができる。

「交点演算部１３０」
画素配列データ提供部１２０から提供されるサンプル点位置データと立体画像データ格納部１１０内に格納されている立体画像データとに基づいて、個々の画素Ｐについて、そのサンプル点Ｓ（ｘ，ｙ）を通りＺ軸に平行な参照直線Ｌと立体画像Ａを構成する面との交点Ｑ（ｘ，ｙ，ｚ）を求める構成要素である。交点の座標値（ｘ，ｙ，ｚ）は、幾何学的な演算によって求めることができる。なお、図１１に示すように、参照直線Ｌに対して交差する面が複数あるために複数の交点が求まるケースがあるので、この交点演算部１３０内には、１つの交点を選択する選択ルールを格納しておくようにする。たとえば、最大のＺ座標値をもつ交点を統一して選択する選択ルールを格納しておき（もしくは最小のＺ座標値をもつ交点を統一して選択する選択ルールを格納しておいてもよい）、所定の画素Ｐについて複数の交点が求まる場合には、この選択ルールに基づいて選択された単一の交点を、当該画素Ｐについての交点Ｑ（ｘ，ｙ，ｚ）とすればよい。

「高さ演算部１４０」
個々の画素Ｐについて、交点演算部１３０によって求められた交点Ｑ（ｘ，ｙ，ｚ）のＸＹ平面からの高さＨ（ｘ，ｙ）を求める構成要素である。実際には、交点Ｑ（ｘ，ｙ，ｚ）のＺ座標値をそのまま高さＨ（ｘ，ｙ）の値として抽出する処理を行えばよい。

「剰余演算部２１０」
個々の画素Ｐについて、「Ｍ（ｘ，ｙ）＝（Ｋ・Ｈ（ｘ，ｙ）） mod Ｄ」なる演算を施し、それぞれ剰余Ｍ（ｘ，ｙ）を求める処理を行う構成要素である。演算に用いるＫ，Ｄは、パラメータ格納部２２０に格納されている値を利用する。

「パラメータ格納部２２０」
作成するレリーフ記録媒体Ｒ上に形成される凹凸構造の最大高低差Ｄと所定の調整パラメータＫ（但し、Ｄ／Ｋは、立体画像ＡのＺ軸方向の最大寸法よりも小さい）を格納する構成要素である。Ｄ，Ｋの値は、予め何らかの固定値を格納しておくことも可能であるが、実用上は、Ｄ，Ｋの値を、オペレータからの入力操作によって任意の値に設定できるようにしておくのが好ましい。たとえば、調整パラメータＫを可変値とするのであれば、オペレータからの入力操作に応じて、０＜Ｋ＜１の範囲内の値を任意に設定できるようにしておけばよい。なお、ＤおよびＫに任意の値を設定した結果、Ｄ／Ｋが、立体画像ＡのＺ軸方向の最大寸法Ｇと等しくなるか、Ｇよりも大きくなった場合は、Ｍ（ｘ，ｙ）は常にＫ・Ｈ（ｘ，ｙ）と等しくなるので、本発明の本来の処理を実行することはできなくなるが、レリーフ記録媒体Ｒを製造するために利用される凹凸構造データを生成する装置としては、支障なく機能する。この場合、立体画像ＡをＫ倍した画像がそのままレリーフ記録媒体Ｒ上に表現されることになる。

「レリーフ単位面演算部２３０」
個々の画素Ｐ（ｉ，ｊ）を構成する各単位面を、当該画素Ｐ（ｉ，ｊ）について求められた剰余Ｍ（ｘ，ｙ）だけ上方（Ｚ軸の正負いずれの方向を上方にとってもよい）に平行移動し、移動後に得られる各単位面をそれぞれレリーフ単位面ＰＰ（ｉ，ｊ）として求める構成要素である。

