JP5215374B2 - 複雑な材質感情報処理装置及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、材質感情報処理装置及び方法に関し、詳しくは、各層の材質感情報を加工して可視化する材質感情報処理装置及び方法に関する。

近年、３次元コンピューターグラフィックス（ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｇｒａｐｈｉｃｓ）技術の急速な発展で、写真撮影映像に近接又は同一な水準の映像生成（ｉｍａｇｅ ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ）が可能になってきている。特に、このような映像生成は様々な新素材を使用する携帯機器及び家電、ファッション、自動車、建築分野のデザイン可視化と、実写合成が必要な映像特殊効果分野で活用されている。しかしながら、未だにこのような映像を作るためには長いコンプューター計算時間とデザイナーの作業時間を同時に要している。従って、このような問題の解決のための多くの研究と技術開発が行われている。

コンピューター生成映像（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｇｅｎｅｒａｔｅｄ Ｉｍａｇｅｒｙ：ＣＧＩ）の事実感を決定する多くの要素のうち材質感が重要である。特に、皮膚や髪の毛のような身体部分、繊細な生地、混合ペイントなどの複雑な材質感の表現のためには考慮すべき点が多い。

これらの情報を表現するために様々な技法が開発されている。例えば、実際物体の表面を撮影してその材質感の特性を原始データで獲得することもある。又は、物理的なモデル及び経験的なモデルを樹立してこれを数式で表現することもある。ところが、原始データの場合は、材質感の特性を正確に表現するが、そのサイズが非常に大きくて数百から数千個のＣＰＵを使用するネットワークレンダーファーム（ｒｅｎｄｅｒ ｆａｒｍ）環境での使用が難しい。数式基盤のモデルのみでは繊細な材質感の特性を表現するには限界があり、計算量が増加するという短所がある。

既存の材質感情報を編集して修正し、新たな材質感情報を作ることも重要である。特に、測定材質感であっても、参考資料としてのみ活用し、これを改善するための様々な実験が必要となるからである。このために材質感の混合を支援する編集システムが必要である。特に、製品の外形製造過程で多層の材質を多く使用するので、これを可視化するのが重要である。

詳細な材質感情報はデータが大きかったり、計算量の増加する場合が多い。従って、目によく見える大きい領域では精密な材質感情報を使用し、目によく見えない小さい領域では単純化した材質感情報を使用できる方法がなければならない。このために、材質感情報を多重解像度方式で支援することが必要である。

一方、従来の材質感情報処理装置及び方法は、単に一定な表面材質のみを加工することができる。従って、従来の材質感情報処理装置及び方法では多層の材質を成す客体の材質感情報を効果的に加工し難い。また、従来の材質感情報処理装置及び方法は、多層の材質を成す客体の材質感情報を加工して可視化することにおいて、レンダリング（ｒｅｎｄｅｒｉｎｇ）の速度及び正確度を制御することができない。

本発明の解決しようとする課題は、材質感情報処理装置及び方法を通じて多層の材質を成す客体の材質感情報を加工して可視化しようとする目的を達成するための材質感情報処理装置を提供することである。

本発明が解決しようとする他の課題は材質感情報処理方法を提供することである。

本発明の目的は上述した目的に限定されず、上述されていない他の目的は以下の記載により当業者に明確に理解されるであろう。

上述した目的を達成するために、本発明の一様態による材質感情報処理装置は、多層の材質（Ｍｕｌｔｉ−ｌａｙｅｒｅｄ ｍａｔｅｒｉａｌ）を成す客体の各層の材質感情報が入力される材質感情報入力部、各層の材質感情報を加工する材質感情報処理部及び材質感情報処理部の結果を利用してレンダリングを行うレンダリング部を含む。レンダリングを行うことは、多層の材質をなす客体の上部の反射点での屈折率と反射される光の法線方向が固定され、各光の経路に対して同一な下層部の反射点を有するものを利用し、入射される光の可能な屈折方向を計算することを含み、レンダリング部は、入射される光の可能な屈折方向を計算することにおいて、入射される光の方向成分をサンプリングしてモンテカルロ（ＭｏｎｔｅＣａｒｌｏ）積分を行い、また、計算効率のために、材質情報の重要度又は値が大きい領域で相対的にサンプリングを多く行う。

本発明の他の様態による材質感情報処理装置は、多層の材質（Ｍｕｌｔｉ−ｌａｙｅｒｅｄ ｍａｔｅｒｉａｌ）を成す客体の各層の材質感情報が入力される材質感情報入力部、各層の材質感情報を加工してＢ−ｓｐｌｉｎｅボリューム形式に変換する材質感情報処理部及び材質感情報処理部の結果を利用してレンダリングを行うレンダリング部を含む。レンダリングを行うことは、入射される光の可能な屈折方向を計算することを含み、レンダリング部は、入射される光の可能な屈折方向を計算することにおいて、多層の材質をなす客体の上部の反射点での屈折率と反射される光の法線方向が固定され、各光の経路に対して同一な下層部の反射点を有するものを利用し、入射される光の方向成分をサンプリングしてモンテカルロ（ＭｏｎｔｅＣａｒｌｏ）積分を行い、また、計算効率のために、材質情報の重要度又は値が大きい領域で相対的にサンプリングを多く行う。

