JP6736882B2 - 立体造形装置 - Google Patents

Description

本発明は、立体造形装置に関する。

従来から、３次元の立体物を造形する手法として、インクジェット法、溶融物堆積法、ラピッド・プロトタイピイング法、インクジェットバインダ法、光造形法、及び粉末焼結法などが知られている。このような立体造形手法では、造形対象の立体物の３次元の形状を示す３次元形状情報を用いて、当該立体物を造形することが一般的である。

上述した３次元形状情報の作成手法としては、造形対象の立体物の見本となる造形物を測定して作成する方法、造形対象の立体物を示す３次元の画像データから作成する方法、及び造形対象の立体物を示す２次元の画像データに高さ情報を付与して作成する方法などが挙げられる。

例えば特許文献１には、２次元の画像データに対して色相の範囲を指定し、当該２次元の画像データから指定された色相の範囲に含まれる領域を抽出し、抽出した領域に対して当該領域の色相に対応する転写濃度を設定することで、２次元の画像データに高さ情報を付与することが開示されている。

このように特許文献１に開示された技術では、２次元の画像データから、ユーザが高さ情報を付与したい領域が抽出されるように、色相の範囲を指定する必要がある。

しかしながら、特許文献１に開示された技術では、２次元の画像データ上の色を利用せず、一般的な色相環のデータを利用して、色相の範囲を指定する。つまり特許文献１に開示された技術では、高さ情報を付与したい領域における色相の範囲をユーザ自身で予想し、予想した色相の範囲を一般的な色相環のデータを利用して指定することになる。

このため特許文献１に開示された技術では、指定した色相の範囲を、高さ情報を付与したい領域における色相の範囲に最初から近づけることが難しく、高さ情報を付与したい領域を簡易に抽出することが困難であった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、画像データ上の高さ情報を設定したい領域を簡易に選択することができる立体造形装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の一態様にかかる立体造形装置は、立体画像の画像データおよび高さ情報を取得する取得部と、前記取得部により取得された前記画像データから前記立体画像の色情報を層毎に生成する色情報生成部と、前記取得部により取得された前記画像データと前記高さ情報とに基づいて、層毎の層情報を生成する層情報生成部と、前記層情報生成部により生成された前記層情報に基づいて、記録媒体上に色のない立体画像の層を形成するとともに、前記色情報生成部により生成された前記色情報に基づいて、前記記録媒体上に色を有するインクを積層する造形部と、を備える。

本発明によれば、画像データ上の高さ情報を設定したい領域を簡易に選択することができるという効果を奏する。

図１は、本実施形態の立体造形システムの概略構成の一例を示すブロック図である。 図２は、本実施形態のコントローラのハードウェア構成の一例を示すブロック図である。 図３は、本実施形態のヘッドユニットの機械的構成の一例を示す模式図である。 図４は、本実施形態の情報処理装置のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。 図５は、本実施形態の立体造形システムの機能構成の一例を示すブロック図である。 図６は、本実施形態の高さ情報を生成するための画面の一例を示す図である。 図７は、本実施形態の高さ情報設定手法の一例の説明図である。 図８は、本実施形態の高さ情報設定手法の一例の説明図である。 図９は、本実施形態の高さ情報設定手法の一例の説明図である。 図１０は、本実施形態の高さ情報設定手法の一例の説明図である。 図１１は、本実施形態の高さ情報設定手法の一例の説明図である。 図１２は、本実施形態の高さ情報設定手法の一例の説明図である。 図１３は、本実施形態の色情報の一例を示す図である。 図１４は、本実施形態の色情報の一例を示す図である。 図１５は、本実施形態の高さ情報の一例を示す図である。 図１６は、本実施形態の層情報の生成手法の一例を示す説明図である。 図１７は、本実施形態の立体画像の造形手法の一例の説明図である。 図１８は、本実施形態の立体画像の造形手法の一例の説明図である。 図１９は、本実施形態の立体画像の造形手法の一例の説明図である。 図２０は、本実施形態の立体画像の造形手法の一例の説明図である。 図２１は、本実施形態の高さ情報の生成処理の手順の流れの一例を示すフローチャートである。 図２２は、本実施形態の出力物の生産処理の手順の流れの一例を示すフローチャートである。 図２３は、図２２に示すフローチャートのステップＳ１０７の造形処理の一例を示すフローチャートである。 図２４は、変形例１のヘッドユニットの機械的構成の一例を示す模式図である。

以下、添付図面を参照しながら、本発明にかかる情報処理装置、立体造形装置及び立体造形システムの実施形態を詳細に説明する。以下では、立体造形装置として、記録媒体に対し、造形剤として紫外線硬化インク（活性エネルギー線硬化インク）をピエゾ方式のインクジェットヘッドから吐出することにより、記録媒体上に立体画像を造形するインクジェット記録装置を例に取り説明するが、これに限定されるものではない。

なお、記録媒体は、立体画像を造形可能であればどのような媒体であってもよく、例えば、記録紙やキャンバスなどが挙げられるが、これらに限定されるものではない。また、造形剤は、紫外線硬化インクに限定されるものでなく、積層完了後に造形剤同士が混ざらずかつ形状安定性が得られる造形剤であればどのようなものであってもよい。また、造形剤は、積層時に液状又はゲル状であってもよい。また、造形剤は、自然又は熱により軟化又は硬化するインクであってもよい。

図１は、本実施形態の立体造形システム１の概略構成の一例を示すブロック図である。図１に示すように、立体造形システム１は、立体造形装置５と、情報処理装置２００と、を備える。なお、立体造形装置５と情報処理装置２００とは、どのような接続形態で接続されていてもよく、例えば、ネットワークを介した接続であってもよいし、通信ケーブルなどを用いた接続であってもよい。