「レリーフ構成面作成部２４０」
レリーフ単位面ＰＰの集合体を用いてレリーフ構成面Ｂを決定し、このレリーフ構成面Ｂを示すデータを、レリーフ記録媒体の表面に形成すべき凹凸構造データとして出力する構成要素である。具体的には、図８に例示したように、隣接するレリーフ単位面ＰＰ間の境界に生じる段差部に、ＸＹ平面に垂直な段差壁面Ｆを定義し、レリーフ単位面ＰＰと段差壁面Ｆとの集合体を示すデータを、レリーフ構成面Ｂ（レリーフ記録媒体Ｒの表面に形成すべき凹凸構造データ）として出力する処理を行う。

なお、レリーフ単位面演算部２３０において、個々の画素Ｐ（ｉ，ｊ）を構成する各単位面を、当該画素Ｐ（ｉ，ｊ）について求められた剰余Ｍ（ｘ，ｙ）だけ上方に平行移動した後、移動後に得られる単位面を傾斜させた面をレリーフ単位面ＰＰとし、このレリーフ単位面ＰＰの集合体を用いてレリーフ構成面Ｂを決定するようにすることも可能である。すなわち、図８に示す例では、レリーフ単位面ＰＰ（ｉ，ｊ）は、画素Ｐ（ｉ，ｊ）を構成する単位面を上方に平行移動した面であるため、ＸＹ平面に平行な面になっているが、これを、たとえば、上空点ＱＱ（ｘ，ｙ，ｚ）を回転中心として傾斜させ、ＸＹ平面に対して非平行になるようにしてもかまわない。

この場合、隣接するレリーフ単位面ＰＰ間の境界に生じる段差部に形成すべき段差壁面Ｆ′は、必ずしもＸＹ平面に垂直な面にはならない。図１４は、このように、レリーフ単位面ＰＰを傾斜させることにより、レリーフ構成面Ｂを形成した例を示す斜視図である。各レリーフ単位面ＰＰは、必ずしもＸＹ平面に平行にはならないので、図にハッチングを施して示す段差壁面Ｆ′も、必ずしもＸＹ平面に垂直な面にはならない。

＜＜＜ §５．物理的な媒体の製造方法 ＞＞＞
最後に、§４で説明した凹凸構造データの生成装置から出力される凹凸構造データに基づいて、物理的な媒体を製造する具体的な方法（図９の流れ図におけるステップＳ９のプロセス）を説明する。

既に述べたとおり、本発明に係るレリーフ記録媒体は、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、書籍などの様々な印刷物、金属製の銘板や樹脂成型品からなる贈答品、土産物、雑貨など様々な商品に利用される。通常、これらの商品は量産されることになるので、まず、表面にレリーフ構成面Ｂが形成された原版となる媒体を作成した後、当該原版を用いたプレス加工により、多数の媒体を製造するのが一般的な手法となる。

このような原版となる媒体を作成する具体的な方法の一例は、ＮＣ工作機械を用いた切削加工により、被加工媒体の表面にレリーフ構成面Ｂからなる凹凸構造を形成する方法である。レリーフ構成面作成部２４０からレリーフ構成面データとして出力される凹凸構造データを、ＮＣ工作機械に与え、金属からなる被加工媒体の表面に対して切削加工を施せば、表面にレリーフ構成面Ｂからなる凹凸構造を有する原版を作成することができる。

より寸法精度の高い加工装置として、フレキソ製版機を用いることができる。図１５は、一般的なフレキソ製版機の基本構成を示す図である。図示のとおり、この製版機は、表面に被加工媒体３１０を巻き付けた状態で、回転軸αを中心として回転駆動する回転ドラム３２０と、強度変調したレーザビームβ１を照射するレーザビーム照射部３３０と、このレーザビームβ１を回転ドラム３２０の回転軸α方向に走査して、走査されたレーザビームβ２を被加工媒体３１０の表面に照射する走査部３４０と、を有している。回転ドラム３２０による回転駆動と、走査部３４０による走査を制御することにより、レーザビームβ２を被加工媒体３１０の表面上の任意の位置に照射することができる。また、レーザビームの強度を変調することができるので、各位置ごとに、照射エネルギーを制御することができる。