その他の実施の形態の具体的な事項は、発明の詳細な説明及び図面に含まれている。

本発明によると、本発明の一実施の形態による材質感情報処理装置は多層の材質を成す客体の材質感情報を加工して可視化することができる。また、本発明の一実施の形態による材質感情報処理装置は多層の材質を成す客体の材質感情報を加工して可視化することにおいて、レンダリングの速度及び正確度を制御することができる。

本発明の一実施の形態に係る材質感情報処理装置を示すブロック図である。 本発明の他の実施の形態に係る材質感情報処理装置を示すブロック図である。 本発明の実施の形態に係る材質感情報処理装置において、材質感情報処理部の一実施の形態を示すブロック図である。 本発明の実施の形態に係る材質感情報処理装置及び方法において、光線追跡の経路を考慮する水準の一実施の形態を示す例示図である。 本発明の実施の形態に係る材質感情報処理装置及び方法において、光線追跡の経路を考慮する水準の他の実施の形態を示す例示図である。 本発明の実施の形態に係る材質感情報処理装置及び方法において、光線追跡の経路を考慮する水準のまた他の実施の形態を示す例示図である。

本発明の利点及び特徴、またそれを達成する方法は添付の図面とともに詳細に説明されている実施の形態を参照すれば、明確になるであろう。しかし、本発明は、以下に開示される実施の形態に限定されるのではなく、様々な形態として示され、ただ本実施の形態は本発明の開示が完全になるようにし、本発明の属する技術分野において通常の知識を持つ者に発明の範疇を完全に知らせるために提供し、本発明は請求項の範疇によって定義されるのみである。一方、本明細書において使用される用語は、実施の形態を説明するためのものであって本発明を制限しようとするものではない。本明細書において、単数形は文章で特に言及しない限り複数形も含む。明細書において使用される“含む。（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）”及び／又は“含んでいる（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）”は、言及された構成要素、ステップ、動作及び／又は素子は一つ以上の他の構成要素、ステップ、動作及び／又は素子の存在又は追加を排除しない。

以下、添付の図面を参照して本発明の一実施の形態を詳細に説明する。

本発明の実施の形態は特定な材質（例えば、金、プラスチックなど）の材質感情報が双方向反射率分布関数（Ｂｉ−ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ Ｒｅｆｌｅｃｔａｎｃｅ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ：ＢＲＤＦ）形態の場合を示す。

双方向反射率分布関数は、特定な材質に入射された光の量に対して反射された光の量の比率である。特定な材質の材質感は入射された光がどの方向へ、どの量で反射されるかにより決定される。従って、双方向反射率分布関数は材質感を決定する非常に重要な要素である。それとともに重要な要素は、入射される光の量、反射される光の量、入射又は反射される光の周波数、方向などである。

基本双方向反射率分布関数は、一つの点に対して二つのベクトル（ｖｅｃｔｏｒ）で定義される。即ち、点から光源までの入射される光の単位ベクトルω_iと点から目又はカメラまでの反射される光の単位ベクトルω_eである。

空間の単位ベクトルωは極座標系において二つの変数で表記される。（ω＝（θ，φ））極座標系において極点（ｚｅｎｉｔｈ）から測定した逆高度（ｉｎｖｅｒｓｅ ａｌｔｉｔｕｄｅ）はθと、方位角（ａｚｉｍｕｔｈ）はφと表記する。逆高度の範囲は０度から９０度であり、方位角の範囲は０度から３６０度である。従って、基本双方向反射率分布関数の定義域（ｄｏｍａｉｎ）は４つの変数（θ_e，φ_e；θ_i，φ_i）に対して定義される４次元関数である。

拡張双方向反射率分布関数は二つのベクトルの他に、各層の順序、厚さ、温度及び入射される光の周波数又は反射される光の周波数などで定義される。従って、拡張双方向反射率分布関数は５次元以上の関数である。

本発明の実施の形態において使用される材質感情報はＢＲＤＦ関数の定義域の次元に影響を受けない。即ち、任意の次元について拡張可能な長所がある。これは高次元のＢ−Ｓｐｌｉｎｅ（Ｈｉｇｈ−Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ Ｂ−Ｓｐｌｉｎｅ Ｖｏｌｕｍｅ）を支援するので可能になる。

一般的にＢ−Ｓｐｌｉｎｅは、コンピューターグラフィックスやＣＡＤ分野において曲線や曲面を表現するために使用される。曲線を示す場合は１次元、曲面を示す場合を２次元という。これは曲線、曲面を表現するために必要な最小の因数の個数、又は定義域の次元と一致する。本発明の実施の形態においては、既存のＢ−Ｓｐｌｉｎｅを３次元以上に拡張して使用することができる。これをＢ−Ｓｐｌｉｎｅボリュームという。

