JP5057705B2 - 三次元レリーフの作成方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は、２次元の原画像から凹凸を有する三次元レリーフを作成する方法および装置に関する。

従来より、美術品である絵画、彫刻などを三次元レリーフとして複製したものがある。また、人物や風景、または山や谷などの自然の地形の２次元画像に基づいて三次元レリーフを復元したものも知られている。

このような三次元レリーフを自動的に製造する加工システムが提案されている（特許文献１）。つまり、特許文献１によると、デジタルカメラなどによってレリーフのモチーフとなる画像を入力すると、各画素の色調データに基づいて算出された階調データに基づきレリーフの高さを表すＺ座標データが設定され、各画素の二次元位置データＤ（ｘ，ｙ）に基づきレリーフの平面位置を表すＸ−Ｙ座標データが設定される。そして、これらをＸＹＺ座標とする三次元形状データに基づいて工具のカッターパスが算出され、算出されたカッターパスに基づいて、被加工物の表面がＮＣ加工機により研削加工される。

ＮＣ加工機で表面を研削された被加工物に対し、画素情報の二次元位置データと対応する位置に、色調データで表された色乃至明るさのインクを噴霧して着色を行う。

しかし、上に述べた特許文献１の加工システムによる場合は、ＮＣ加工機で表面を研削された被加工物に着色を行うに際し、被加工物の表面の凹凸形状を考慮することなく、元の画像の色調データで表される色のインクを被加工物に噴霧するだけであるので、凹凸形状に起因して着色ムラが生じてしまい、画像が忠実でなくなったり不鮮明になったりする。

すなわち、例えば従来のように２次元の平面的なシートに印刷（着色）を行う場合には、例えばインクジェットプリンタのプリンタヘッドを一定速度で走査しながら画像の濃度に応じてインクを吐出すればよいが、表面に凹凸がある場合には、凹凸によって実際の表面積が増大するので、従来と同じように印刷を行った場合には、凹凸の傾斜が急な部分ほどインク量が不足して濃度が低くなる。また、凹凸による高さの低い部分は、プリンタヘッドからの距離が遠くなるため、そのままでは鮮明な画像の印刷が困難である。その結果、画像に濃度ムラができ、元の画像に忠実でなくなりまた不鮮明になる。

また、このように、プリンタヘッドからの距離が異なることによる印刷ムラを減らすための方法として、プリントヘッドの走査の間にプリントヘッドから立体物のプリント面までの距離を各吐出地点毎に測定し、この吐出地点間の間隔に対する測定距離の変位量を求め、これに基づいてインク吐出量を変化させることが提案されている（特許文献２）。
特開平９−３１１７０７ 特開平９−１９３３６８

しかし、上に述べた特許文献２において、インク吐出量の制御のために、プリントヘッドの走査の間にプリント面までの距離を各吐出地点毎に測定するものであるところから、測定のための装置が必要であり、しかも測定して得たデータを制御のために処理するのに時間を要するため印刷速度の点で問題が残る。また、インク吐出量の制御精度が測定精度にも左右されることとなり、着色ムラや画像の鮮明さにおいて問題が解消されているとはいえない。

本発明は、上述の問題に鑑みてなされたもので、インク吐出量の制御などの濃度制御をより正確に行って着色ムラや画像の鮮明さにおいて従来よりも有利なものとし、しかも印刷速度をあげることができて、原画像により忠実な三次元レリーフを早く作成することのできる方法および装置を提供することを目的とする。

本発明に係る方法は、２次元画像である原画像から三次元レリーフを作成する方法であって、前記原画像を複数の領域に区画し、区画された各領域に対して高さレベルを手動で付与する高さレベル付与工程と、前記原画像について、前記各領域に対して付与された高さレベルに応じた高さ画像を生成する高さ画像生成工程と、加工装置により前記高さ画像に基づく数値制御を行ってレリーフ材料に対して加工を施し、前記原画像についての前記高さ画像で示される高さに応じた凹凸を有する三次元レリーフ原形を作成するレリーフ原形作成工程と、前記三次元レリーフ原形に対して、前記高さ画像に基づく濃度制御を行いながら、前記原画像に基づく画像印刷を行うことによって着色を行う着色工程と、を有してなる。

また、高さレベルが付与された領域における高さ画像の生成のパターンに関して複数のパターンを予め登録しておき、前記高さ画像生成工程において、それぞれの領域について、登録された複数のパターンの中から選択されたパターンに基づいて各部の高さを決定して前記高さ画像を生成する。