このような制御を、レリーフ構成面作成部２４０からレリーフ構成面データとして出力される凹凸構造データに基づいて行えば、被加工媒体３１０の表面にレリーフ構成面Ｂからなる凹凸構造をレーザ加工により形成することができる。一般的なフレキソ製版機は、１０μｍ程度の解像度で加工を行うことが可能である。したがって、たとえば、１画素Ｐの縦横サイズをそれぞれ１００μｍに設定しても、一般的なフレキソ製版機を用いた加工が十分に可能である。

もちろん、本発明を実施する際に用いる物理的な媒体の製造方法は、上述したＮＣ工作機械を用いた切削加工や、フレキソ製版機を用いたレーザ加工に限定されるものではない。要するに、何らかの媒体上に凹凸構造が形成できればよいので、たとえば、インクや樹脂などを盛り上げて媒体上に付着させる印刷技術を利用して、凹凸構造を形成することも可能である。

原画像として利用される任意の立体画像Ａの一例を示す斜視図である。 図１に示す立体画像Ａを高さ方向に縮小してレリーフ記録媒体Ｒ上に記録した例を示す斜視図である。 ＸＹ平面上のサンプル点Ｓ（ｘ，ｙ）を通る参照直線Ｌと半球面からなる立体画像Ａとの交点Ｑ（ｘ，ｙ，ｚ）を示す斜視図である。 ＸＹ平面上に定義された二次元画素配列の一例を示す平面図である。 図３に示す例において、多数のサンプル点と交点との関係を示す正面図である。 図５に示す例において、各サンプル点Ｓ（ｘ，ｙ）の垂直上方における剰余Ｍ（ｘ，ｙ）の高さに位置する上空点ＱＱ（ｘ，ｙ，ｚ）を示す正面図である。 図６に示す各上空点ＱＱ（ｘ，ｙ，ｚ）を通るレリーフ構成面Ｂを表面に形成したレリーフ記録媒体Ｒを示す縦断面図である。 図７に示すレリーフ記録媒体Ｒの部分拡大図である。 本発明に係るレリーフ記録媒体の製造方法の手順を示す流れ図である。 図９に示す流れ図におけるステップＳ１〜Ｓ４までの手順を具体例に即して示す斜視図である。 図９に示すステップＳ３における交点選択プロセスの一例を示す断面図である。 半球面からなる立体画像Ａを用いた場合の交点決定プロセスを示す斜視図である。 本発明に係るレリーフ記録媒体用の凹凸構造データ生成装置の基本構成を示すブロック図である。 レリーフ単位面ＰＰを傾斜させることにより、レリーフ構成面Ｂを形成する例を示す斜視図である。 媒体上に凹凸構造を形成するフレキソ製版機の基本構成を示す図である。

符号の説明

１００：Height Field データ作成部
１１０：立体画像データ格納部
１２０：画素配列データ提供部
１３０：交点演算部
１４０：高さ演算部
２１０：剰余演算部
２２０：パラメータ格納部
２３０：レリーフ単位面演算部
２４０：レリーフ構成面作成部
３１０：被加工媒体
３２０：回転ドラム
３３０：レーザビーム照射部
３４０：走査部
Ａ：立体画像
Ｂ：レリーフ構成面
Ｄ：レリーフ記録媒体に形成する凹凸構造の最大高低差
Ｅ：レリーフ記録媒体の基体部の厚み
Ｆ，Ｆ′：段差壁面
Ｇ：立体画像Ａの高さ寸法
Ｈ（ｘ，ｙ）：交点Ｑ（ｘ，ｙ，ｚ）のＸＹ平面からの高さ
ｉ：二次元画素配列の行番号
ｊ：二次元画素配列の列番号
Ｋ：調整パラメータ
Ｌ：参照直線
Ｍ（ｘ，ｙ）：高さＨ（ｘ，ｙ）に基づいて算出された剰余
Ｏ：ＸＹＺ三次元座標系の原点
Ｐ（ｉ，ｊ）：ＸＹ平面上に定義されたｉ行ｊ列目の画素／当該画素の単位面
ＰＰ（ｉ，ｊ）：レリーフ単位面
Ｑ（ｘ，ｙ，ｚ）：参照直線Ｌと立体画像Ａを構成する面との交点
ＱＱ（ｘ，ｙ，ｚ）：サンプル点Ｓ（ｘ，ｙ）から高さＭ（ｘ，ｙ）の位置にある上空点
Ｑ１〜Ｑ４：参照直線Ｌと立体画像Ａの各表面との交点
Ｒ：レリーフ記録媒体
Ｓ（ｘ，ｙ）：座標値（ｘ，ｙ）をもつサンプル点
Ｓ１〜Ｓ９：流れ図の各ステップ
Ｘ，Ｙ，Ｚ：ＸＹＺ三次元座標系の各座標軸
α：回転ドラムの回転軸
β１：強度変調されたレーザビーム
β２：走査されたレーザビーム