図１を参照して本発明の一実施の形態による材質感情報処理装置を説明する。図１は本発明の一実施の形態による材質感情報処理装置を説明するためのブロック図である。

図１に示すように、材質感情報処理装置１０は、材質感情報入力部１００、材質感情報処理部２００及びレンダリング部３００を含む。

一方、材質感情報入力部１００は、多層の材質（Ｍｕｌｔｉ−ｌａｙｅｒｅｄｍａｔｅｒｉａｌ）を成す客体の各層の材質感情報が入力される。

また、材質感情報処理部２００は、各層の材質感情報を加工する。

また、レンダリング部３００は、材質感情報処理部２００の結果を利用してレンダリングを行う。

従って、本発明の一実施の形態による材質感情報処理装置は、多層の材質を成す客体の材質感情報を加工して可視化することができる。

例えば、ペイント済みの自動車の場合、相異する材質が層を成している構造である。最下の鉄板のような原材料が位置し、その上にペイント、コーティング（ｃｏａｔｉｎｇ）材質が位置する。この場合、本発明の一実施の形態による材質感情報処理装置は材質感情報入力部１００で原材料、ペイント、コーティング材質の材質感情報が入力され、また、材質感情報処理部２００で各層の材質感情報を加工する。また、その結果を利用してレンダリング部３００はレンダリングを行う。従って、本発明の一実施の形態による材質感情報処理装置は多層の材質を成す客体の材質感情報を加工して可視化することができる。

一方、材質感を決定する各層の材質の性質としては双方向反射率分布関数（ＢＲＤＦ）、屈折率、吸収係数、反射係数、厚さ、各層の順序、表面の粗さ及び色相のうち少なくとも一つである。

一方、各層の材質の性質は使用者の入力により入力されることができる。また、各層の材質の性質は特定な材質感に対してカメラ又は分光器のような装置を利用して測定され入力される。また、各層の材質の性質は、数学的モデル及び物理的モデルから既存に予め出力された値が入力される。また、各層の材質の性質は、表方式、Ｂ−Ｓｐｌｉｎｅ方式、経験的モデル、数学的モデル及び物理的モデルから出力された値が入力される。また、各層の材質の性質は、２以上の材質感を混合した結果から出力された値が入力される。また、各層の材質の性質は、双方向反射率分布関数に変換されて入力される。

また、材質感情報入力部１００は、測定質感情報、数学質感モデル情報及び質感ネットワークの質感情報のうち少なくとも一つが入力され、各情報を利用して各層の材質感情報を加工し、Ｂ−Ｓｐｌｉｎｅボリューム形式に変換する。

一方、材質感情報入力部１００は、少なくとも二つ以上の材質感情報がさらに入力され、材質感情報処理部２００は二つ以上の材質感情報を補間（Ｉｎｔｅｒｐｏｌａｔｉｏｎ）し、中間的な材質感情報を生成して各層の材質感情報を加工する。

例えば、金と銀に対する材質感を混合して二つの材質感の中間的な材質感情報を生成することである。

この場合、二つ以上の材質感情報の材質感形式が同一であれば（例えば、Ｌａｆｏｒｔｕｎｅモデル）、対応する材質感形式の因数（Ｐａｒａｍｅｔｅｒ）のみを補間して、材質感情報を加工する。

一方、材質感形式は測定材質情報を、加工されていない原始データの形態で表に入れる表方式である。また、材質感形式はＢ−Ｓｐｌｉｎｅ方式であり得る。又は、Ｐｈｏｎｇ、Ｂｌｉｎｎ、Ｗａｒｄ、Ｌａｆｏｒｔｕｎｅモデルのような経験的モデルであり得る。また、Ｃｏｏｋ−Ｔｏｒｒａｎｃｅ、Ｏｒｅｎ−Ｎａｙａｒのような数学的モデル及び物理的モデル方式であり得る。

また、材質感形式の因数は、使用者の入力により変更されることができる。

一方、様々な材質感情報を生成して加工するために、各材質感情報の材質感形式が同一でなくても良い。

また、レンダリング部３００でレンダリングを行う場合、材質感情報処理部２００は、計算の効率のために混合された材質感情報の結果を一定な材質感形式に変換することができる。

例えば、材質感情報処理部２００が物理的モデルの材質感情報とＢ−Ｓｐｌｉｎｅ方式の材質感情報を補間して中間的な材質感情報を生成する場合、その結果をＢ−Ｓｐｌｉｎｅ方式に変換することができ、変換された材質感情報を利用してレンダリング部３００はレンダリングを行うことができる。

また、材質感情報入力部１００は、少なくとも二つ以上の材質感情報が入力され、材質感情報処理部２００は二つ以上の材質感情報を各層に対する光の入射角又は反射角の角度別に分離して各層の材質感情報を加工する。

例えば、入射角が４５度以上の場合は、金の材質感を示すように加工し、入射角が４５度以下の場合に対してはプラスチックの材質感を示すように加工する。

一方、材質感情報処理部２００は、各層の双方向反射率分布関数、各層の厚さ、各層の屈折率、各層の吸収係数、各層の反射係数のうち少なくとも一つを加工する。

また、材質感情報処理部２００は、各層の順序、各層の表面の粗さ、各層の色相、各層に入射される光の量、各層から反射される光の量、各層の温度、入射される光の周波数及び反射される光の周波数のうち少なくとも一つを加工する。