また、前記高さ画像は、各部の高さをグレースケールを用いて示す濃淡画像である。

また、前記濃淡画像は、前記原画像における背景部からの高さが高い部分ほど濃度が低くなっている。

また、前記高さ画像は、各部の高さを互いに異なる色相によって示したものである。

また、前記着色工程においてインクジェットプリンタを用い、前記濃度制御として、前記原画像の濃度が均一であると仮定した場合に前記三次元レリーフ原形の表面における濃度が均一となるようにインクの吐出量の制御を行う。

また、前記濃度制御において、プリントヘッドによるインクの一回当たりの吐出量を制御する。

また、前記濃度制御において、プリントヘッドによる単位時間当たりのインクの吐出回数を制御する。

また、前記濃度制御において、プリントヘッドの移動速度を制御する。

また、前記濃度制御において、プリントヘッドの前記三次元レリーフ原形の表面に沿った移動速度が均一となるように制御する。

また、前記高さ画像に基づいて、各部についての前記原画像の単位長さ当たりの高さの変化分を示す高さ変化データを生成し、前記高さ変化データに基づいて前記濃度制御を行う。

本発明に係る装置は、２次元画像である原画像から三次元レリーフを作成する装置であって、前記原画像について区画された複数の各領域に対し手動で付与された高さレベルに応じた高さ画像を生成する高さ画像生成部と、加工装置により前記高さ画像に基づく数値制御を行ってレリーフ材料に対して加工を施し、前記原画像についての前記高さ画像で示される高さに応じた凹凸を有する三次元レリーフ原形を作成するレリーフ原形作成部と、前記三次元レリーフ原形に対して、前記高さ画像に基づく濃度制御を行いながら、前記原画像に基づく画像印刷を行うことによって着色を行う着色部と、を有してなる。

また、前記原画像を格納する原画像格納部と、レリーフ材料に対して加工を施し前記原画像についての三次元レリーフ原形を作成する数値制御加工装置と、前記三次元レリーフ原形に対して前記原画像に基づく画像印刷を行うことによって着色を行うインクジェットプリンタと、前記原画像について区画された複数の各領域に対し手動で付与された高さレベルに応じた高さ画像を生成する高さ画像生成部と、前記高さ画像に基づいて、各部についての前記原画像の単位長さ当たりの高さの変化分を示す高さ変化データを生成する高さ変化データ生成部と、前記三次元レリーフ原形において前記高さ画像で示される高さに応じた凹凸を形成するために前記高さ画像を前記数値制御加工装置の制御のために出力するデータ出力部と、前記インクジェットプリンタに対して、前記高さ変化データに基づいて、前記原画像の濃度が均一であると仮定した場合に前記三次元レリーフ原形の表面における濃度が均一となるようにインクの吐出量の制御を行う濃度制御部と、を有してなる。

本発明によると、インク吐出量の制御などの濃度制御をより正確に行って着色ムラや画像の鮮明さにおいて従来よりも有利なものとし、しかも印刷速度をあげることができて、原画像により忠実な三次元レリーフを早く作成することができる。

図１は本発明に係る三次元レリーフ作成装置１の全体の構成を示す図、図２は原画像ＧＦの構成を示す図、図３は高さ画像ＴＦの構成を示す図、図４は高さ変化データＨＦの構成を示す図、図５は原画像ＧＦを区画した領域ＡＲに高さレベルＴＬを設定した例を示す図、図６はパターンＰＴの例を示す図、図７はパターンＰＴについての濃淡画像ＮＦの例を示す図、図８は三次元レリーフ原形ＲＧとプリンタヘッドＰＨとの関係の例を示す図、図９は三次元レリーフ原形ＲＧとプリンタヘッドＰＨとの関係の例を示す図、図１０は高さ変化データＨＦを説明する図である。

図１において、三次元レリーフ作成装置１は、画像処理のためのコンピュータ１０、制御データ生成部２１、数値制御加工装置２２、およびインクジェットプリンタ２３などからなる。

コンピュータ１０は、ＣＰＵやＤＳＰなどによる処理装置、半導体メモリや磁気ディスクなどの記憶装置、キーボードやマウスなどの入力装置、表示装置、および種々のインタフェース回路などを含んで構成されている。それらによって、ソフトウエア的にまたはハードウエア的に、コンピュータ１０内に、原画像格納部１１、高さ画像生成部１２、高さ画像格納部１３、高さ変化データ生成部１４、高さ変化データ格納部１５、およびデータ出力部１６が、機能的に形成されている。

原画像格納部１１は、原画像ＧＦを格納する。なお、原画像ＧＦは画像データであるが、画像データの元になった画像を指すこともある。また、特に視覚可能な画像と画像データとを区別する際には、「原画像データＧＦ」「原画像ＧＦのデータ」「画像データ」などと記載することがある。他の画像についても同様である。