Claims (23)

1. 三次元構造体からなる立体画像の特徴を表面の凹凸構造として記録したレリーフ記録媒体を製造する方法であって、
   ＸＹＺ三次元座標系上に、任意の面から構成される立体画像を定義する段階と、
   前記座標系のＸＹ平面上に、それぞれ単位面からなる画素Ｐを多数配列することによって構成される二次元画素配列を定義する段階と、
   各画素Ｐの所定位置に、座標値（ｘ，ｙ）をもつサンプル点Ｓ（ｘ，ｙ）を定義し、個々の画素Ｐについて、このサンプル点Ｓ（ｘ，ｙ）を通りＺ軸に平行な参照直線Ｌと前記立体画像を構成する面との交点Ｑ（ｘ，ｙ，ｚ）を求める段階と、
   前記個々の画素Ｐについて、前記交点Ｑ（ｘ，ｙ，ｚ）のＸＹ平面からの高さＨ（ｘ，ｙ）を求める段階と、
   前記凹凸構造の最大高低差Ｄ（但し、Ｄは、前記立体画像のＺ軸方向の最大寸法よりも小さい）を設定する段階と、
   前記個々の画素Ｐについて、Ｍ（ｘ，ｙ）＝Ｈ（ｘ，ｙ） mod Ｄなる演算を施し、それぞれ剰余Ｍ（ｘ，ｙ）を求める段階と、
   前記個々の画素Ｐのサンプル点Ｓ（ｘ，ｙ）の上方における前記剰余Ｍ（ｘ，ｙ）の高さに位置する上空点ＱＱ（ｘ，ｙ，ｚ）をそれぞれ通るレリーフ構成面を決定する段階と、
   前記レリーフ構成面を媒体表面上に形成する段階と、
   を有することを特徴とするレリーフ記録媒体の製造方法。
2. 三次元構造体からなる立体画像の特徴を表面の凹凸構造として記録したレリーフ記録媒体を製造する方法であって、
   ＸＹＺ三次元座標系上に、任意の面から構成される立体画像を定義する段階と、
   前記座標系のＸＹ平面上に、それぞれ単位面からなる画素Ｐを多数配列することによって構成される二次元画素配列を定義する段階と、
   各画素Ｐの所定位置に、座標値（ｘ，ｙ）をもつサンプル点Ｓ（ｘ，ｙ）を定義し、個々の画素Ｐについて、このサンプル点Ｓ（ｘ，ｙ）を通りＺ軸に平行な参照直線Ｌと前記立体画像を構成する面との交点Ｑ（ｘ，ｙ，ｚ）を求める段階と、
   前記個々の画素Ｐについて、前記交点Ｑ（ｘ，ｙ，ｚ）のＸＹ平面からの高さＨ（ｘ，ｙ）を求める段階と、
   前記凹凸構造の最大高低差Ｄと所定の調整パラメータＫ（但し、Ｄ／Ｋは、前記立体画像のＺ軸方向の最大寸法よりも小さい）を設定する段階と、
   前記個々の画素Ｐについて、Ｍ（ｘ，ｙ）＝（Ｋ・Ｈ（ｘ，ｙ）） mod Ｄなる演算を施し、それぞれ剰余Ｍ（ｘ，ｙ）を求める段階と、
   前記個々の画素Ｐのサンプル点Ｓ（ｘ，ｙ）の上方における前記剰余Ｍ（ｘ，ｙ）の高さに位置する上空点ＱＱ（ｘ，ｙ，ｚ）をそれぞれ通るレリーフ構成面を決定する段階と、
   前記レリーフ構成面を媒体表面上に形成する段階と、
   を有することを特徴とするレリーフ記録媒体の製造方法。
3. 請求項１または２に記載の製造方法において、
   個々の画素Ｐを構成する各単位面を、当該画素Ｐについて求められた剰余Ｍ（ｘ，ｙ）だけ上方に平行移動し、移動後に得られる単位面をレリーフ単位面ＰＰとし、このレリーフ単位面ＰＰの集合体を用いてレリーフ構成面を決定することを特徴とするレリーフ記録媒体の製造方法。
4. 請求項３に記載の製造方法において、
