JP5136282B2 - 意匠確認装置、意匠確認方法、およびプログラム - Google Patents

Description

本発明は、表面に凹凸模様を有する媒体のハイトフィールドを用いて、媒体の意匠を確認することを支援する意匠確認装置、意匠確認方法、およびプログラムに関する。

従来、合成皮革、壁紙等のエンボス版の製造では、石膏等にシリコンを流し込んで型取りしてシリコン版を作成し、シリコン版に黒鉛を塗って銅メッキして銅型を作成し、銅型に鉄めっきして鉄プレートを作成する。鉄プレートの焼入れ後、鉄プレートをロールに反転し、多段の腐蝕で形状を再現し、エンボス形状をロール化する。ロールで型押ししてダイスを作成し、継ぎ目修正後にダイスから反転してミルを作成する。そして、ミルを型押しし、ロールに反転後、硝酸を使い鉄ロールを腐蝕してエンボスロールを作成し、サンドブラスト、メッキの工程を経て、ミル電鋳エンボス版を製造する。このように、従来のエンボス板の製造は、職人手作業によるもので生産性が悪かった。また、製造時間、費用もかかった。

エンボス版の製造時間、費用を低減し、品質を均一化するため、表面の凹凸形状をデジタル的に入力し、基本画像のリピート画像を作成し、補正、合成した後、リピート画像から彫刻用データを作成し、この彫刻用データを基に彫刻機で押型材に凹凸模様を彫刻するという方法がある。（例えば、特許文献１参照）

特開２００４−３５８６６２号公報

壁紙、合成皮革等の製造においては、例えば、２０ｃｍ×１０ｃｍ程度の単位領域の柄を並べて全体の柄を作成することによる柄の繰り返しが生じたり、隣接する単位領域の境目で柄が不連続になってしまったり、あるいは、鏡面反射が強い範囲と弱い範囲が不均一に存在することによるツヤむらのような意匠癖が製品に生じやすい。意匠癖は、特定の方向からのみ見えるという場合もある。

表面の凹凸形状をデジタル的に入力し、基本画像のリピート画像を作成し、補正、合成を行う場合、最終製品を製造する前にコンピュータグラフィック技術により意匠癖を特定し修正する必要があるが、通常のコンピュータグラフィック技術では視点方向と投影方向が同じで、例えば、図９に示すように媒体を鉛直方向から見た場合、視点方向、投影方向も鉛直方向となる。
視点方向を鉛直方向に設定した場合、任意の方向から見た鏡面反射を表示することができないため、特定の方向から見える意匠癖を検出することができない可能性がある。
視点方向を任意の方向に設定した場合、ツヤむらのような意匠癖を表示することができるが、投影方向も視点方向と同じ方向に設定されるため、表示される像は正面からの像ではないため像が歪んでしまい、意匠癖の位置、形を正確に特定することができない。
これらの課題は、特許文献１を始めとする従来技術では解決されていない。

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、特定の方向からのみ見える意匠癖を確認することを支援する意匠確認装置等を提供することである。

前述した目的を達成するために第１の発明は、表面に凹凸模様を有する媒体のハイトフィールドを用いて、媒体の意匠を確認することを支援する意匠確認装置であって、前記媒体に対する光源方向、視点方向を設定する光源方向・視点方向設定手段と、前記ハイトフィールド、前記光源方向、前記視点方向を用いて、各画素の輝度値を算出する輝度値算出手段と、前記輝度値を、前記媒体の鉛直方向に投影変換する投影変換手段と、前記投影変換した輝度値を正規化し、画像として出力する画像出力手段と、を具備し、前記光源方向・視点方向設定手段は、前記視点方向を前記媒体の鉛直方向とは異なる方向に設定することを特徴とする意匠確認装置である。