さて、原画像ＧＦとして、人物、動物、建築物、風景など、また、山や谷などの自然の地形の鳥瞰図や航空写真など、種々の画像が用いられる。

原画像ＧＦは、図２に示すように、Ｘ方向およびＸ方向に直交するＹ方向にマトリックス状に配列された多数の画素ＧＳからなる２次元画像である。各画素ＧＳは、色情報ＣＤを持つ。色情報ＣＤは濃度情報を含む。例えば、各画素ＧＳが、ＲＧＢまたはＣＭＹＫなどで表現されている場合は、各原色の濃度情報によって各画素ＧＳの色、つまり、色相、彩度、および明度が決定される。画素ＧＳは他の表色系のデータによって表現されていてもよい。

このような原画像ＧＦを得るために、それらの実物をデジタルカメラやビデオカメラなどによって撮影してもよい。また、既に撮影された写真や印刷物などをスキャナなどで読み取ってデジタル化してもよい。また、既にデジタル化されて画像データとなった原画像ＧＦを、ＣＤ−ＲＯＭやメモリチップなどの記憶媒体を介して、またはネットワークからダウンロードして取得することも可能である。また、コンピュータ１０の内部において、種々のアプリケーションを用いて原画像ＧＦを生成してもよい。

なお、原画像ＧＦは、図２に示すようなビットマップ状のデータとして格納しておいてもよいが、適当な圧縮方法によって圧縮された圧縮データとして格納しておいてもよい。原画像ＧＦは、通常、フルカラー画像であるが、モノクロ画像でもよい。

高さ画像生成部１２は、原画像ＧＦに基づいて、原画像ＧＦ内の各部の高さを示す高さ画像ＴＦを生成する。生成された高さ画像ＴＦは、高さ画像格納部１３に格納される。

高さ画像ＴＦは、図３に示すように、Ｘ方向およびＹ方向にマトリックス状に配列された多数の各画素ＧＳについて、Ｘ方向およびＹ方向に直交するＺ方向のデータである高さデータＴＤを記録したものである。高さ画像ＴＦの画素ＧＳのピッチまたは個数は、原画像ＧＦの画素ＧＳのピッチまたは個数と同じであってもよく、また原画像ＧＦの画素ＧＳを間引いたものであってもよい。

高さデータＴＤとして、例えば、２５６階調（８ビット）、６４階調（６ビット）などのデータが用いられる。高さデータＴＤは、例えば、最も低い位置（例えば背景位置）から最も高い位置までの間における位置を示す。また、高さデータＴＤが、最も低い位置からの距離を直接的に示すようにしてもよい。図９において、高さデータＴＤは、ＴＤ２、ＴＤ３、ＴＤ４などで示されている。なお、図９において、高さデータＴＤを、プリンタヘッドＰＨからの距離ＰＤ２、ＰＤ３、ＰＤ４で示してもよい。高さデータＴＤは、原画像ＧＦにおいては高さを示すものであるが、プリンタヘッドＰＨや切削工具からから見れば奥行きまたは深さを示すものとも言えるので、奥行きデータまたは深さデータと言うこともできる。

このような高さ画像ＴＦを得るために、例えば、図５に示すように、原画像ＧＦを複数の領域ＡＲに区画し、区画された各領域ＡＲに対して高さレベルＴＬを付与する。高さレベルＴＬの付与は、ユーザが手動で行ってもよく、または画像内における領域ＡＲの状態をコンピュータ１０で認識させることにより自動で行ってもよい。

図５に示す例では、高さレベルＴＬは、例えば１〜１０の１０段階に設定されており、領域ＡＲ１〜５には、高さレベルＴＬとして、それぞれ「３」「１」「２」「４」「６」が設定されている。この場合に、高さレベルＴＬは、その領域ＡＲにおける最大の高さを規定するものであり、「１」が最も高く、「１０」が最も低い。したがって、例えば、背景領域（背景部、背景位置）は、高さレベルＴＬが「１０」である。

なお、高さレベルＴＬの段階の個数、高さレベルＴＬとして付与する符号または記号、それら符号または記号に与える意味付けなどは、種々のものを採用することができる。

また、領域ＡＲの区画に仕方については、輪郭線を領域ＡＲの境界線として設定し、また濃度や色が大きく変化している部分を領域ＡＲの境界線として設定する。また、ユーザによって手動で区画してもよい。

各領域ＡＲにおいて付与された高さレベルＴＬに応じて、各領域ＡＲ内における各部（各画素ＧＳ）の高さを決定する。

その場合に、例えば、図６に示すように、高さレベルＴＬが付与された領域ＡＲにおける高さデータＴＤの生成のパターンに関して複数のパターンＰＴ１〜６を予め登録しておく。そして、それぞれの領域ＡＲについて、登録された複数のパターンＰＴ１〜６の中から、ユーザにより手動でまたは自動的に、１つのパターンＰＴを選択する。選択されたパターンＰＴに基づいて、各部（各画素ＧＳ）の高さを決定する。