図１に示すように、立体造形装置５は、エンジン１０と、コントローラ１００と、を備える。

エンジン１０は、記録媒体上に立体画像を造形（形成）するものである。具体的には、エンジン１０が備えるヘッドユニット１５から紫外線硬化インクを吐出して記録媒体上に積層させていくことにより、記録媒体上に立体画像を造形する。

コントローラ１００は、記録媒体上に立体画像を造形（形成）させるための制御を行うものである。具体的には、コントローラ１００は、立体画像を造形するための情報を生成し、生成した情報に基づいてエンジン１０に立体画像を造形させる。

図２は、本実施形態のコントローラ１００のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。図２に示すように、コントローラ１００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などの制御装置１０１と、ＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ（Random Access Memory）などの主記憶装置１０２と、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）やＳＳＤ（Solid State Drive）などの補助記憶装置１０３と、ディスプレイなどの表示装置１０４と、タッチパネルやキースイッチなどの入力装置１０５と、通信インタフェースなどの通信装置１０６と、を備えており、通常のコンピュータを利用したハードウェア構成となっている。

図３は、本実施形態のヘッドユニット１５の機械的構成の一例を示す模式図である。図３に示すように、ヘッドユニット１５は、インクジェットヘッド１４と、紫外線照射装置１３と、を有する。

インクジェットヘッド１４は、記録媒体１６に対し、紫外線硬化インクを吐出するノズル列１１を有する。図３では、ノズル列１１が、ホワイト（Ｗ）の紫外線硬化インクを吐出するノズル１１Ｗ、クリアー（ＣＬ）の紫外線硬化インクを吐出するノズル１１ＣＬ、イエロー（Ｙ）の紫外線硬化インクを吐出するノズル１１Ｙ、マゼンタ（Ｍ）の紫外線硬化インクを吐出するノズル１１Ｍ、シアン（Ｃ）の紫外線硬化インクを吐出するノズル１１Ｃ、及びブラック（Ｋ）の紫外線硬化インクを吐出するノズル１１Ｋで構成されている場合を例示しているが、ノズル列１１の構成は、これに限定されるものではない。例えば、ノズル列１１は、ノズル１１ＣＬを含まなくてもよい。また、ノズル１１Ｗ、ノズル１１ＣＬ、ノズル１１Ｙ、ノズル１１Ｃ、ノズル１１Ｍ、及びノズル１１Ｋの数は、それぞれ１つ以上であれば、いくつであってもよい。

なお、詳細は後述するが、紫外線硬化インクのうち、ホワイト（Ｗ）及びクリアー（ＣＬ）は、立体画像の形状の造形に用いられ、イエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、及びブラック（Ｋ）は、立体画像の色の形成に用いられる。

紫外線照射装置１３は、インクジェットヘッド１４により記録媒体１６上に積層された紫外線硬化インク１２に対し、紫外線である硬化光１３ｂを照射する照射部１３ａを有する。記録媒体１６上に積層された紫外線硬化インク１２は、紫外線照射装置１３から照射される硬化光１３ｂにより、硬化される。

本実施形態では、記録媒体１６が矢印Ｂ方向（副走査方向）で搬送される。そして記録媒体１６が所定位置まで搬送されると、記録媒体１６の搬送が停止され、記録媒体１６に対するインクジェットヘッド１４による紫外線硬化インクの吐出が開始される。

具体的には、ヘッドユニット１５は、矢印Ａ方向（副走査方向）に移動しながら、副走査方向と直交する主走査方向を往復移動し、記録媒体１６（詳細には、記録媒体１６の描画領域）に対し、インクジェットヘッド１４から紫外線硬化インクを吐出させるとともに、紫外線照射装置１３から硬化光１３ｂを照射させる。

ヘッドユニット１５は、記録媒体１６に対し、１層分の紫外線硬化インクを積層させると、元の位置に移動し、ｎ（ｎ≧２）層分の紫外線硬化インクを積層させるまで、上述した動作を繰り返す。

そして、記録媒体１６に対し、ｎ層分の紫外線硬化インクが積層され、立体画像が造形されると、記録媒体１６の矢印Ｂ方向での搬送が再開され、立体画像が造形された記録媒体１６が立体造形装置５から出力される。

但し、ヘッドユニット１５の吐出動作は、上記方式に限定されるものではない。例えば、ヘッドユニット１５を固定した状態で、記録媒体１６（詳細には、記録媒体１６を固定したテーブルユニット等）を矢印Ｂ方向に搬送しながら、副走査方向と直交する主走査方向を往復移動させ、ヘッドユニット１５は、記録媒体１６に対し、インクジェットヘッド１４から紫外線硬化インクを吐出させるとともに、紫外線照射装置１３から硬化光１３ｂを照射させるようにしてもよい。この場合、記録媒体１６に対し、１層分の紫外線硬化インクが積層されると、記録媒体１６を元の位置に搬送し、ｎ（ｎ≧２）層分の紫外線硬化インクを積層させるまで、上述した動作が繰り返される。

図１に戻り、情報処理装置２００は、立体画像の画素毎の高さを示す高さ情報を生成するものであり、例えば、ＰＣ（Personal Computer）などの端末装置が挙げられる。なお、高さ情報は、立体画像の形状の造形に使用される。

図４は、本実施形態の情報処理装置２００のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。図４に示すように、情報処理装置２００は、ＣＰＵなどの制御装置２０１と、ＲＯＭやＲＡＭなどの主記憶装置２０２と、ＨＤＤやＳＳＤなどの補助記憶装置２０３と、ディスプレイなどの表示装置２０４（表示部の一例）と、タッチパネルやキースイッチなどの入力装置２０５と、通信インタフェースなどの通信装置２０６と、を備えており、通常のコンピュータを利用したハードウェア構成となっている。