「ハイトフィールド」は、媒体の表面の凹凸模様の各画素の高度データを濃淡値で表したグレースケール画像である。

前記輝度値算出手段は、注目画素と隣接する画素とのハイトフィールドの高度差を示す接線ベクトルを算出し、算出した接線ベクトルに基づいて隣接する画素の法線ベクトルを算出し、算出した隣接する画素の法線ベクトルの平均を注目画素の法線ベクトルとして算出し、算出した注目画素の法線ベクトルに基づいて輝度値を算出する。

前記画像出力手段は、算出した輝度値を、例えば、０から２５５の整数に正規化し、グレースケール画像として出力する。あるいは、算出した輝度値を０か１の整数に正規化し、２値画像として出力する。出力した画像を表示することにより、柄の繰り返し、隣接する単位領域の境目の不連続性、鏡面反射が強い範囲と弱い範囲が意匠に関係なく存在するツヤむらのような意匠癖を視覚で確認することができる。

第２の方法は、表面に凹凸模様を有する媒体のハイトフィールドを用いて、媒体の意匠を確認することを支援する意匠確認方法であって、前記媒体に対する光源方向、視点方向を設定する光源方向・視点方向設定ステップと、前記ハイトフィールド、前記光源方向、前記視点方向を用いて、各画素の輝度値を算出する輝度値算出ステップと、前記輝度値を、前記媒体の鉛直方向に投影変換する投影変換ステップと、前記投影変換した輝度値を正規化し、画像として出力する画像出力ステップと、を含み、前記光源方向・視点方向設定ステップは、前記視点方向を前記媒体の鉛直方向とは異なる方向に設定することを特徴とする意匠確認方法である。

第３の発明は、コンピュータを第１の発明の意匠確認装置として機能させるプログラムである。

本発明により、特定の方向からのみ見える意匠癖を確認することを支援する意匠確認装置等を提供することができる。

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。

図１は、本発明の実施の形態に係る意匠確認装置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。
意匠確認装置１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、意匠確認装置１が行う後述する処理（図３等参照）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、意匠確認装置１の機能を実現する構成について説明する。
図２は、意匠確認装置１の機能の概要を示すブロック図である。

図２に示すように、意匠確認装置１は、光源方向・視点方向設定手段２１、輝度値算出手段２３、投影変換手段２５、画像出力手段２７、ハイトフィールドデータ２９、輝度データ３１等を備える。

光源方向・視点方向設定手段２１は、媒体表面に対する光源方向と視点方向を設定する。光源方向及び視点方向は、ユーザが任意の値を入力し設定することが可能である。

輝度値算出手段２３は、媒体表面のハイトフィールドデータ２９、光源方向・視点方向設定手段２１により設定された光源方向、視点方向を用いて、全画素の輝度データ３１を算出する。

投影変換手段２５は、輝度データ３１を媒体の鉛直方向に投影変換し、各画素のｘｙ座標の輝度データ３１を算出する。

画像出力手段２７は、算出した輝度データ３１を画像に変換して出力する。各画素の輝度データ３１は、例えば０から２５５の整数に正規化したグレースケール画像や、０か１の整数に正規化した２値画像として表示、またはファイル出力する。各画素の輝度データ３１は、サーモグラフィーのように色相の変化で表示するカラー画像を出力してもよい。

次に、図３、４、５、６、７、８を参照しながら、意匠確認装置１の動作の詳細について説明する。
図３は、意匠確認装置１が行う意匠確認処理の流れを示すフローチャート、図４は、光源方向、視点方向の設定の一例を示す図、図５は、注目画素の法線ベクトルの一例を示す図、図６は、媒体表面の視点ベクトル、光源ベクトル、法線ベクトル、正反射ベクトルの一例を示す図、図７は、出力画像の一例を示す図、図８は、柄の繰り返し、不連続性を検出する場合の一例を示す図である。