例えば、図６のパターンＰＴ１が選択された場合は、その領域ＡＲにおける中央位置を高さレベルＴＬで指定される最大の高さとし、その周辺に向かうにしたがって、パターンＰＴ１で示されるように円弧状に高さが低下していく。また、図６のパターンＰＴ２が選択された場合は、その領域ＡＲの中央位置から周辺に向かうにしたがってパターンＰＴ２で示されるように直線状に高さが低下していく。また、図６のパターンＰＴ６が選択された場合は、その領域ＡＲの中央位置は平であり、周辺において直線状に高さが低下していく。

ところで、本実施形態において、高さ画像ＴＦは、各部の高さをグレースケールを用いて示す濃淡画像である。例えば、上に述べた図６のパターンＰＴ６について、その濃淡画像の例が図７に示されている。

すなわち、図７において、パターンＰＴ６（図７Ｃ）に対応する濃淡画像ＮＦ（図７Ｂ）およびグレースケールＧＳ（図７Ａ）が示されている。最も高い位置は白、最も低い位置は黒、その中間の高さは高さに応じたグレーとなっている。つまり、濃淡画像ＮＦは、背景部からの高さが高い部分ほど濃度が低くなっている。図７のパターンＰＴ６では、１０段階であるが、実際には、例えば６４段階、２５６段階などとすればよい。

図７において、最も高い位置は高さレベルＴＬが「１」に対応し、最も低い位置は高さレベルＴＬが「１０」に対応する。しかし、パターンＰＴの高さは、相対的なものであり、パターンＰＴの最も高い位置と最も低い位置とが指定された任意の高さ位置となるように合わせられる。つまり、高さレベルＴＬが例えば「３」の領域ＡＲについてパターンＰＴ６を適用する場合に、パターンＰＴ６の最も高い位置の白の部分が高さレベル「３」となり、かつ、パターンＰＴ６の最も低い位置の黒の部分がその領域ＡＲの周縁部の高さレベルとなる。

なお、図７においては、高さをグレースケールＧＳで示しているが、各部の高さを互いに異なる色相によって示してもよい。例えば、最も高い位置を茶、最も低い位置を青、その中間の高さを緑とし、高さに応じてそれぞれの色の濃淡が変化するようにする。

なお、図７に示す濃淡画像ＮＦから分かるように、濃淡画像ＮＦのＺ軸に沿った断面はどの位置でも同じではない。つまり、図６に示す種々のパターンＰＴについて、Ｘ軸方向およびＹ軸方向のサイズの比は種々のものが存在する。

ここで、各領域ＡＲにおいて、高さレベルＴＬとパターンＰＴが設定された後で、各画素ＧＳにどのような高さデータＴＤが割り当てられるかについて、その例を説明する。

すなわち、例えば、高さレベルＴＬが「３」と設定され、パターンＰＴ６が選択された場合には、パターンＰＴ６の最も高い位置が高さレベル「３」となり、最も低い位置がその領域ＡＲの周縁部の高さレベルとなる。パターンＰＴ６の周辺が領域ＡＲの周縁部と一致するように相似変形される。その結果、高さレベルＴＬが例えば１０段階である場合に、パターンＰＴ６の最も高い位置が最大高さの１０分の３の高さとなり、そこから最も低い位置まで、パターンＰＴ６の変化と比例するように、各画素ＧＳに高さデータＴＤが割り当てられる。そして、その領域ＡＲについて、割り当てられた高さデータＴＤが、濃淡画像として、例えば表示装置の画面や印刷された用紙に表示される。ユーザは、その濃淡画像を見て、必要に応じて濃淡画像を修正する。例えば、ある部分と他の部分との遠近の関係、ある部分の凹凸状態、ある部分の立体形状などについて、原画像ＧＦの内容に合うように修正する。

さて次に、高さ変化データ生成部１４は、高さ画像ＴＦに基づいて、各部についての原画像ＧＦの単位長さＬＸ当たりの高さの変化分ＬＺを示す高さ変化データＨＦを生成する（図１０を参照）。生成された高さ変化データＨＦは、高さ変化データ格納部１５に格納される。

高さ変化データＨＦは、図４に示すように、Ｘ方向およびＹ方向にマトリックス状に配列された多数の各画素ＧＳについて、Ｘ方向およびＹ方向に直交するＺ方向のデータの変化量である傾斜データＫＤを記録したものである。高さ変化データＨＦの画素ＧＳのピッチまたは個数は、高さ画像ＴＦの画素ＧＳのピッチまたは個数と同じであってもよく、また高さ画像ＴＦの画素ＧＳを間引いたものであってもよい。