また、材質感情報処理部２００は、各層の材質感情報を加工し、Ｂ−ｓｐｌｉｎｅボリューム形式に変換する。

また、材質感情報処理部２００はＢ−Ｓｐｌｉｎｅボリューム形式の材質感情報に対してはＢ−Ｓｐｌｉｎｅを展開（Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ）して双方向反射率分布関数の値を探す。一方、材質感情報処理部２００は、Ｂ−Ｓｐｌｉｎｅの展開のために、コンピューターソプトウエア、ＧＰＵ、専用ハドウエアなどを含む。

この場合、Ｂ−Ｓｐｌｉｎｅボリューム形式に変換される情報は、各層の双方向反射率分布関数を含む。また、Ｂ−Ｓｐｌｉｎｅボリューム形式に変換される情報は、各層の厚さ、各層の屈折率、各層の吸収係数、各層の反射係数、各層の順序、各層の表面の粗さ、各層の色相、各層に入射される光の量、各層から反射される光の量、各層の温度、入射される光の周波数及び反射される光の周波数のうち少なくとも一つを含む。

一方、レンダリング部３００は、各層の材質からの光の入射又は光の反射される経路を追跡する光線追跡の経路を考慮する水準に応じてレンダリングの速度及び正確度を制御してレンダリングを行う。

図４を参照して、本発明の実施の形態によるレンダリング部３００の光線追跡の経路を考慮する水準の一実施の形態を説明する。図４は、本発明の実施の形態による材質感情報処理装置及び方法において、光線追跡の経路を考慮する水準の一実施の形態を示す例示図である。

レンダリング部３００は反射される光の方向を固定された点から、入射される光の可能な屈折方向を計算して、レンダリングを行う。

図４を参照すると、一つの固定された点を通して反射される光に対する入射される光は、上層部反射点と下層部反射点を通して屈折された光などの二つ以上の方向があり得るということを示している。

図４の反射される光の方向は１四分面に示されており、入射される光の方向は２四分面に示されている。また、入射される光が屈折されて下層部の反射点から反射されるものは３四分面に示されている。

この時、反射される光の方向に屈折されて入射される光の方向は固定された点から、下層部の反射点を通して屈折される。従って、レンダリング部３００は入射される光の方向を固定された点から、入射される光の可能な屈折方向を計算して、レンダリングを行うことができる。

即ち、レンダリング部３００は、カメラや目に向けて反射される光の方向が決められた場合において、この方向に光を屈折して入射される光の方向を計算して、レンダリングを行う。

図５を参照して、本発明の実施の形態によるレンダリング部３００の光線追跡の経路を考慮する水準の他の実施の形態を説明する。図５は、本発明の実施の形態による材質感情報処理装置及び方法において、光線追跡の経路を考慮する水準の他の実施の形態を示す例示図である。

レンダリング部３００は、入射される光の方向を固定された領域から、入射される光の可能な屈折方向を計算して、レンダリングを行う。この場合、多層の材質を成す客体の上層部の反射点での屈折率と反射される光の法線方向が固定され、各光の経路に対して同一な下層部の反射点を有するものを利用する。また、レンダリング部３００は、光の可能な屈折方向を計算して、レンダリングを行う。一方、上層部と下層部の材質が通計的な法線方向を成すことを利用して、レンダリング部３００は入射される光の可能な屈折方向を計算し、レンダリングを行う。

図５を参照すると、反射される光の方向は１四分面に示されており、入射される光の方向は２四分面に示されている。また、入射される光が屈折されて下層部の反射点から反射されるものは３四分面に示されている。

この時、反射される光の方向に屈折されて入射される光の方向は固定された領域から、同一な下層部の反射点を有するように屈折される。従って、レンダリング部３００は入射される光の方向を固定された領域から、入射される光の可能な屈折方向を計算して、レンダリングを行うことができる。

図６を参照して、本発明の実施の形態によるレンダリング部３００の光線追跡の経路を考慮する水準の他の実施の形態を説明する。図６は、本発明の実施の形態による材質感情報装置及び方法において、光線追跡の経路を考慮する水準の他の実施の形態を示す例示図である。

また、本発明の実施の形態によるレンダリング部３００の光線追跡の経路を考慮する水準の他の実施の形態として提示するもので、レンダリング部３００は入射される光の方向を固定せず自由に変更可能な場合を計算して、レンダリングを行う。但し、この場合、下層部の反射点は固定されたものと設定する。この場合、レンダリング部３００はレンダリングを行うことにおいて、さらに広い領域から入射される光に対する可能な屈折方向を考慮することができる。

図６を参照すると、反射される光の方向は１四分面に示されており、入射される光の方向は１四分面及び２四分面に示されている。また、入射される光が屈折されて下層部の反射点から反射されるものは３四分面に示されている。

この時、レンダリング部３００は、反射される光の方向に屈折されて入射される光の方向を固定せず自由に変更可能な場合を計算する。従って、レンダリング部３００は、さらに広い領域からの同一な下層部の反射点を有するように屈折されて入射される光に対する可能な屈折方向を考慮する。レンダリング部３００は、入射される光の方向を固定せず自由に変更可能な場合を計算して、レンダリングを行う。

また、本発明の実施の形態によるレンダリング部３００の光線追跡の経路を考慮する水準の他の実施の形態として提示するもので、レンダリング部３００は下層部の反射点及び入射される光の方向を固定せず自由に変更可能な場合を計算して、レンダリングを行う。この場合、レンダルング部３００は正確度の高いレンダリングを行うことができる。