意匠確認装置１の制御部３は、表面の凹凸形状をデジタル的に入力して作成した基本画像となる媒体表面に対して、光源方向・視点方向設定手段２１により、入力部１１および表示部１３を介したユーザとの対話的処理を行い、媒体表面に対する視点方向、光源方向を設定する（ステップＳ１０１）。
図４に示すように、投影方向は鉛直方向であるが、光源方向、視点方向を任意の方向に設定することにより、特定の方向からしか見えない意匠癖を検出できる。

意匠確認装置１の制御部３は、輝度値算出手段２３により、媒体表面のハイトフィールドデータ２９から全画素の輝度データ３１を算出する（ステップＳ１０２）。
最初に、注目画素と隣接する周囲４近傍の画素との高度差を示す接線ベクトルを算出する。図５に示すように、右側の隣接画素との接線ベクトルをＴ_ｒ、下側の隣接画素との接線ベクトルをＴ_ｄ、左側の隣接画素との接線ベクトルをＴ_ｌ、上側の隣接画素との接線ベクトルをＴ_ｕとし、位置（ｘ，ｙ）での表面形状の高度をｚ_ｘ，ｙ、隣接する画素との距離、すなわちハイトフィールドの幅方向をΔｘ、隣接する画素との距離、すなわちハイトフィールドの縦方向をΔｙとすると、各接線ベクトルはＴ_ｒ＝（Δｘ，０，（ｚ_{ｘ＋１，ｙ}−ｚ_ｘ，ｙ））、Ｔ_ｄ＝（０，Δｙ，（ｚ_{ｘ，ｙ＋１}−ｚ_ｘ，ｙ））、Ｔ_l＝（−Δｘ，０，（ｚ_{ｘ―１，ｙ}−ｚ_ｘ，ｙ））、Ｔ_ｕ＝（０，−Δｙ，（ｚ_{ｘ，ｙ―１}−ｚ_ｘ，ｙ））と算出される。

次に、注目画素の周囲４近傍の法線ベクトルの平均である法線ベクトルＮを算出する。注目画素の４近傍の接線ベクトルＴ_ｒ、Ｔ_ｄ、Ｔ_ｌ、Ｔ_ｕの外積から図５に示す周囲４近傍の接線ベクトルから算出した法線ベクトルＮ_ｌｕ＝Ｔ_ｌ×Ｔ_ｕ、Ｎ_ｕｒ＝Ｔ_ｕ×Ｔ_ｒ、Ｎ_ｒｄ＝Ｔ_ｒ×Ｔ_ｄ、Ｎ_ｄｌ＝Ｔ_ｄ×Ｔ_ｌを算出し、注目画素の法線ベクトルＮ＝（Ｎ_ｌｕ＋Ｎ_ｕｒ＋Ｎ_ｒｄ＋Ｎ_ｄｌ）／４を算出する。

光源方向・視点方向設定手段２１により設定した光源方向から、図６に示す光源ベクトルＬを算出する。光源の仰角をθ、方位角をφとすると、光源ベクトルＬはＬ＝（ｃｏｓθｃｏｓφ，ｃｏｓθｓｉｎφ，ｓｉｎθ）で表される。
注目画素の法線ベクトルＮと光源ベクトルＬより、光線の正反射ベクトルＲ＝（２×Ｎ）×（Ｌ・Ｎ）−Ｌを算出する。
視点方向の視点ベクトルＷも、光源ベクトルと同様に算出する。

視点ベクトルＷと正反射ベクトルＲのなす角をαとすると、視点ベクトルＷと正反射ベクトルＲのなす角αの余弦ｃｏｓαは、ｃｏｓα＝（Ｗ・Ｒ）／（｜Ｗ｜×｜Ｒ｜）により算出する。
法線ベクトルＮと光源ベクトルＬのなす角をβとすると、法線ベクトルＮと光源ベクトルＬのなす角βの余弦ｃｏｓβは、ｃｏｓβ＝（Ｌ・Ｎ）／（｜Ｌ｜×｜Ｎ｜）により算出する。