図５は、本実施形態の立体造形システム１の機能構成の一例を示すブロック図である。図５に示すように、情報処理装置２００は、画像データ記憶部２５１と、表示制御部２５３と、受付部２５５と、選択部２５７と、変換部２５９と、高さ情報設定部２６１と、出力部２６３と、を含む。また図５に示すように、立体造形装置５は、取得部１５１と、色情報生成部１５３と、層情報生成部１５５と、搬送制御部１５７と、移動制御部１５９と、造形部１６１と、を含む。

画像データ記憶部２５１は、例えば、主記憶装置２０２又は補助記憶装置２０３などにより実現できる。表示制御部２５３、受付部２５５、選択部２５７、変換部２５９、及び高さ情報設定部２６１は、例えば、制御装置２０１及び主記憶装置２０２などにより実現できる。出力部２６３は、例えば、制御装置２０１、主記憶装置２０２、及び通信装置２０６などにより実現できる。

取得部１５１は、例えば、制御装置１０１、主記憶装置１０２、及び通信装置１０６などにより実現できる。色情報生成部１５３、層情報生成部１５５、及び搬送制御部１５７は、例えば、制御装置１０１及び主記憶装置１０２などにより実現できる。移動制御部１５９及び造形部１６１は、例えば、ヘッドユニット１５などにより実現できる。

画像データ記憶部２５１は、立体画像の画像データを記憶する。立体画像の画像データは、例えば、立体画像で再現される（立体画像のモデルとなる）立体物を撮像した画像データが挙げられる。例えば、立体画像で再現される立体物が絵画であれば、立体画像の画像データは、当該絵画を撮像した画像データが挙げられる。本実施形態では、立体画像の画像データがＲＧＢの画像データである場合を例に取り説明するが、これに限定されるものではなく、例えば、ＹＭＣＫの画像データであってもよい。

表示制御部２５３は、表示装置２０４に各種画面を表示する。本実施形態では、表示制御部２５３は、画像データ記憶部２５１に記憶されている立体画像の画像データから当該立体画像の画素毎の高さを示す高さ情報を生成するための画面を表示装置２０４に表示する。例えば、表示制御部２５３は、図６に示すような画面３０１を表示装置２０４に表示する。

以下、図６に示す画面３０１を参照しながら、表示制御部２５３、受付部２５５、選択部２５７、変換部２５９、及び高さ情報設定部２６１の動作を説明する。

受付部２５５は、入力装置２０５から各種操作入力を受け付ける。具体的には、受付部２５５は、入力装置２０５から、ユーザが入力装置２０５に対して行った操作に該当する情報（信号）を受け付ける。

受付部２５５は、高さ情報生成対象の立体画像の画像データの指定を受け付ける。例えば、ユーザが、入力装置２０５を用いて、画面３０１の領域３１０に配置された「ファイル」ボタンを選択し、高さ情報生成対象の立体画像の画像データ（ファイル）を指定する操作を行うと、受付部２５５は、高さ情報生成対象の立体画像の画像データの指定を受け付ける。

この場合、表示制御部２５３は、立体画像の画像データを表示装置２０４に表示する。例えば、表示制御部２５３は、受付部２５５により高さ情報生成対象の立体画像の画像データの指定が受け付けられると、画面３０１の領域３２０及び３３０に、指定された画像データを表示する。

なお、受付部２５５は、表示装置２０４に表示された画像データ内の部分領域の指定を受け付けてもよい。例えば、ユーザが、入力装置２０５を用いて、画面３０１の領域３４０に配置された「矩形選択」を選択し、領域３３０に表示された画像データに対して矩形を指定する操作を行うと、受付部２５５は、矩形の指定を、画像データ内の部分領域の指定として受け付ける。

この場合、表示制御部２５３は、指定された部分領域を表示装置２０４に表示する。例えば、表示制御部２５３は、受付部２５５により画像データ内の部分領域の指定が受け付けられると、指定された部分領域を領域３３０に表示する。つまり、領域３３０に表示されている画像データが、指定された部分領域に該当する部分の画像データに置き換えられる。この際、部分領域は、領域３３０のサイズに合わせて表示される。

なお、例えば、ユーザが、入力装置２０５を用いて、画面３０１の領域３４０に配置された「拡大」を選択する操作を行うと、受付部２５５は、この操作を受け付け、表示制御部２５３は、領域３３０に表示された画像データを拡大して表示する。

同様に、例えば、ユーザが、入力装置２０５を用いて、画面３０１の領域３４０に配置された「縮小」を選択する操作を行うと、受付部２５５は、この操作を受け付け、表示制御部２５３は、領域３３０に表示された画像データを縮小して表示する。

また受付部２５５は、表示装置２０４に表示された画像データ上の任意の点の指定を受け付ける。例えば、ユーザが、入力装置２０５を用いて、画面３０１の領域３３０に表示された画像データにおいて、高さ情報を付与したい領域内の任意の点を指定する操作を行うと、受付部２５５は、当該任意の点の指定を受け付ける。

この場合、表示制御部２５３は、指定された任意の点に対応する３次元色空間上の色を表示装置２０４に表示する。例えば、表示制御部２５３は、指定された任意の点に対応する３次元色空間上の色を、画面３０１の領域３５０における基準色として表示する。なお、３次元色空間は、どのような色空間であってもよく、例えば、Ｌａｂ色空間、ＨＳＶ色空間、及びＲＧＢ色空間などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。

また受付部２５５は、指定された任意の点に基づく３次元色空間上の色範囲の指定を受け付ける。例えば、ユーザが、入力装置２０５を用いて、画面３０１の領域３５０に表示されたスライダを操作したり、画面３０１の領域３５０に表示された彩度及び明度のパレットなどを選択したりすることで、指定された任意の点に対応する３次元色空間上の色（基準色）を基準に調整された３次元色空間上の色範囲の指定を受け付ける。