一方、上述した全ての場合において、入射される光の可能な屈折方向を計算することは、レンダリング部３００が入射される光の方向成分（例えば、双方向反射率分布関数）をサンプリングしてモンテカルロ（ＭｏｎｔｅＣａｒｌｏ）積分を行う。

また、レンダリング部３００は計算効率のために、材質感情報の重要度又は値が大きい領域で相対的にサンプリングを多く行う重要度サンプリング（Ｉｍｐｏｒｔａｎｃｅ ｓａｍｐｌｉｎｇ）を行うことができる。例えば、材質感の場合、レンダリング部３００は双方向反射率分布関数の値が大きい領域でサンプリングを多く行うことができる。

また、カラーモデル（例えば、ＲＧＢカラーモデル）の各色相要素、一定周波数領域に対して独立的にサンプリングを行うことができる。

また、レンダリング部３００はカメラや目に向けて反射される光の方向が決められた場合において、この方向に相対的に多くの光を屈折して入射される光の方向を主にサンプリングして光線追跡をし、レンダリングを行う。

一方、レンダリング部３００がレンダリングを行うことにおいて、双方向反射率分布関数のようにその形態が単純でない場合、Ｍａｒｇｉｎａｌ ｄｅｎｓｉｔｙ関数を利用した変換技法を使用することができる。

本発明の実施の形態においては、レンダリング部３００は特定な材質感を示す材質の双方向反射率分布関数に対して逆高度値と方位値に対するＭａｒｇｉｎａｌ ｄｅｎｓｉｔｙ関数を計算し、これをＨａｓｈ ｔａｂｌｅなどの資料構造に格納して逆関数形式で検索することができる。この場合、レンダリング公式の特性上逆高度値に対するコサイン（ｃｏｓｉｎｅ）値を加重値として適用することができる。また、１次元乱数発生器の入力に対して逆関数値を容易に探すようにし、その結果をレンダリング部３００がサンプリングを行うのに活用することができる。

一方、レンダリング部３００がレンダリングを行うことにおいて、レンダリング部３００はサンプリングしたデータに対して原始データ、Ｂ−Ｓｐｌｉｎｅボリューム形式、経験的モデル、数学的モデル及び物理的モデルのうち何れか一つに変換することができる。

一方、レンダリング部３００がレンダリングを行うことにあって、Ｃｏｓｉｎｅ Ｗｅｉｇｈｔｅｄ Ｕｎｉｆｏｒｍ Ｈｅｍｉｓｐｈｅｒｅ Ｓａｍｐｌｉｎｇを使用することができる。

また、レンダリング部３００は、Ｂ−Ｓｐｌｉｎｅボリュームを通じて、Ｋｎｏｔ ｖｅｃｔｏｒと制御点のみをＨａｓｈ ｔａｂｌｅなどの形態に変換して、逆関数検索速度を高めて効率良くレンダリングを行うことができる。

また、レンダリング部３００は、Ｂ−Ｓｐｌｉｎｅボリュームを数学的に積分してＭａｒｇｉｎａｌ ｄｅｎｓｉｔｙ関数を直接計算することができる。この場合、数学的な積分のために基底関数の積分を使用することができる。

また、レンダリング部３００は、各層の順序及び各層の材質の性質を考慮してレンダリングを行う。上述したように、光の入射又は反射される方向を追跡する場合において、各層の順序を上層部又は下層部に分けて各層の順序を考慮して、レンダリング部３００がレンダリングを行う。

一方、各層の順序を上層部又は下層部に分けることは相対的である。例えば、ガラス、ペイント及びプラスチックの材質を順に多層の材質を成す客体がある場合、ガラス材質はペイント材質との関係において、上層部に該当し、ペイント材質は下層部に該当する。また、ペイント材質はプラスチック材質との関係において、上層部に該当し、プラスチック材質は下層部に該当する。

また、レンダリング部３００は、各層の材質の性質を考慮することにおいて、双方向反射率分布関数（ＢＲＤＦ）、屈折率、吸収係数及び反射係数のうち少なくとも一つを考慮してレンダリングを行う。

一方、加工された各層の順序及び加工された各層の材質の性質は、使用者の入力により変更されることができ、この場合、レンダリング部３００は使用者の入力により変更された結果を利用してレンダリングを行う。

一方、レンダリング部３００は、Ｂ−Ｓｐｌｉｎｅボリューム双方向反射率分布関数を利用してレンダリングを行う。

一方、レンダリング部３００は、与えられた場面情報を利用して材質感を加工し、レンダリングを行うことができる。この時、場面情報は材質感情報以外の全ての要素を含む。例えば、材質の模様、照明、カメラ、テクスチャーなどがここに該当する。この場合、場面情報は双方向反射率分布関数の形式であり得る。また、場面情報はシェーダ（Ｓｈａｄｅｒ）ネットワークを利用して提供されることができる。

図２を参照して、本発明の他の実施の形態による材質感情報処理装置を説明する。図２は、本発明の他の実施の形態による材質感情報処理装置を説明するためのブロック図である。