   隣接するレリーフ単位面ＰＰ間の境界に生じる段差部に、ＸＹ平面に垂直な段差壁面Ｆを定義し、レリーフ単位面ＰＰと段差壁面Ｆとの集合体をレリーフ構成面とすることを特徴とするレリーフ記録媒体の製造方法。
5. 請求項１または２に記載の製造方法において、
   個々の画素Ｐを構成する各単位面を、当該画素Ｐについて求められた剰余Ｍ（ｘ，ｙ）だけ上方に平行移動し、移動後に得られる単位面を傾斜させた面をレリーフ単位面ＰＰとし、このレリーフ単位面ＰＰの集合体を用いてレリーフ構成面を決定することを特徴とするレリーフ記録媒体の製造方法。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載の製造方法において、
   記録対象となる立体画像を、ＸＹＺ三次元座標系上に配置された多数のポリゴンもしくはパラメトリック曲面として定義し、参照直線Ｌとの交点Ｑ（ｘ，ｙ，ｚ）を、前記ポリゴンもしくはパラメトリック曲面を示すデータを用いた演算処理によって求めることを特徴とするレリーフ記録媒体の製造方法。
7. 請求項１〜６のいずれかに記載の製造方法において、
   個々の画素Ｐを互いに同一サイズの矩形領域によって構成し、この矩形領域を縦横に隙間なく並べることによって二次元画素配列の定義を行い、各画素Ｐの中心位置にサンプル点Ｓ（ｘ，ｙ）を定義することを特徴とするレリーフ記録媒体の製造方法。
8. 請求項１〜７のいずれかに記載の製造方法において、
   最大のＺ座標値をもつ交点もしくは最小のＺ座標値をもつ交点のいずれか一方を統一して選択する選択ルールを予め定めておき、
   所定の画素Ｐについて、参照直線Ｌに対して交差する面が複数あるために複数の交点が求まる場合には、前記選択ルールに基づいて選択された単一の交点を、当該画素Ｐについての交点Ｑ（ｘ，ｙ，ｚ）とすることを特徴とするレリーフ記録媒体の製造方法。
9. 請求項１〜８のいずれかに記載の製造方法において、
   表面にレリーフ構成面が形成された原版となる媒体を作成した後、当該原版を用いたプレス加工により、多数の媒体を製造することを特徴とするレリーフ記録媒体の製造方法。
10. 請求項９に記載の製造方法において、
    ＮＣ工作機械を用いた切削加工により、被加工媒体の表面にレリーフ構成面を形成し、原版となる媒体を作成することを特徴とするレリーフ記録媒体の製造方法。
11. 請求項９に記載の製造方法において、
    表面に被加工媒体を巻き付けた状態で回転駆動する回転ドラムと、強度変調したレーザビームを照射するレーザビーム照射部と、このレーザビームを前記回転ドラムの回転軸方向に走査する走査部と、を有する製版装置を用いたレーザ加工により、前記被加工媒体の表面にレリーフ構成面を形成し、原版となる媒体を作成することを特徴とするレリーフ記録媒体の製造方法。
12. 三次元構造体からなる立体画像の特徴を表面の凹凸構造として記録したレリーフ記録媒体を製造するプロセスで用いられるプログラムであって、
    ＸＹＺ三次元座標系上に定義された立体画像Ａを示す立体画像データを入力する段階と、
    前記座標系のＸＹ平面上に、それぞれ単位面からなる画素Ｐを多数配列することによって構成される二次元画素配列を示すデータを設定する段階と、