なお、指定される３次元色空間上の色範囲は、指定された任意の点に対応する３次元色空間上の色を包含する色範囲を想定しているが、これに限定されず、指定された任意の点に対応する３次元色空間上の色を包含しない色範囲であってもよい。

この場合、選択部２５７は、立体画像の画像データ上で、指定された色範囲に含まれる色を有する領域を選択する。また変換部２５９は、選択部２５７により選択された領域の階調値が高くなるように、立体画像の画像データを階調変換し、階調変換画像データを生成する。例えば、変換部２５９は、選択部２５７により選択された領域が有する色の階調値が高くなり、選択部２５７により選択されなかった領域が有する色の階調値が低くなるようなグレースケール変換を立体画像の画像データに施す。なお、特定色の階調値を高くするようなグレースケール変換は、公知技術であるため、詳細な説明は省略する。

そして表示制御部２５３は、変換部２５９により生成された階調変換画像データを表示装置２０４に表示する。例えば、表示制御部２５３は、画面３０１の領域３２０に表示されている画像データに対応する階調変換画像データを画面３０１の領域３６０に表示し、画面３０１の領域３３０に表示されている画像データに対応する階調変換画像データを画面３０１の領域３７０に表示する。

なお、領域３６０及び領域３７０に表示される階調変換画像データは、２次元表示であっても３次元表示であってもよいが、３次元表示であればより好ましい。また、領域３６０及び領域３７０に表示される階調変換画像データは、カラー表示であってもモノカラー表示であってもよい。

高さ情報設定部２６１は、選択部２５７により選択された領域に高さ情報を設定する。本実施形態では、高さ情報を設定する手法として、以下の３手法を例に取り説明するが、これらに限定されるものではない。なお、以下の３手法を単独で用いるのではなく組み合わせてもよい。

第１の手法では、受付部２５５は、表示装置２０４に表示された階調変換画像データ上で選択部２５７により選択された領域における頂点の指定を受け付けるとともに、当該頂点の高さの指定を受け付ける。例えば、ユーザが、入力装置２０５を用いて、画面３０１の領域３７０に表示された階調変換画像データにおいて、選択部２５７により選択された領域における頂点を指定する操作を行うと、受付部２５５は、当該頂点の指定を受け付ける。更に、ユーザが、入力装置２０５を用いて、画面３０１の領域３８０に表示されたスピンボタンにおいて、指定した頂点の高さを指定する操作を行うと、受付部２５５は、当該頂点の高さの指定を受け付ける。

この場合、高さ情報設定部２６１は、指定された頂点の高さに基づき当該頂点の周囲の高さを決定する第１の高さ決定ロジックに基づいて、選択部２５７により選択された領域に高さ情報を設定する。

第１の高さ決定ロジックとしては、例えば、頂点の高さと頂点までの距離（平面上の距離）との比率に応じて頂点の周囲の高さを決定するロジックが挙げられる。この場合、選択部２５７により選択された領域の高さは、第１の高さ決定ロジックが線形のロジックであれば、錐体を形成し、頂点の高さが高いほど急峻となる。但し第１の高さ決定ロジックは、線形のロジックに限定されず、非線形のロジックであってもよい。

例えば、図７に示すように、選択部２５７により選択された領域４００に対し、頂点４１１が指定され、頂点４１１の高さとして「１２７」が指定されたとする。なお、領域４００は、円領域であるものとする。この場合、高さ情報設定部２６１は、第１の高さ決定ロジックを用いると、領域４００に対し、領域４００の高さが円錐４１０を形成するように、図８に示すような高さを設定する。なお、図８では、頂点４１１の高さが「１２７」であり、頂点４１１との平面上の距離が長くなるほど高さが低くなることを表している。

また、図７に示すように、選択部２５７により選択された領域４００に対し、頂点４２１が指定され、頂点４２１の高さとして「１８７」が指定されたとする。この場合、高さ情報設定部２６１は、第１の高さ決定ロジックを用いると、領域４００に対し、領域４００の高さが円錐４２０を形成するように、図９に示すような高さを設定する。なお、図９では、頂点４２１の高さが「１８７」であり、頂点４２１との平面上の距離が長くなるほど高さが低くなることを表している。

また、図７に示すように、選択部２５７により選択された領域４００に対し、頂点４３１が指定され、頂点４３１の高さとして「４７」が指定されたとする。この場合、高さ情報設定部２６１は、第１の高さ決定ロジックを用いると、領域４００に対し、領域４００の高さが円錐４３０を形成するように、図１０に示すような高さを設定する。なお、図１０では、頂点４３１の高さが「４７」であり、頂点４３１との平面上の距離が長くなるほど高さが低くなることを表している。

このように、第１の高さ決定ロジックでは、図８〜図１０、又は円錐４１０〜４３０を比較すれば明らかなとおり、頂点の高さを高くするほど錐体の傾斜が急になり、頂点の高さを低くするほど錐体の傾斜が緩くなる。

第２の手法では、受付部２５５は、選択部２５７により選択された領域に第２の高さ決定ロジックで高さ情報を設定する旨の操作を受け付ける。この場合、高さ情報設定部２６１は、任意の階調値に対応する高さを決定する第２の高さ決定ロジックに基づいて、選択部２５７により選択された領域に高さ情報を設定する。

第２の高さ決定ロジックとしては、例えば、階調値が高くなるほど高さを高く決定するロジックが挙げられる。例えば、高さ情報設定部２６１は、図１１に示すような、階調値と高さとを対応付けたテーブルを用いて、選択部２５７により選択された領域の各画素に対し、階調値に対応付けられた高さを設定する。この場合、階調値に応じて図１２に示すような高さが設定される。