ここで、図１に示した構成要素と同一な機能を行う構成要素については同一な符号を使用し、当該構成要素に対する詳細な説明を省略する。

図２に示すように、材質感情報処理装置２０は、材質感情報入力部１００、材質感情報処理部２００、多重解像度計算部４００及びレンダリング部３００を含む。

一方、材質感情報入力部１００は、多層の材質を成す客体の各層の材質感情報が入力される。

また、材質感情報処理部２００は各層の材質感情報を加工する。

また、多重解像度計算部４００は、使用者の所望する多重解像度の水準に応じて双方向反射率分布関数の制御点の個数を調節して材質感情報処理部２００の結果からＢ−ｓｐｌｉｎｅボリューム双方向反射率分布関数を生成する。

また、レンダリング部３００は、材質感情報処理部２００の結果を利用してレンダリングを行う。一方、レンダリング部３００は、Ｂ−Ｓｐｌｉｎｅボリューム双方向反射率分布関数を利用してレンダリンを行う。

従って、本発明の他の実施の形態による材質感情報処理装置は多層の材質を成す客体の材質感情報を加工して可視化することができる。また、本発明の他の実施の形態による材質感情報処理装置はＢ−Ｓｐｌｉｎｅボリューム及びＢ−Ｓｐｌｉｎｅボリューム双方向反射率分布関数を利用して、さらに効率的且つ速い速度で材質感情報を加工して可視化することができる。

一方、多重解像度計算部４００は、双方向反射率分布関数の制御点の個数を調節するために使用者から制御点の個数、多重解像度のステップ、最大値及び最小値のうち少なくとも一つが入力されることができる。また、この場合、多重解像度計算部は、使用者から入力された値を利用して制御点の個数を調節し、Ｂ−Ｓｐｌｉｎｅボリューム双方向反射率分布関数を生成する。例えば、制御点の個数を４個、多重解像度のステップを４ステップで入力する場合、制御点の個数を（２０、８０、２０、８０）、（１５、６０、１５、６０）、（１０、４０、１０、４０）、（５、２０、４、２０）の４種に変更しつつ、Ｂ−Ｓｐｌｉｎｅボリューム双方向反射率分布関数を生成することができる。

従って、本発明の他の実施の形態による材質感情報処理装置は、多層の材質を成す客体の材質感情報を加工して多重解像度で可視化することができる。従って、本発明の他の実施の形態による材質感情報処理装置は、さらに効率的且つ速い速度で材質感情報を加工して可視化することができる。

図３を参照して、本発明の実施の形態による材質感情報処理装置において、材質感情報処理部の一実施の形態を説明する。図３は、本発明の実施の形態による材質感情報処理装置において、材質感情報処理部の一実施の形態を示すブロック図である。

上述した全ての場合において、本発明の実施の形態による材質感情報処理装置の材質感情報処理部２００の一実施の形態は、材質情報管理器２０１、材質情報編集器２０２、材質情報可視化器２０３、原始材質感データ格納所２０４−１、複合材質データ格納所２０４−２、物理材質データ格納所２０４−３、表形式のための材質モデルフィッティングユニット（ｆｉｔｔｉｎｇ ｕｎｉｔ）２０５−１、ＢＶＢのための材質モデルフィッティングユニット２０５−２、経験モデルのための材質モデルフィッティングユニット２０５−３、物理モデルのための材質モデルフィッティングユニット２０５−４、多層モデルのための材質モデルフィッティングユニット２０５−５、Ｂ−Ｓｐｌｉｎｅボリューム原始材質感データ前処理器２０６、仮想材質測定器２０７及び物理材質測定器２０８を含む。

材質感情報管理器２０１は、材質感情報編集器２０２、材質感情報可視化器２０３、材質感データ格納所２０４及び材質感モデルフィッティングユニット２０５から材質感情報が入力されて材質感情報を管理し、材質感情報編集器２０２、材質感情報可視化器２０３に材質感情報を提供する。

材質感情報編集器２０２は、材質感情報管理器２０１から材質感情報が提供され、材質感情報を加工することができる。

一方、材質感情報編集器２０２は、二つ以上の材質感情報を補間し、中間的な材質感情報を生成して材質感情報を加工する。

また、材質感情報編集器２０２は、二つ以上の材質感情報を前記各層に対する光の入射角又は反射角の角度別に分離して材質感情報を加工する。

また、材質感情報編集器２０２は、各層の順序、各層の表面の粗さ、前記各層の色相、各層に入射される光の量、各層から反射される光の量、各層の温度、入射される光の周波数及び反射される光の周波数のうち少なくとも一つを加工する。

材質感情報可視化器２０３は、材質感情報管理器２０１から材質感情報が提供され、材質感情報を使用者に可視化することができる。

一方、材質感情報可視化器２０３は、材質感モデルを球面座標系上のローブ（ｌｏｂｅ）や因数平面に可視化することができる。全体的な形象は３次元で表現可能し、特徴編集のためには２次元断面表現の方が便利である。材質感情報可視化器２０３は、測定及びフィッティング情報の確認、材質情報編集に活用されることができる。

原始材質感データ格納所２０４−１は、加工されていない原始材質感データを格納する。一方、原始材質感データは、双方向反射率分布関数の値を含む。また、原始材質感データはカラーモデル（例えば、ＲＧＢカラーモデル）の値を含むことができる。