傾斜データＫＤとして、例えば、２５６階調（８ビット）、６４階調（６ビット）などのデータが用いられる。傾斜データＫＤは、例えば、水平な面の傾斜角を０度とし、高さ画像ＴＦに基づいて各画素ＧＳの位置において得られる面の水平な面からの傾斜角θの絶対値を示すようにしてもよい。この場合には、傾斜データＫＤは、０〜９０度を示すことになる。図９において、傾斜データＫＤは、θ１、θ２、θ３、θ４などで示されている。また、傾斜データＫＤとして、どの方向に傾斜しているかを示すデータを付加してもよい。

このような高さ変化データＨＦを得るためには、例えば次のようにすればよい。

すなわち、ある画素ＧＳを注目画素ＧＳＴとし、注目画素ＧＳＴについて、その高さデータＴＤとその周囲の８個の画素ＧＳの高さデータＴＤとの差をそれぞれ求め、差の最大値をその注目画素ＧＳＴの傾斜データＫＤとする。またはそれを必要に応じて規格化する。

また、注目画素ＧＳＴについて、その周囲の８個の画素ＧＳの高さデータＴＤの間における差の最大値を求め、それを注目画素ＧＳＴの傾斜データＫＤとする。必要に応じて規格化する。このようにして全ての画素ＧＳについての傾斜データＫＤを得る。

また、例えば、隣接する３×３個つまり９個の画素ＧＳからなる面の傾斜を求め、それを９個の画素ＧＳについての傾斜データＫＤとする。これを、２×２個、４×４個などとしてもよい。

データ出力部１６は、三次元レリーフ原形において高さ画像ＴＦで示される高さに応じた凹凸を形成するために、高さ画像ＴＦを数値制御加工装置２２の制御のために出力する。データ出力部１６は、データの入出力のための適当なインタフェースであってもよい。また、適当な記録媒体に対してデータの書き込みを行うための媒体ドライブ装置であってもよい。

制御データ生成部２１は、データ出力部１６から出力された高さ画像ＴＦに基づいて、数値制御加工装置２２を制御するための制御データを生成する。なお、そのような制御データを生成するに際して、原画像ＧＦのデータをも用いてもよい。また、制御データの生成をコンピュータ１０の内部で行い、制御データを適当なインタフェースを介して数値制御加工装置２２に出力するようにしてもよい。

数値制御加工装置２２は、制御データに基づいて、レリーフ材料ＲＺに対して加工を施し、原画像ＧＦについての三次元レリーフ原形ＲＧを作成する。数値制御加工装置２２として、種々のＮＣ旋盤、マシニングセンター、レーザ加工機、サンドブラスト、ルーターなどを用いることが可能である。なお、レリーフ材料ＲＺには、材木、石膏、合成樹脂、または金属など、種々の材料が用いられ、また、その形状として、直方体状、板状、円柱状、各柱状、球状など、種々の形状のものが用いられる。三次元レリーフ原形ＲＧは、レリーフ材料ＲＺに加工を施したものであるから、加工された表面は、通常、レリーフ材料ＲＺと同じ色である。

インクジェットプリンタ２３は、三次元レリーフ原形ＲＧに対して三次元レリーフ原形ＲＧの表面に、原画像ＧＦに基づく画像印刷を行うことによって着色を行う。インクジェットプリンタ２３は、例えば、Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋの各色のインクを保持し、原画像ＧＦの色データに応じて、高速でパルス状に微量のそれぞれのインクを噴射し、三次元レリーフ原形ＲＧの凹凸の表面にフルカラーの画像を生成する。インクジェットプリンタ２３の基本的な機能としては、上に述べた特許文献２の装置を始めとして、従来から存在する種々の公知のインクジェットプリンタを用いることができる。

さて、本実施形態のインクジェットプリンタ２３には、濃度制御部２４が設けられている。

濃度制御部２４は、インクジェットプリンタ２３に対して、高さ変化データＨＦに基づいて、原画像ＧＦの濃度が均一であると仮定した場合に三次元レリーフ原形ＲＧの表面における濃度が均一となるようにインクの吐出量の制御を行う。

すなわち、三次元レリーフ原形ＲＧの表面に凹凸があることによって、プリンタヘッドＰＨの主走査方向（Ｘ方向）の直線移動距離に対して、それに沿った三次元レリーフ原形ＲＧの表面距離の方が長くなる。背景技術の項でも説明したように、インクによる着色ムラまたは印刷ムラを低減して鮮明な画像を得るために、この距離の相違を修正する必要がある。濃度制御部２４においては、着色ムラがなくなるように濃度制御を行う。しかも、その濃度制御のために、数値制御加工装置２２の制御に用いた高さ画像ＴＦをここでも用いる。