第３の手法では、受付部２５５は、選択部２５７により選択された領域に対する高さの指定を受け付ける。例えば、ユーザが、入力装置２０５を用いて、画面３０１の領域３８０に表示されたスピンボタンにおいて、高さを指定する操作を行い、「一括付与」ボタンを選択すると、受付部２５５は、選択部２５７により選択された領域に対する高さの指定を受け付ける。

この場合、高さ情報設定部２６１は、選択部２５７により選択された領域全体に指定された高さを示す高さ情報を設定する。この手法では、選択部２５７により選択された領域の高さは、柱体を形成する。

そして表示制御部２５３は、領域３６０に表示された階調変換画像データ、及び領域３７０に表示された階調変換画像データに高さ情報設定部２６１により設定された高さ情報を付与して表示する。なお、２次元表示の場合は、濃い薄いで高さを表し（例えば、濃いほど高い、薄いほど低い）、３次元表示の場合は、設定された高さ情報が示す高さを３次元で表せばよい。

なお選択部２５７は、受付部２５５により色範囲の指定が受け付けられる毎に、画像データ上で領域を選択し、高さ情報設定部２６１は、選択部２５７により領域が選択される毎に、選択された領域に高さ情報を設定する動作を繰り返す。

また、表示制御部２５３は、受付部２５５により部分領域の指定が受け付けられる毎に、指定された部分領域を表示し、受付部２５５は、表示制御部２５３により部分領域が表示される毎に、表示された部分領域上で、任意の点の指定を受け付けるとともに、色範囲の指定を受け付け、選択部２５７は、受付部２５５により色範囲の指定が受け付けられる毎に、部分領域上で領域を選択し、高さ情報設定部２６１は、選択部２５７により領域が選択される毎に、選択された領域に高さ情報を設定する動作を繰り返す。

また、高さ情報設定部２６１は、高さ情報が設定された領域を有する部分領域が複数存在する場合、複数の部分領域に設定されている高さ情報を任意のタイミングで統合する。なお、任意のタイミングは、新たな部分領域への高さ情報の設定を完了したタイミング、即ち、部分領域への高さ情報の設定が完了する毎であってもよいし、全ての部分領域への高さ情報の設定が完了したタイミング、即ち、全ての部分領域への高さ情報の設定が完了した際であってもよい。

その後、例えば、画面３０１の領域３１０に配置された「ファイル」ボタンが選択され、高さ情報の保存操作が行われると、高さ情報が保存される。

出力部２６３は、立体画像の画像データに設定された高さ情報を立体造形装置５に出力する。本実施形態では、出力部２６３は、立体造形装置５から立体画像の画像データ及び高さ情報の取得が要求されると、立体画像の画像データ及び高さ情報を立体造形装置５に出力する。

取得部１５１は、立体画像の画像データ及び高さ情報を取得する。具体的には、取得部１５１は、情報処理装置２００に立体画像の画像データ及び高さ情報の取得を要求し、情報処理装置２００から立体画像の画像データ及び高さ情報を取得する。

色情報生成部１５３は、取得部１５１により取得された立体画像の画像データに基づいて、立体画像の画素毎の色を示す色情報を生成する。例えば、色情報生成部１５３は、取得部１５１により取得されたＲＧＢの画像データをＣＭＹＫの画像データに色変換することで、色情報を生成する。なお、ＲＧＢからＣＭＹＫへの色変換（色空間変換）は、公知技術を用いればよい。但し、生成された色情報は、立体画像の造形に使用されるため、立体画像の造形に特有の処理を追加してもよい。

図１３及び図１４は、本実施形態の色情報の一例を示す図である。本実施形態では、図１３に示すように、色情報は、１層分の情報を想定している。これは、色を積層する際に色を重ねてしまうと、色の再現性が劣化してしまうためである。従って、図１４に示すように、複数層分の色情報が生成された場合には、原則、１層目の色情報を使用し、２層目より上位層の色情報は使用しない。つまり、本実施形態では、色情報は、２次元の情報を想定している（但し、図１３及び図１４では、１次元で図示している）。

なお、図１３に示す例では、符号Ｙは、画素（以下、「ドット」と称する場合もある）の色がイエローであることを示し、符号Ｃは、画素の色がシアンであることを示し、符号Ｍは、画素の色がマゼンタであることを示し、符号Ｋは、画素の色がブラックであることを示す。以下では、符号Ｙが付された画素と同一模様の画素の色はイエローを示し、符号Ｃが付された画素と同一模様の画素の色はシアンを示し、符号Ｍが付された画素と同一模様の画素の色はマゼンタを示し、符号Ｋが付された画素と同一模様の画素の色はブラックを示すものとする。

図１５は、本実施形態の高さ情報の一例を示す図である。本実施形態では、図１５に示すように、高さ情報は、複数層の情報である。つまり、本実施形態では、高さ情報は、３次元の情報であり（但し、図１５では、２次元で図示している）、多くは、図１５に示すように、底辺を基とするピラミッド形状を示す情報である。

層情報生成部１５５は、立体画像を造形するための層毎の画素の配置を示す層情報（スライス情報）を生成する。

図１６は、本実施形態の層情報の生成手法の一例を示す説明図である。本実施形態では、層情報生成部１５５は、図１６に示すように、高さ情報が示すドット上に、色情報生成部１５３により生成された色情報が示すドットを配置することで、層情報の元となる立体画像情報を生成する。そして層情報生成部１５５は、立体画像情報を層毎に分離することで、層毎の画素の配置を示す層情報（図１６に示す例では４層の層情報）を生成する。更に層情報生成部１５５は、生成した層情報を、形状用のドットの配置を示す形状層情報と、色用のドットの配置を示す色層情報と、に分離する。なお、図１６に示す例では、最上位の４層目の層情報は、色層情報のみで構成されている。