    各画素Ｐの所定位置に、座標値（ｘ，ｙ）をもつサンプル点Ｓ（ｘ，ｙ）を定義し、個々の画素Ｐについて、このサンプル点Ｓ（ｘ，ｙ）を通りＺ軸に平行な参照直線Ｌと前記立体画像を構成する面との交点Ｑ（ｘ，ｙ，ｚ）を求める段階と、
    前記個々の画素Ｐについて、前記交点Ｑ（ｘ，ｙ，ｚ）のＸＹ平面からの高さＨ（ｘ，ｙ）を求める段階と、
    前記凹凸構造の最大高低差Ｄ（但し、Ｄは、前記立体画像のＺ軸方向の最大寸法よりも小さい）を設定する段階と、
    前記個々の画素Ｐについて、Ｍ（ｘ，ｙ）＝Ｈ（ｘ，ｙ） mod Ｄなる演算を施し、それぞれ剰余Ｍ（ｘ，ｙ）を求める段階と、
    前記個々の画素Ｐのサンプル点Ｓ（ｘ，ｙ）の上方における前記剰余Ｍ（ｘ，ｙ）の高さに位置する上空点ＱＱ（ｘ，ｙ，ｚ）をそれぞれ通るレリーフ構成面を決定する段階と、
    前記レリーフ構成面を示すデータを出力する段階と、
    をコンピュータに実行させるためのプログラム。
13. 三次元構造体からなる立体画像の特徴を表面の凹凸構造として記録したレリーフ記録媒体を製造するプロセスで用いられるプログラムであって、
    ＸＹＺ三次元座標系上に定義された立体画像Ａを示す立体画像データを入力する段階と、
    前記座標系のＸＹ平面上に、それぞれ単位面からなる画素Ｐを多数配列することによって構成される二次元画素配列を示すデータを設定する段階と、
    各画素Ｐの所定位置に、座標値（ｘ，ｙ）をもつサンプル点Ｓ（ｘ，ｙ）を定義し、個々の画素Ｐについて、このサンプル点Ｓ（ｘ，ｙ）を通りＺ軸に平行な参照直線Ｌと前記立体画像を構成する面との交点Ｑ（ｘ，ｙ，ｚ）を求める段階と、
    前記個々の画素Ｐについて、前記交点Ｑ（ｘ，ｙ，ｚ）のＸＹ平面からの高さＨ（ｘ，ｙ）を求める段階と、
    前記凹凸構造の最大高低差Ｄと所定の調整パラメータＫ（但し、Ｄ／Ｋは、前記立体画像のＺ軸方向の最大寸法よりも小さい）を設定する段階と、
    前記個々の画素Ｐについて、Ｍ（ｘ，ｙ）＝（Ｋ・Ｈ（ｘ，ｙ）） mod Ｄなる演算を施し、それぞれ剰余Ｍ（ｘ，ｙ）を求める段階と、
    前記個々の画素Ｐのサンプル点Ｓ（ｘ，ｙ）の上方における前記剰余Ｍ（ｘ，ｙ）の高さに位置する上空点ＱＱ（ｘ，ｙ，ｚ）をそれぞれ通るレリーフ構成面を決定する段階と、
    前記レリーフ構成面を示すデータを出力する段階と、
    をコンピュータに実行させるためのプログラム。
14. 請求項１２または１３に記載のプログラムにおいて、
    個々の画素Ｐを構成する各単位面を、当該画素Ｐについて求められた剰余Ｍ（ｘ，ｙ）だけ上方に平行移動し、移動後に得られる単位面をレリーフ単位面ＰＰとし、このレリーフ単位面ＰＰの集合体を用いてレリーフ構成面を決定する処理をコンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。
15. 請求項１４に記載のプログラムにおいて、
    隣接するレリーフ単位面ＰＰ間の境界に生じる段差部に、ＸＹ平面に垂直な段差壁面Ｆを定義し、レリーフ単位面ＰＰと段差壁面Ｆとの集合体をレリーフ構成面とする処理をコンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。