プリンタヘッドＰＨの主走査方向の直線移動距離は、インクジェットプリンタ２３の設計値によって決まる。例えば、図８に示す距離Ｌ１が直線移動距離である。これに対して、三次元レリーフ原形ＲＧの表面距離は、図８に示す三次元レリーフ原形ＲＧの表面凹凸ＨＴに沿った長さＬ２である。三次元レリーフ原形ＲＧの表面距離は、例えば数値制御加工装置２２の工具先端の移動距離であり、高さ画像ＴＦから、または高さ画像ＴＦに基づいて生成した制御データから読み取ることができる。また、濃度制御のために、高さ変化データＨＦを用いてもよい。例えば、高さ変化データＨＦの大きさに応じてプリンタヘッドＰＨによる濃度が高くなるように制御すればよい。

さて、濃度制御において、高さ変化データＨＦの大きい部分または画素ＧＳにおいて、より多くのインクが吐出されるように制御する。

そのための方法として、例えば次の方法がある。
（１）プリンタヘッドＰＨの走行速度は一定とし、高さ変化データＨＦの大きさに応じてインクの噴射一回当たりの吐出量を制御する。その場合に、例えば、プリンタヘッドＰＨに印加する電圧を制御する。つまり高さ変化データＨＦが大きい場合に、プリンタヘッドＰＨに印加する電圧を高くして吐出量を多くする。一回当たりの吐出量を多くすると、インクの吐出速度が速くなるので、三次元レリーフ原形ＲＧの表面にインクが速く到達し、そのため印刷位置の誤差が低減して画像の鮮明度の低下が抑えられる。
（２）プリンタヘッドＰＨの走行速度は一定とし、高さ変化データＨＦの大きさに応じて単位時間当たりのインクの吐出回数を制御する。単位時間当たりのインクの吐出回数をふ増やすと、例えば、複数回のインクの噴射されたインク滴が連続するとともに、僅かな間隔で次のインクが噴射されるので、先に噴射されたインク滴に後で噴射されたインク滴が追いついて合体することが生じる。これによっても、インクの吐出速度が速くなりまたはインク滴の質量が大きくなり、インク的によるスポットの精度が高くなって印刷位置の誤差が低減し、画像の鮮明度の低下が抑えられる。
（３）プリンタヘッドＰＨによるインクの噴射一回当たりの吐出量および単位時間当たりのインクの吐出回数を一定とし、高さ変化データＨＦの大きさに応じてプリンタヘッドＰＨの移動速度を制御する。この場合に、プリンタヘッドＰＨの三次元レリーフ原形ＲＧの表面に沿った移動速度が均一となるように制御する。

このように濃度制御を行うことによって、図９に示す傾斜角θの大きな部分においてより多くのインクが付着することとなり、その結果、三次元レリーフ原形ＲＧの表面凹凸ＨＴの全体について、画像濃度が同じであると仮定した場合の単位面積当たりのインクの付着量が均一となる。

なお、図９において、三次元レリーフ原形ＲＧの背景部分については、プリンタヘッドＰＨからの距離が大きくなり、プリンタヘッドＰＨからのインクが周辺に拡がり易いが、インクの初速を速くしたりインク滴の質量を大きくすることによってある程度補うことができる。

なお、インクジェットプリンタ２３においては、濃度制御部２４による制御のために必要な機構および回路が設けられている。また、濃度制御部２４における制御のための処理はコンピュータ１０において行い、インクジェットプリンタ２３においてはそれを実行するだけにしてもよい。

次に、三次元レリーフ作成装置１の全体的な動作について、フローチャートを参照して説明する。

図１１は三次元レリーフ作成装置１の全体の動作の流れを示すフローチャート、図１２は高さ画像作成処理の手順を示すフローチャート、図１３は加工処理の手順を示すフローチャート、図１４は着色処理の手順を示すフローチャートである。

図１１において、原画像ＧＦを取得し（＃１）、原画像ＧＦに基づいて高さ画像ＴＦを生成する（＃２）。高さ画像ＴＦに基づく制御データを用いて数値制御加工装置２２を制御し、レリーフ材料ＲＺを加工して三次元レリーフ原形ＲＧを作成する（＃３）。高さ画像ＴＦに基づくデータである高さ変化データＨＦを用いてインクジェットプリンタ２３を制御し、濃度制御を行いながら三次元レリーフ原形ＲＧに印刷を行って着色する（＃４）。