搬送制御部１５７は、ヘッドユニット１５により立体画像の造形が行われる記録媒体の搬送を制御する。

移動制御部１５９は、ヘッドユニット１５の移動を制御する。

造形部１６１は、層情報生成部１５５により生成された層毎の層情報に基づいて、記録媒体上に紫外線硬化インクを積層させ、立体画像を造形する。なお、造形部１６１は、立体画像の形状の造形には、色情報が示す色と異なる色の紫外線硬化インクを用いる。本実施形態では、造形部１６１は、立体画像の形状の造形には、ホワイト（Ｗ）の紫外線硬化インクを用いるものとするが、これに限定されるものではなく、クリアー（ＣＬ）の紫外線硬化インクを用いてもよいし、ホワイト（Ｗ）の紫外線硬化インクとクリアー（ＣＬ）の紫外線硬化インクとを混ぜて用いてもよい。

また本実施形態では、造形部１６１は、色層情報に基づく紫外線硬化インクの積層を、同一層の形状層情報よりもｍ（ｍは１以上の自然数）層分遅らせて行う。ここでは、図１６に示す層情報を例に取り、ｍ＝１の場合の積層手法について説明する。但し、積層手法についてはこれに限定されるものではない。

最初に、造形部１６１は、図１７に示すように、ホワイト（Ｗ）の紫外線硬化インクを用いて、１層目の形状層情報が示すドット４４１を記録媒体上に積層する。

次に、造形部１６１は、図１８に示すように、ホワイト（Ｗ）の紫外線硬化インクを用いて、２層目の形状層情報が示すドット４５１をドット４４１上に積層するとともに、イエロー（Ｙ）の紫外線硬化インクを用いて、１層目の色層情報が示すドット４４２を記録媒体上に積層する。

次に、造形部１６１は、図１９に示すように、ホワイト（Ｗ）の紫外線硬化インクを用いて、３層目の形状層情報が示すドット４６１をドット４５１上に積層するとともに、イエロー（Ｙ）の紫外線硬化インクを用いて、２層目の色層情報が示すドット４５２をドット４４１上に積層する。

最後に、造形部１６１は、図２０に示すように、シアン（Ｃ）の紫外線硬化インクを用いて、３層目の色層情報が示すドット４６２をドット４５１上に積層するとともに、マゼンタ（Ｍ）の紫外線硬化インクを用いて、４層目の色層情報が示すドット４７２をドット４６１上に積層する。

図２１は、本実施形態の高さ情報の生成処理の手順の流れの一例を示すフローチャートである。

まず、表示制御部２５３は、受付部２５５により高さ情報生成対象の立体画像の画像データの指定が受け付けられると、画面３０１の領域３２０及び３３０に、指定された画像データを表示する（ステップＳ０１１）。

続いて、受付部２５５は、領域３３０に表示された画像データ内の部分領域を指定する部分領域指定操作を受け付けると（ステップＳ０１３でＹｅｓ）、表示制御部２５３は、領域３３０に表示された画像データのうち指定された部分領域を領域３３０に表示する（ステップＳ０１５）。

なお、受付部２５５が、部分領域指定操作を受け付けない場合（ステップＳ０１３でＮｏ）、ステップＳ０１５の処理は行われない。

続いて、受付部２５５は、領域３３０に表示された画像データにおいて、高さ情報を付与したい領域内の任意の点を指定する操作、及び指定された任意の点に基づく３次元色空間上の色範囲を指定する色範囲指定操作を受け付けるまで待機する（ステップＳ０１７でＮｏ）。

そして受付部２５５が色範囲指定操作を受け付けると（ステップＳ０１７でＹｅｓ）、選択部２５７は、立体画像の画像データ上で、指定された色範囲に含まれる色を有する領域を選択する（ステップＳ０１９）。

続いて、変換部２５９は、選択部２５７により選択された領域の階調値が高くなるように、立体画像の画像データを階調変換し、階調変換画像データを生成する（ステップＳ０２１）。

続いて、表示制御部２５３は、領域３２０に表示されている画像データに対応する階調変換画像データを画面３０１の領域３６０に表示し、画面３０１の領域３３０に表示されている画像データに対応する階調変換画像データを画面３０１の領域３７０に表示する（ステップＳ０２３）。

続いて、受付部２５５は、選択部２５７により選択された領域に高さ情報を設定する高さ情報設定操作を受け付けるまで待機する（ステップＳ０２５でＮｏ）。

そして受付部２５５が高さ情報設定操作を受け付けると（ステップＳ０２５でＹｅｓ）、高さ情報設定部２６１は、高さ情報設定操作で指定された手法で、選択部２５７により選択された領域に高さ情報を設定する（ステップＳ０２７）。

続いて、高さ情報の設定が継続される場合（ステップＳ０２９でＹｅｓ）、ステップＳ０１３へ戻り、高さ情報の設定を終了する場合（ステップＳ０２９でＮｏ）、高さ情報設定部２６１は、高さ情報が設定された領域を有する部分領域が複数存在すれば、複数の部分領域に設定されている高さ情報を統合し、立体画像の画像データの高さ情報とする。

図２２は、本実施形態の出力物の生産処理の手順の流れの一例を示すフローチャートである。

まず、取得部１５１は、情報処理装置２００から、立体画像の画像データ及び高さ情報を取得する（ステップＳ１０１）。

続いて、色情報生成部１５３は、取得部１５１により取得された立体画像の画像データに基づいて、立体画像の画素毎の色を示す色情報を生成する（ステップＳ１０３）。

続いて、層情報生成部１５５は、色情報生成部１５３により生成された色情報及び取得部１５１により取得された高さ情報に基づいて、立体画像を造形するための層毎の層情報を生成する（ステップＳ１０５）。