16. 請求項１２または１３に記載のプログラムにおいて、
    個々の画素Ｐを構成する各単位面を、当該画素Ｐについて求められた剰余Ｍ（ｘ，ｙ）だけ上方に平行移動し、移動後に得られる単位面を傾斜させた面をレリーフ単位面ＰＰとし、このレリーフ単位面ＰＰの集合体を用いてレリーフ構成面を決定する処理をコンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。
17. 三次元構造体からなる立体画像の特徴を表面の凹凸構造として記録したレリーフ記録媒体を製造するために利用される、凹凸構造データを生成する装置であって、
    ＸＹＺ三次元座標系上に定義された立体画像を示す立体画像データを格納する立体画像データ格納部と、
    前記座標系のＸＹ平面上に、それぞれ単位面からなる画素Ｐを多数配列することによって構成される二次元画素配列を定義するための画素配列データを格納し、各画素Ｐの所定位置に定義されたサンプル点Ｓ（ｘ，ｙ）の位置を示すサンプル点位置データと、各画素Ｐを構成する単位面を示す画素単位面データと、を提供する画素配列データ提供部と、
    前記サンプル点位置データと前記立体画像データとに基づいて、個々の画素Ｐについて、そのサンプル点Ｓ（ｘ，ｙ）を通りＺ軸に平行な参照直線Ｌと前記立体画像を構成する面との交点Ｑ（ｘ，ｙ，ｚ）を求める交点演算部と、
    前記個々の画素Ｐについて、前記交点Ｑ（ｘ，ｙ，ｚ）のＸＹ平面からの高さＨ（ｘ，ｙ）を求める高さ演算部と、
    前記凹凸構造の最大高低差Ｄ（但し、Ｄは、前記立体画像のＺ軸方向の最大寸法よりも小さい）を格納するパラメータ格納部と、
    前記個々の画素Ｐについて、Ｍ（ｘ，ｙ）＝Ｈ（ｘ，ｙ） mod Ｄなる演算を施し、それぞれ剰余Ｍ（ｘ，ｙ）を求める剰余演算部と、
    個々の画素Ｐを構成する各単位面を、当該画素Ｐについて求められた剰余Ｍ（ｘ，ｙ）だけ上方に平行移動し、移動後に得られる各単位面をそれぞれレリーフ単位面ＰＰとして求めるレリーフ単位面演算部と、
    前記レリーフ単位面ＰＰの集合体を用いてレリーフ構成面を決定し、このレリーフ構成面を示すデータを、レリーフ記録媒体の表面に形成すべき凹凸構造データとして出力するレリーフ構成面作成部と、
    を備えることを特徴とするレリーフ記録媒体用の凹凸構造データ生成装置。
18. 三次元構造体からなる立体画像の特徴を表面の凹凸構造として記録したレリーフ記録媒体を製造するために利用される、凹凸構造データを生成する装置であって、
    ＸＹＺ三次元座標系上に定義された立体画像を示す立体画像データを格納する立体画像データ格納部と、
    前記座標系のＸＹ平面上に、それぞれ単位面からなる画素Ｐを多数配列することによって構成される二次元画素配列を定義するための画素配列データを格納し、各画素Ｐの所定位置に定義されたサンプル点Ｓ（ｘ，ｙ）の位置を示すサンプル点位置データと、各画素Ｐを構成する単位面を示す画素単位面データと、を提供する画素配列データ提供部と、
    前記サンプル点位置データと前記立体画像データとに基づいて、個々の画素Ｐについて、そのサンプル点Ｓ（ｘ，ｙ）を通りＺ軸に平行な参照直線Ｌと前記立体画像を構成する面との交点Ｑ（ｘ，ｙ，ｚ）を求める交点演算部と、