図１２において、高さ画像作成処理においては、原画像ＧＦを領域ＡＲに区画し、区画されたそれぞれの領域ＡＲに対して高さレベルＴＬを付与する（＃１１）。このとき、それぞれの領域ＡＲについて適用すべきパターンＰＴを指定する。それぞれの領域ＡＲについて濃淡画像を生成し、それを表示する（＃１２）。ユーザは、濃淡画像に対し、必要に応じて修正を行う（＃１３）。そのようにして得られた濃淡画像は、高さ画像ＴＦを示すことになる。または、得られた濃淡画像を階調データに変換して高さ画像ＴＦとする（＃１４）。

図１３において、高さ画像ＴＦを制御用データとして出力する（＃２１）。高さ画像ＴＦに基づいて、制御データを生成する（＃２２）。制御データを用いて数値制御加工装置２２を運転し、レリーフ材料ＲＺを加工して三次元レリーフ原形ＲＧを作成する（＃２３）。

図１４において、高さ画像ＴＦに基づいて、高さ変化データＨＦを生成する（＃３１）。高さ変化データＨＦに基づいて濃度制御を行い（＃３２）、三次元レリーフ原形ＲＧの表面に印刷して三次元レリーフＲＲを作成する（＃３３）。

上に述べたように、本実施形態の三次元レリーフ作成装置１によると、高さ画像ＴＦに基づく数値制御を行ってレリーフ材料ＲＺに対して加工を施して三次元レリーフ原形ＲＧを作成するとともに、三次元レリーフ原形ＲＧに対して、高さ画像ＴＦに基づく濃度制御を行いながら、原画像ＧＦに基づく画像印刷を行うことによって着色を行うので、濃度制御が正確に行われ、着色ムラや画像の鮮明さが従来よりも良好である。濃度制御のための制御データを別途作成する必要がない。これらのことから、印刷速度をあげることができて、原画像ＧＦにより忠実な三次元レリーフを早く作成することができる。

上に述べた実施形態の三次元レリーフ作成装置１において、パターンＰＴ１〜６の個数はもっと多くても少なくてもよい。パターンＰＴを種々変形するようにしてもよい。パターンＰＴを用いることなく各画素ＧＳの高さを決定してもよい。その他、コンピュータ１０または三次元レリーフ作成装置１の全体または各部の構成、形状、寸法、個数、材質、画像の内容、コンピュータ１０における処理内容、処理順序などは、本発明の趣旨に沿って適宜変更することができる。

本発明に係る三次元レリーフ作成装置の全体の構成を示す図である。 原画像の構成を示す図である。 高さ画像の構成を示す図である。 高さ変化データの構成を示す図である。 原画像を区画した領域に高さレベルを設定した例を示す図である。 パターンの例を示す図である。 パターンについての濃淡画像の例を示す図である。 三次元レリーフ原形とプリンタヘッドとの関係の例を示す図である。 三次元レリーフ原形とプリンタヘッドとの関係の例を示す図である。 高さ変化データを説明する図である。 三次元レリーフ作成装置の全体の動作の流れを示すフローチャートである。 高さ画像作成処理の手順を示すフローチャートである。 加工処理の手順を示すフローチャートである。 着色処理の手順を示すフローチャートである。

符号の説明

１ 三次元レリーフ作成装置
１０ コンピュータ
１１ 原画像格納部
１２ 高さ画像生成部
１３ 高さ画像格納部
１４ 高さ変化データ生成部
１５ 高さ変化データ格納部
１６ データ出力部
２１ 制御データ生成部
２２ 数値制御加工装置
２３ インクジェットプリンタ
２４ 濃度制御部
ＧＦ 原画像
ＴＦ 高さ画像
ＨＦ 高さ変化データ
ＲＲ 三次元レリーフ
ＲＺ レリーフ材料
ＲＧ 三次元レリーフ原形
ＴＬ 高さレベル
ＡＲ 領域
ＰＴ パターン

Claims (14)