続いて、造形部１６１は、層情報生成部１５５により生成された層毎の層情報に基づいて、記録媒体上に紫外線硬化インクを積層させ、補正された立体画像を造形する造形処理を行う（ステップＳ１０７）。

図２３は、図２２に示すフローチャートのステップＳ１０７の造形処理の一例を示すフローチャートである。なお、図２３に示す例では、ｉ（ｉは２以上の自然数）−ｍが０以下の場合、色層情報に基づく紫外線硬化インクの積層は行われないものとする。また、ｎは最上位層であり、ｍは、前述の通り、１以上の自然数である。

まず、造形部１６１は、紫外線硬化インクを用いて、１層目の形状層情報が示すドットを記録媒体上に積層する（ステップＳ２０１）。

続いて、造形部１６１は、紫外線硬化インクを用いて、２層目の形状層情報が示すドットを１層目の形状層情報が示すドット上に積層するとともに、２−ｍ層目の色層情報が示すドットを記録媒体上に積層する（ステップＳ２０３）。

以下、造形部１６１は、ｉ＝ｎ−１となるまで、紫外線硬化インクを用いて、ｉ層目の形状層情報が示すドットをｉ−１層目の形状層情報が示すドット上に積層するとともに、ｉ−ｍ層目の色層情報が示すドットを記録媒体又はｉ−ｍ−１層目の形状層情報が示すドット上に積層する。ここでは、ｉは３から始まり、処理が行われる毎に、値がインクリメントされる。

続いて、造形部１６１は、紫外線硬化インクを用いて、ｎ層目の形状層情報が示すドットをｎ−１層目の形状層情報が示すドット上に積層するとともに、ｎ−ｍ層目の色層情報が示すドットをｎ−ｍ−１層目の形状層情報が示すドット上に積層する（ステップＳ２０５）。

最後に造形部１６１は、紫外線硬化インクを用いて、ｎ−ｍ＋１層目の色層情報が示すドット〜ｎ層目の色層情報が示すドットをそれぞれ、ｎ−ｍ層目の形状層情報が示すドット上〜ｎ−１層目の形状層情報が示すドット上に積層する（ステップＳ２０７）。

以上のように、本実施形態では、まず、画像データ上の任意の点の指定を受け付け、その後、指定された任意の点に対応する３次元色空間上の色（基準色）を基準に調整された３次元色空間上の色範囲の指定を受け付ける。このため本実施形態によれば、高さ情報を設定したい領域における３次元色空間上の色（基準色）を基準に色範囲を指定でき、指定した色範囲を、高さ情報を設定したい領域における色範囲に最初から近づけやすくできるので、画像データ上の高さ情報を設定したい領域を簡易に選択することができる。

また本実施形態によれば、色範囲を指定することにより選択された領域に高さ情報を設定することを繰り返したり、高さ情報の設定手法を使い分けて高さ情報を設定したりすることで、緻密な形状を示す高さ情報の生成が可能となり、造形対象の立体物の見本となる造形物や画像データから想像されるイメージとの形状一致性、凹凸感、及び色再現性を得られやすくできる。

特に本実施形態によれば、部分領域毎に、色範囲を指定することにより選択された領域に高さ情報を設定することを繰り返したり、高さ情報の設定手法を使い分けて高さ情報を設定したりすることで、画像の部分形状の最適化が可能となるので、より緻密な形状を示す高さ情報の生成が可能となり、造形対象の立体物の見本となる造形物や画像データから想像されるイメージとの形状一致性、凹凸感、及び色再現性をより得られやすくできる。

このため本実施形態によれば、一般的な立体造形の際に課題となる以下のような問題も解決できる。
（１）似通った色やコントラストの低い画像では凹凸感が出しにくい。
（２）複雑な色でランダムに構成されるイラストや絵画のような画像では、色相情報や明度、彩度だけから形状データを生成すると、形状データに凹凸感が出過ぎて複雑になり過ぎたりして、元となる３次元造形物との形状の一致性・再現性が低下してしまう。
（３）元となる３次元造形物が無く２次元の画像データから３次元形状データを生成する場合は、２次元画像データから想像できるイメージと３次元造形物の凹凸感の不一致による乖離が発生してしまう場合がある。
（４）凹凸感の不一致は２次元のカラーデータを付与したときに顕在化される凹凸による陰影にも影響を与え、見た目の色再現性の低下にもつながる。

また本実施形態では、色情報は、１層分の情報であり、立体画像を造形する際に、色情報が示すドットとして形成された紫外線硬化インクが、他の色情報が示すドットとして形成された紫外線硬化インクと重ねて積層されることがないため、立体画像の色再現性を向上させることができる。

また本実施形態では、同一層の形状層情報に対する色層情報に基づく紫外線硬化インクの積層の遅れを少なくするほど、ヘッドユニット１５からの紫外線硬化インクの吐出距離を短くできるため、立体画像の造形精度を向上させることができる。

また本実施形態では、同一層の形状層情報に対する色層情報に基づく紫外線硬化インクの積層の遅れを多くするほど、イエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、及びマゼンタ（Ｍ）などの色を形成する紫外線硬化インクに紫外線である硬化光を照射する回数を減らせるため、これらの紫外線硬化インクの劣化を防止でき、立体画像の色再現性をより向上させることができる。

（変形例１）
上記実施形態では、インクジェット方式について説明したが、変形例１では、溶融物堆積法で行う場合のヘッドユニット１０１５の機械的構成について説明する。

図２４は、変形例１のヘッドユニット１０１５の機械的構成の一例を示す模式図である。図２４に示すように、ヘッドユニット１０１５は、溶融（サーマル）ヘッド１０２０を有する。