光源により照射した媒体の各画素の輝度データ３１は、拡散反射、鏡面反射の各成分を足し合わせることにより求める。
入射光の強さをＩ_ｉ、拡散反射光による輝度値をＩ_ｄ、鏡面反射光による輝度値をＩ_ｓ、反射の強さを表す拡散反射率をｋ_ｄ、光沢の強さを表す鏡面反射率をｋ_ｓ、光沢の鋭さを表す係数をｎとすると、拡散反射光による輝度値Ｉ_ｄは、ランバートの余弦則に基づき、Ｉ_ｄ＝Ｉ_ｉ・ｋ_ｄ・ｃｏｓβで表される。また、鏡面反射光による輝度値Ｉ_ｓは、フォンの反射モデルに基づき、Ｉ_ｓ＝Ｉ_ｉ・ｋ_ｓ・ｃｏｓ^ｎαで表される。入射光の強さＩ_ｉ、拡散反射率ｋ_ｄ、鏡面反射率ｋ_ｓ、光沢の鋭さを表す係数ｎは定数で、固定値としてもよいし、ユーザが設定するようにしてもよい。
光源により照射した媒体の各画素の輝度データ３１となる輝度値Ｉ_ｏは、Ｉ_ｏ＝Ｉ_ｄ＋Ｉ_ｓ＝Ｉ_ｉ（ｋ_ｄｃｏｓβ＋ｋ_ｓｃｏｓ^ｎα）により算出する。

意匠確認装置１の制御部３は、投影変換手段２５により、ステップＳ１０３で算出した輝度データ３１を媒体の鉛直方向に投影変換する（ステップＳ１０４）。
平行投影の場合、変換前後で注目画素のｘ、ｙ座標は変わらないため、算出した輝度データ３１を元の画素のｘ、ｙ座標で表示すればよい。尚、投影変換は、平行投影に限らず、例えば、透視投影でも良い。

意匠確認装置１の制御部３は、画像出力手段２７により、輝度データ３１を０から２５５の整数、あるいは、０か１の整数に正規化し、画像として表示、またはファイル出力する（ステップＳ１０４）。
輝度データ３１を０から２５５の整数に正規化すると、図７に示すようなグレースケール画像として出力される。輝度データ３１を０か１の整数に正規化すると、２値画像として出力される。
図７に示すように、画像には鏡面反射の強い範囲と弱い範囲が不均一に存在しており、ツヤむらがあることを視覚的に確認できる。このように、意匠癖の位置を正確に特定することができるため、表面の凹凸形状をデジタル的に入力して作成した基本画像の意匠癖を修正することが容易となる。

柄の繰り返し、隣接する単位領域の境目での柄の不連続性を確認する場合は、図８に示すように、一つの版から作成される基本画像となる単位領域４１を並べて配置し、図３に示す処理を行うことにより、意匠癖を検出することができる。

意匠癖を修正した基本画像のリピート画像を作成し、リピート画像から彫刻用データを作成し、この彫刻用データを基に彫刻機で押型材に凹凸模様を彫刻し、エンボス版を製造する。あるいは、意匠癖を修正した基本画像のハイトフィールドからエンボス版のパターン画像データを作成し、フォトエッチング等によりエンボス版を製造する。製造したエンボス版を用いて、エンボス化粧材の基材にエンボス加工を行い、壁紙等を製造する。

以上説明したように、本発明の実施の形態に係る意匠確認装置１は、光源方向・視点方向設定手段２１により、媒体表面に対する光源方向と視点方向を設定し、媒体表面のハイトフィールドデータ２９、光源方向・視点方向設定手段２１により設定された光源方向、視点方向を用いて、輝度値算出手段２３が全画素の輝度データ３１を算出する。投影変換手段２５は、輝度データ３１を媒体の鉛直方向に投影変換し、各画素のｘｙ座標の輝度データ３１を算出し、画像出力手段２７は、算出した輝度データ３１を画像に変換して出力する。このように、任意の視点方向と光源方向で観察した媒体の画素毎の輝度値を鉛直方向に投影した画像として提示する意匠確認装置等を提供することができる。