1. ２次元画像である原画像から三次元レリーフを作成する方法であって、
   前記原画像を複数の領域に区画し、区画された各領域に対して高さレベルを手動で付与する高さレベル付与工程と、
   前記原画像について、前記各領域に対して付与された高さレベルに応じた高さ画像を生成する高さ画像生成工程と、
   加工装置により前記高さ画像に基づく数値制御を行ってレリーフ材料に対して加工を施し、前記原画像についての前記高さ画像で示される高さに応じた凹凸を有する三次元レリーフ原形を作成するレリーフ原形作成工程と、
   前記三次元レリーフ原形に対して、前記高さ画像に基づく濃度制御を行いながら、前記原画像に基づく画像印刷を行うことによって着色を行う着色工程と、
   を有してなることを特徴とする三次元レリーフの作成方法。
2. 高さレベルが付与された領域における高さ画像の生成のパターンに関して複数のパターンを予め登録しておき、
   前記高さ画像生成工程において、
   それぞれの領域について、登録された複数のパターンの中から選択されたパターンに基づいて各部の高さを決定して前記高さ画像を生成する、
   請求項１記載の三次元レリーフの作成方法。
3. 前記高さ画像は、各部の高さをグレースケールを用いて示す濃淡画像である、
   請求項１または２記載の三次元レリーフの作成方法。
4. 前記濃淡画像は、前記原画像における背景部からの高さが高い部分ほど濃度が低くなっている、
   請求項３記載の三次元レリーフの作成方法。
5. 前記高さ画像は、各部の高さを互いに異なる色相によって示したものである、
   請求項１または２記載の三次元レリーフの作成方法。
6. 前記着色工程においてインクジェットプリンタを用い、
   前記濃度制御として、前記原画像の濃度が均一であると仮定した場合に前記三次元レリーフ原形の表面における濃度が均一となるようにインクの吐出量の制御を行う、
   請求項１ないし５のいずれかに記載の三次元レリーフの作成方法。
7. 前記濃度制御において、プリントヘッドによるインクの一回当たりの吐出量を制御する、
   請求項６記載の三次元レリーフの作成方法。
8. 前記濃度制御において、プリントヘッドによる単位時間当たりのインクの吐出回数を制御する、
   請求項６記載の三次元レリーフの作成方法。
9. 前記濃度制御において、プリントヘッドの移動速度を制御する、
   請求項６記載の三次元レリーフの作成方法。
10. 前記濃度制御において、プリントヘッドの前記三次元レリーフ原形の表面に沿った移動速度が均一となるように制御する、
    請求項９記載の三次元レリーフの作成方法。
11. 前記高さ画像に基づいて、各部についての前記原画像の単位長さ当たりの高さの変化分を示す高さ変化データを生成し、
    前記高さ変化データに基づいて前記濃度制御を行う、
    請求項１ないし１０のいずれかに記載の三次元レリーフの作成方法。
12. ２次元画像である原画像から三次元レリーフを作成する方法であって、
    前記原画像を複数の領域に区画し、区画された各領域に対して高さレベルを手動で付与し、前記各領域に対して付与された高さレベルに応じた高さ画像を生成し、生成された高さ画像に基づいて加工装置を制御し、これによってレリーフ材料に対して加工を施し、前記原画像についての前記高さ画像で示される高さに応じた凹凸を有する三次元レリーフ原形を作成する、レリーフ原形作成工程と、
    前記三次元レリーフ原形に対して、前記高さ画像に基づく濃度制御を行いながら、前記原画像に基づく画像印刷を行うことによって着色を行う着色工程と、
    を有してなることを特徴とする三次元レリーフの作成方法。
13. ２次元画像である原画像から三次元レリーフを作成する装置であって、
    前記原画像について区画された複数の各領域に対し手動で付与された高さレベルに応じた高さ画像を生成する高さ画像生成部と、
    加工装置により前記高さ画像に基づく数値制御を行ってレリーフ材料に対して加工を施し、前記原画像についての前記高さ画像で示される高さに応じた凹凸を有する三次元レリーフ原形を作成するレリーフ原形作成部と、
    前記三次元レリーフ原形に対して、前記高さ画像に基づく濃度制御を行いながら、前記原画像に基づく画像印刷を行うことによって着色を行う着色部と、
    を有してなることを特徴とする三次元レリーフの作成装置。
14. ２次元画像である原画像から三次元レリーフを作成する三次元レリーフ作成装置であって、
    前記原画像を格納する原画像格納部と、
    レリーフ材料に対して加工を施し前記原画像についての三次元レリーフ原形を作成する数値制御加工装置と、
    前記三次元レリーフ原形に対して前記原画像に基づく画像印刷を行うことによって着色を行うインクジェットプリンタと、
    前記原画像について区画された複数の各領域に対し手動で付与された高さレベルに応じた高さ画像を生成する高さ画像生成部と、
    前記高さ画像に基づいて、各部についての前記原画像の単位長さ当たりの高さの変化分を示す高さ変化データを生成する高さ変化データ生成部と、
    前記三次元レリーフ原形において前記高さ画像で示される高さに応じた凹凸を形成するために前記高さ画像を前記数値制御加工装置の制御のために出力するデータ出力部と、
    前記インクジェットプリンタに対して、前記高さ変化データに基づいて、前記原画像の濃度が均一であると仮定した場合に前記三次元レリーフ原形の表面における濃度が均一となるようにインクの吐出量の制御を行う濃度制御部と、
    を有してなることを特徴とする三次元レリーフの作成装置。