複合材質感データ格納所２０４−２は、材質感情報編集器２０２で加工された材質感情報から材質感データを得て、複合材質感データとして格納する。

物理材質感データ格納所２０４−３は、材質に関する情報から物理材質データを得て格納する。

表形式のための材質感モデルフィッティングユニット２０５−１は、原始材質データ前処理器２０６から原始材質データが入力されて、材質情報を表形式に変換し、材質感情報を材質感情報管理器２０１に提供する。

一方、表形式のための材質感モデルフィッティングユニット２０５−１は、原始材質データ格納所２０４−１から原始材質データが入力される。

また、表形式のための材質感モデルフィッティングユニット２０５−１は、複合材質データ格納所２０４−２から複合材質データが入力される。

ＢＶＢのための材質感モデルフィッティングユニット２０５−２は、原始材質データ前処理器２０６から原始材質データが入力され、ＢＶＢ（Ｂ−Ｓｐｌｉｎｅ Ｖｏｌｕｍｅ ＢＲＤＦ）形式に材質感情報を変換し、材質感情報を材質感情報管理器２０１に提供する。

一方、ＢＶＢのための材質感モデルフィッティングユニット２０５−２は、原始材質データ格納所２０４−１から原始材質データが入力される。

また、ＢＶＢのための材質感モデルフィッティングユニット２０５−２は、複合材質データ格納所２０４−２から複合材質データが入力される。

経験モデルのための材質感モデルフィッティングユニット２０５−３は、原始材質データ前処理器２０６から原始材質データが入力されて、材質感情報を経験的モデルに変換し、材質感情報を材質感情報管理器２０１に提供する。

一方、経験モデルのための材質感モデルフィッティングユニット２０５−３は、原始材質データ格納所２０４−１から原始材質データが入力される。

また、経験モデルのための材質感モデルフィッティングユニット２０５−３は、複合材質データ格納所２０４−２から複合材質データが入力される。

物理モデルのための材質感モデルフィッティングユニット２０５−４は、原始材質データ前処理器２０６から原始材質データが入力されて、数学的モデル及び物理的モデルに材質感情報を変換し、材質感情報を材質感情報管理器２０１に提供する。

また、物理モデルのための材質感モデルフィッティングユニット２０５−４は、原始材質データ格納所２０４−1から原始材質データが入力される。

また、物理モデルのための材質感モデルフィッティングユニット２０５−４は、複合材質データ格納所２０４−2から複合材質データが入力される。

多層モデルのための材質感モデルフィッティングユニット２０５−５は、原始材質データ前処理器２０６から原始材質データが入力されて、材質感情報を多層モデルに変換し、材質感情報を材質感情報管理器２０１に提供する。

また、多層モデルのための材質感モデルフィッティングユニット２０５−５は、原始材質データ格納所２０４−１から原始材質データが入力される。

また、多層モデルのための材質感モデルフィッティングユニット２０５−５は、複合材質データ格納所２０４−２から複合材質データが入力される。

原始材質感データ前処理器２０６は、仮想材質感測定器２０７及び物理材質感測定器２０８から提供された双方向反射率分布関数及び測定データを原始材質データ形態に変換する。

仮想材質感測定器２０７は、使用者が明示した値、既存の数学／物理モデルから出力された値、混合された複合材質モデルなどで仮想の双方向反射率分布関数を計算し、仮想材質感を測定する。

物理材質感測定器２０８は、特定な材質に対してカメラや分光器を利用して双方向反射率分布関数を探して、物理材質感を測定する。

一方、上述した全ての場合において、材質感情報処理装置は材質感情報入力部１００を通じて入力された情報、材質感情報処理部２００を通じて加工した各層の材質感情報及びレンダリング部３００の入出力情報を使用者に提供することができる。また、この場合、別途の表示部（図示せず）又は表示装置により材質感情報を表示することができる。

本発明の属する技術分野における通常の知識を持つ者は、本発明がその技術的思想や必須的な特徴を変更せずに他の具体的な形態で実施できるということが分かるであろう。例えば、本発明で提示された材質感情報処理装置は発明のカテゴリーを異にして材質感情報処理方法などの様々な形態として具現されることができる。よって、上述した実施例は、全ての面において例示的なものであって限定的なものでないと理解しなければならない。本発明は、上記の詳細な説明よりは特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲、またその均等概念から導出される全ての変更または変形された形態が本発明の範囲に含まれるものと解釈しなければならない。

Claims (15)