    前記個々の画素Ｐについて、前記交点Ｑ（ｘ，ｙ，ｚ）のＸＹ平面からの高さＨ（ｘ，ｙ）を求める高さ演算部と、
    前記凹凸構造の最大高低差Ｄと所定の調整パラメータＫ（但し、Ｄ／Ｋは、前記立体画像のＺ軸方向の最大寸法よりも小さい）を格納するパラメータ格納部と、
    前記個々の画素Ｐについて、Ｍ（ｘ，ｙ）＝（Ｋ・Ｈ（ｘ，ｙ）） mod Ｄなる演算を施し、それぞれ剰余Ｍ（ｘ，ｙ）を求める剰余演算部と、
    個々の画素Ｐを構成する各単位面を、当該画素Ｐについて求められた剰余Ｍ（ｘ，ｙ）だけ上方に平行移動し、移動後に得られる各単位面をそれぞれレリーフ単位面ＰＰとして求めるレリーフ単位面演算部と、
    前記レリーフ単位面ＰＰの集合体を用いてレリーフ構成面を決定し、このレリーフ構成面を示すデータを、レリーフ記録媒体の表面に形成すべき凹凸構造データとして出力するレリーフ構成面作成部と、
    を備えることを特徴とするレリーフ記録媒体用の凹凸構造データ生成装置。
19. 請求項１７または１８に記載の生成装置において、
    立体画像データ格納部が、ＸＹＺ三次元座標系上に配置された多数のポリゴンもしくはパラメトリック曲面を示すデータを、立体画像データとして格納することを特徴とするレリーフ記録媒体用の凹凸構造データ生成装置。
20. 請求項１７〜１９に記載の生成装置において、
    画素配列データ提供部が、画素Ｐを構成する矩形の縦サイズと横サイズを示すデータを画素配列データとして格納しており、この画素Ｐを縦横に隙間なく並べることによって二次元画素配列の定義を行い、各画素Ｐの中心位置に定義されたサンプル点Ｓ（ｘ，ｙ）の位置を示すサンプル点位置データと、各画素Ｐを構成する矩形を示す画素単位面データと、を演算によって求めることを特徴とするレリーフ記録媒体用の凹凸構造データ生成装置。
21. 請求項１７〜２０のいずれかに記載の生成装置において、
    交点演算部が、最大のＺ座標値をもつ交点もしくは最小のＺ座標値をもつ交点のいずれか一方を統一して選択する選択ルールを保持しており、
    所定の画素Ｐについて、参照直線Ｌに対して交差する面が複数あるために複数の交点が求まる場合には、前記選択ルールに基づいて選択された単一の交点を、当該画素Ｐについての交点Ｑ（ｘ，ｙ，ｚ）とすることを特徴とするレリーフ記録媒体用の凹凸構造データ生成装置。
22. 請求項１７〜２１のいずれかに記載の生成装置において、
    レリーフ構成面作成部が、隣接するレリーフ単位面ＰＰ間の境界に生じる段差部に、ＸＹ平面に垂直な段差壁面Ｆを定義し、レリーフ単位面ＰＰと段差壁面Ｆとの集合体を示すデータを、レリーフ記録媒体の表面に形成すべき凹凸構造データとして出力することを特徴とするレリーフ記録媒体用の凹凸構造データ生成装置。
23. 請求項１７〜２１のいずれかに記載の生成装置において、
    個々の画素Ｐを構成する各単位面を、当該画素Ｐについて求められた剰余Ｍ（ｘ，ｙ）だけ上方に平行移動し、移動後に得られる単位面を傾斜させた面をレリーフ単位面ＰＰとし、このレリーフ単位面ＰＰの集合体を用いてレリーフ構成面を決定することを特徴とするレリーフ記録媒体用の凹凸構造データ生成装置。

Images