溶融ヘッド１０２０は、溶融インク１０２３を有し、溶融インク１０２３を加熱することで、記録媒体１６に対し、溶融インク１０２３を出力する。溶融インク１０２３は、インクジェット方式と同様、ホワイト（Ｗ）、クリアー（ＣＬ）、イエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、及びブラック（Ｋ）の溶融インクで構成される。

（変形例２）
上記実施形態では、造形部１６１は、立体画像の形状の造形に、色情報が示す色と異なる色の紫外線硬化インクを用いる例について説明したが、立体画像の形状のうち色情報が示す色が積層される部分の造形には、色情報が示す色と異なる色の紫外線硬化インクを用い、当該部分以外の造形には、いずれの色の紫外線硬化インクを用いるようにしてもよい。このようにすれば、立体画像の色再現性を向上させつつ、立体画像の造形速度を向上させることができる。

（変形例３）
上記実施形態では、立体画像の表面部を全て色情報が示す色で覆う例について説明したが、立体画像の表面部の一部分に色が付されるような場合であれば、立体画像の表面部の色が付される部分を色情報が示す色で覆うようにすればよい。

（変形例４）
上記実施形態では、層情報の生成をコントローラ１００で行う場合を例に取り説明したが、層情報の生成までを情報処理装置２００で行うようにしてもよい。この場合、色情報生成部１５３及び層情報生成部１５５を情報処理装置２００が備えるようにし、取得部１５１が、情報処理装置２００から層情報を取得するようにすればよい。

また、上記実施形態では、情報処理装置２００で高さ情報を生成する例について説明したが、立体造形装置５（コントローラ１００）で行うようにしてもよい。この場合、情報処理装置２００が備える構成を立体造形装置５（コントローラ１００）が備えるようにすればよい。また、立体造形装置５（コントローラ１００）で高さ情報を生成する場合に、ユーザインタフェースのみ（操作入力及び画面表示のみ）を情報処理装置２００で行い、それ以外を立体造形装置５（コントローラ１００）で行うようにしてもよい。

（プログラム）
上記実施形態及び各変形例の情報処理装置２００及び立体造形装置５で実行されるプログラムは、インストール可能な形式又は実行可能な形式のファイルでＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、メモリカード、ＤＶＤ（Digital Versatile Disk）、フレキシブルディスク（ＦＤ）等のコンピュータで読み取り可能な記憶媒体に記憶されて提供される。

また、上記実施形態及び各変形例の情報処理装置２００及び立体造形装置５で実行されるプログラムを、インターネット等のネットワークに接続されたコンピュータ上に格納し、ネットワーク経由でダウンロードさせることにより提供するようにしてもよい。また、上記実施形態及び各変形例の情報処理装置２００及び立体造形装置５を、インターネット等のネットワーク経由で提供または配布するようにしてもよい。また、上記実施形態及び各変形例の情報処理装置２００及び立体造形装置５で実行されるプログラムを、ＲＯＭ等に予め組み込んで提供するようにしてもよい。

上記実施形態及び各変形例の情報処理装置２００及び立体造形装置５で実行されるプログラムは、上述した各部をコンピュータ上で実現させるためのモジュール構成となっている。実際のハードウェアとしては、例えば、ＣＰＵがＲＯＭからプログラムをＲＡＭ上に読み出して実行することにより、上記各機能部がコンピュータ上で実現されるようになっている。

１ 立体造形システム
５ 立体造形装置
１０ エンジン
１１ ノズル列
１３ 紫外線照射装置
１３ａ 照射部
１４ インクジェットヘッド
１５ ヘッドユニット
１００ コントローラ
１０１ 制御装置
１０２ 主記憶装置
１０３ 補助記憶装置
１０４ 表示装置
１０５ 入力装置
１０６ 通信装置
１５１ 取得部
１５３ 色情報生成部
１５５ 層情報生成部
１５７ 搬送制御部
１５９ 移動制御部
１６１ 造形部
２００ 情報処理装置
２０１ 制御装置
２０２ 主記憶装置
２０３ 補助記憶装置
２０４ 表示装置
２０５ 入力装置
２０６ 通信装置
２５１ 画像データ記憶部
２５３ 表示制御部
２５５ 受付部
２５７ 選択部
２５９ 変換部
２６１ 高さ情報設定部
２６３ 出力部

特許第４３３７５７１号公報

Claims (7)

1. 立体画像の画像データおよび高さ情報を取得する取得部と、
   前記取得部により取得された前記画像データから前記立体画像の色情報を層毎に生成する色情報生成部と、
   前記取得部により取得された前記画像データと前記高さ情報とに基づいて、層毎の層情報を生成する層情報生成部と、
   前記層情報生成部により生成された前記層情報に基づいて、記録媒体上に色のない立体画像の層を形成するとともに、前記色情報生成部により生成された前記色情報に基づいて、前記記録媒体上に色を有するインクを積層する造形部と、
   を備える立体造形装置。
2. 前記造形部は、前記立体画像の層および該立体画像の層より下層のインクを同じタイミングで積層する請求項１に記載の立体造形装置。
3. 前記色のない立体画像は、白、無色、または白と無色とを混ぜたもので構成される請求項１又は２に記載の立体造形装置。
4. 前記造形部は、前記立体画像の層および前記積層するインクをドットとして形成する請求項１〜３のいずれか一項に記載の立体造形装置。
5. 前記インクは紫外線硬化インクである請求項１〜４のいずれか一項に記載の立体造形装置。
6. 前記画像データを表示部に表示する表示制御部をさらに有する請求項１〜５のいずれか一項に記載の立体造形装置。
7. 前記表示部に表示された画像データ上の任意の点の指定を受け付けるとともに、当該任意の点に基づく３次元色空間上の色範囲の指定を受け付ける受付部をさらに有する請求項６に記載の立体造形装置。