以上、添付図面を参照しながら、本発明に係る意匠確認装置等の好適な実施形態について説明したが、本発明は係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。

意匠確認装置１を実現するコンピュータのハードウェア構成図 意匠確認装置１の機能の概要を示すブロック図 意匠確認装置１が行う意匠確認処理の流れを示すフローチャート 光源方向、視点方向の設定の一例を示す図 注目画素の法線ベクトルの一例を示す図 媒体表面の視点ベクトル、光源ベクトル、法線ベクトル、正反射ベクトルの一例を示す図 出力画像の一例を示す図 柄の繰り返し、不連続性を検出する場合の一例を示す図 従来のコンピュータグラフィック技術における視点方向、投影方向を示す図

符号の説明

１………意匠確認装置
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………光源方向・視点方向設定手段
２３………輝度値算出手段
２５………投影変換手段
２７………画像出力手段
２９………ハイトフィールドデータ
３１………輝度データ

Claims (7)

1. 表面に凹凸模様を有する媒体のハイトフィールドを用いて、媒体の意匠を確認することを支援する意匠確認装置であって、
   前記媒体に対する光源方向、視点方向を設定する光源方向・視点方向設定手段と、
   前記ハイトフィールド、前記光源方向、前記視点方向を用いて、各画素の輝度値を算出する輝度値算出手段と、
   前記輝度値を、前記媒体の鉛直方向に投影変換する投影変換手段と、
   前記投影変換した輝度値を正規化し、画像として出力する画像出力手段と、
   を具備し、
   前記光源方向・視点方向設定手段は、前記視点方向を前記媒体の鉛直方向と異なる方向に設定することを特徴とする意匠確認装置。
2. 前記輝度値算出手段は、注目画素と隣接する画素とのハイトフィールドの高度差を示す接線ベクトルを算出し、算出した接線ベクトルに基づいて隣接する画素の法線ベクトルを算出し、算出した隣接する画素の法線ベクトルの平均を注目画素の法線ベクトルとして算出し、算出した注目画素の法線ベクトルに基づいて輝度値を算出することを特徴とする請求項１記載の意匠確認装置。
3. 前記画像出力手段は、グレースケール画像、あるいは、２値画像を出力することを特徴とする請求項１記載の意匠確認装置。
4. 表面に凹凸模様を有する媒体のハイトフィールドを用いて、媒体の意匠を確認することを支援する意匠確認方法であって、
   前記媒体に対する光源方向、視点方向を設定する光源方向・視点方向設定ステップと、
   前記ハイトフィールド、前記光源方向、前記視点方向を用いて、各画素の輝度値を算出する輝度値算出ステップと、
   前記輝度値を、前記媒体の鉛直方向に投影変換する投影変換ステップと、
   前記投影変換した輝度値を正規化し、画像として出力する画像出力ステップと、
   を含み、
   前記光源方向・視点方向設定ステップは、前記視点方向を前記媒体の鉛直方向と異なる方向に設定することを特徴とする意匠確認方法。
5. 前記輝度値算出ステップは、注目画素と隣接する画素とのハイトフィールドの高度差を示す接線ベクトルを算出し、算出した接線ベクトルに基づいて隣接する画素の法線ベクトルを算出し、算出した隣接する画素の法線ベクトルの平均を注目画素の法線ベクトルとして算出し、算出した注目画素の法線ベクトルに基づいて輝度値を算出することを特徴とする請求項４記載の意匠確認方法。
6. 前記画像出力ステップは、グレースケール画像、あるいは、２値画像を出力することを特徴とする請求項４記載の意匠確認方法。
7. コンピュータを請求項１から請求項３のいずれかに記載の意匠確認装置として機能させるプログラム。