1. 多層の材質（Ｍｕｌｔｉ―ｌａｙｅｒｅｄ ｍａｔｅｒｉａｌ）を成す客体の各層の材質情報が入力される材質情報入力部と、
   前記各層の材質情報を加工する材質情報処理部と、
   前記材質情報処理部の結果を利用してレンダリングを行うレンダリング部と
   を含む材質情報処理装置であって、
   前記レンダリングを行うことは、入射される光の可能な屈折方向を計算することを含み、前記レンダリング部は、前記入射される光の可能な屈折方向を計算することにおいて、多層の材質をなす客体の上部の反射点での屈折率と反射される光の法線方向が固定され、各光の経路に対して同一な下層部の反射点を有するものを利用し、入射される光の方向成分をサンプリングしてモンテカルロ（ＭｏｎｔｅＣａｒｌｏ）積分を行い、また、計算効率のために、材質情報の重要度又は値が大きい領域で相対的にサンプリングを多く行うことを特徴とする材質情報処理装置。
2. 前記レンダリング部は、
   前記各層の材質からの光の入射又は光の反射される経路を追跡する光線追跡の経路を考慮する水準に応じて、
   前記レンダリングの速度及び正確度を制御してレンダリングを行う請求項１に記載の材質情報処理装置。
3. 前記レンダリング部は、
   前記各層の順序及び各層の材質の性質を考慮してレンダリングを行う請求項１に記載の材質情報処理装置。
4. 前記レンダリング部は、
   前記各層の材質の性質を考慮することにおいて、
   双方向反射率分布関数（ＢＲＤＦ）、屈折率、吸収係数及び反射係数のうち少なくとも一つを考慮してレンダリングを行う請求項３に記載の材質情報処理装置。
5. 前記加工された各層の順序及び加工された各層の材質の性質は、
   使用者の入力により変更されることができ、
   前記レンダリング部は、
   前記使用者の入力により変更された結果を利用してレンダリングを行う請求項３に記載の材質情報処理装置。
6. 前記材質情報処理部は、
   前記各層の双方向反射率分布関数、前記各層の厚さ、前記各層の屈折率、前記各層の吸収係数、前記各層の反射係数のうち少なくとも一つを加工する請求項１に記載の材質情報処理装置。
7. 前記材質情報処理部は、
   前記各層の順序、前記各層表面の粗さ、前記各層の色相、前記各層に入射される光の量、前記各層から反射される光の量、前記各層の温度、前記入射される光の周波数及び前記反射される光の周波数のうち少なくとも一つを加工する請求項１に記載の材質情報処理装置。
8. 前記材質情報入力部は、
   少なくとも二つ以上の材質情報が入力され、
   前記材質情報処理部は、
   前記二つ以上の材質情報を補間（Ｉｎｔｅｒｐｏｌａｔｉｏｎ）し、中間的な材質情報を生成して前記各層の材質情報を加工する請求項１に記載の材質情報処理装置。
9. 前記材質情報入力部は、
   少なくとも二つ以上の材質情報が入力され、
   前記材質情報処理部は、
   前記二つ以上の材質情報を前記各層に対する光の入射角又は反射角の角度別に分離して前記各層の材質情報を加工する請求項１に記載の材質情報処理装置。
10. 多層の材質（Ｍｕｌｔｉ−ｌａｙｅｒｅｄ ｍａｔｅｒｉａｌ）を成す客体の各層の材質情報が入力される材質情報入力部と、
    前記各層の材質情報を加工してＢ−ｓｐｌｉｎｅボリューム形式に変換する材質情報処理部と、
    前記材質情報処理部の結果を利用してレンダリングを行うレンダリング部を含む材質情報処理装置であって、
    前記レンダリングを行うことは、入射される光の可能な屈折方向を計算することを含み、前記レンダリング部は、前記入射される光の可能な屈折方向を計算することにおいて、多層の材質をなす客体の上部の反射点での屈折率と反射される光の法線方向が固定され、各光の経路に対して同一な下層部の反射点を有するものを利用し、入射される光の方向成分をサンプリングしてモンテカルロ（ＭｏｎｔｅＣａｒｌｏ）積分を行い、また、計算効率のために、材質情報の重要度又は値が大きい領域で相対的にサンプリングを多く行うことを特徴とする材質情報処理装置。
11. 前記材質情報処理部の結果を利用してＢ−ｓｐｌｉｎｅボリューム双方向反射率分布関数を生成する多重解像度計算部をさらに含み、
    前記多重解像度計算部は、
    使用者の所望する多重解像度の水準に応じて双方向反射率分布関数の制御点の個数を調節して前記材質情報処理部の結果から前記Ｂ−Ｓｐｌｉｎｅボリューム双方向反射率分布関数を生成し、
    前記レンダリング部は、
    前記Ｂ−Ｓｐｌｉｎｅボリューム双方向反射率分布関数を利用してレンダリンを行う請求項１０に記載の材質情報処理装置。
12. 前記レンダリング部は、
    前記各層の材質からの光の入射又は光の反射される経路を追跡する光線追跡の経路を考慮する水準に応じて、
    前記レンダリングの速度及び正確度を制御する請求項１１に記載の材質情報処理装置。
13. 前記レンダリング部は、
    前記各層の順序及び各層の材質の性質を考慮してレンダリングを行う請求項１１に記載の材質情報処理装置。
14. 前記加工された各層の順序及び加工された各層の材質の性質は、
    使用者の入力により変更されることができ、
    前記レンダリング部は、
    前記使用者の入力により変更された結果を利用してレンダリングを行う請求項１３に記載の材質情報処理装置。
15. 前記材質情報入力部は、
    測定質感情報、数学質感モデル情報及び質感ネットワークの質感情報のうち少なくとも一つがさらに入力され、
    前記各情報を利用して前記各層の材質情報を加工し、Ｂ−Ｓｐｌｉｎｅボリューム形式に変換する請求項１０に記載の材質情報処理装置。

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