JP6825315B2 - 質感調整支援システム及び質感調整支援方法 - Google Patents
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Description
また、3DCG制作において、モデリングした3次元形状における質感設定とは、主にマテリアル(表面材質属性)の調整を示している。上記モデリングにおいて、基本的なマテリアルの質感設定のパラメータ(以下、質感設定パラメータ)としては、拡散色・拡散率・反射光・光沢・鏡面反射率・透明度・屈折率・不透明度・バンプマップ(バンプマップ深さ)などがある。
しかし、実物体と見比べながら、上記CGにおける仮想体の質感設定パラメータを調整して忠実に、実物体と同様の質感となるように、CGにおける仮想体を作り込んでいくことは大きな労力が必要となる。
例えば、従来においては、光沢を調整するために、特定の光源で照明された実物体と表示ディスプレイ上の再現画像を同時に観察・比較しながら表面からの反射成分(反射光成分)を編集する手法がとられている(例えば、非特許文献1参照)。
また、他の手法としては、実物体を撮影した画像から実物体表面の質感パラメータを推定する方法がある(例えば、特許文献1参照)。
また、実物体とその実物体をCGにより再現した仮想体とを比較する際、照明する光源の位置と観察する視点位置との各々を、実物体と仮想体とにおいて一致させることは困難である。
上述した理由により、同一条件において実物体とCGにおける仮想体との質感を比較することが困難である。このため、非特許文献1の手法においては、実物体に対応する質感をCGにおける仮想体によって実現する際、CGにおける仮想体の質感調整を行うCGデザイナーの各々によって、CGにおける仮想体それぞれが異なる質感調整となってしまう。
さらに、特許文献1の手法は、質感設定パラメータの内、実物体の表面における光沢に関するパラメータのみを調整するための手段であり、実物体の表面における凹凸形状により生じる陰影や、透過性を有する実物体を透過する光の透過度を調整することはできない。
以下、本発明の第1の実施形態について、図面を参照して説明する。
図1は、本発明の第1の実施形態による質感調整支援システムの構成の一例を示すブロック図である。図1において、質感調整支援システム1は、携帯端末装置10、撮像ボックス20、再現画像生成装置30及び画像表示装置31の各々を備えている。
携帯端末装置10は、スマートフォンなどの画像撮像機能(カメラ機能)、及び撮像画像などのデータを送受信する通信機能などを有する携帯可能な端末装置である。
本実施形態においては、光源を光源L1、光源L2及び光源L3の3個として説明するが、光源の数は限定されておらず、1個あるいは2個以上の複数個のそれぞれ単体、あるいは組合わせにより実物体100を照明しても良い。また、撮像用開口部21の個数も限定されておらず、複数個設けておき、いずれの位置における撮像用開口部21を用いて撮像画像を撮像しても良い。
また、光源L1、光源L2及び光源L3の各々を点光源としているが、線光源、面光源あるいは照射光が指向性を有する光源を用いても良い。ただし、三次元形状を生成するアプリケーションにおいても、線光源及び面光源などの照明をCGとして再現する必要が有るため、使用する光源の配向分布を持っておくことで、実際の照明に対して高い精度により同様な照明を行なうことができる。
図4は、携帯端末装置10により撮像された撮像画像と、光源位置及び視点位置の各々との対応を示す撮像画像テーブルの構成例を示す図である。この図4の撮像画像テーブルは、記憶部306に書き込まれて記憶されており、撮像画像番号の欄に対応して、光源位置及び視点位置の各々の欄がレコード毎に設けられている。撮像画像番号は、撮像画像の各々を識別するために付与される識別情報である。光源位置は、対応する撮像画像番号の撮像画像が撮像された際の、撮像ボックス20における光源の位置を示している。視点位置は、対応する撮像画像番号の撮像画像が撮像された際の、撮像ボックス20における撮像の位置を示している。
図8は、第1の実施形態における画像表示装置31の表示画面の一例を示す図である。この図8においては、画像表示装置31の表示画面31Sが示されている。表示画面31Sには、再現画像が表示される再現画像表示領域32と、光源位置及び視点位置の各々を設定する撮像環境設定領域33と、質感設定パラメータ設定領域34とが設けられている。撮像環境設定領域33には、光沢調整用モード、点光源の位置の選択ボタン、光源位置と実物体100(物体)との距離、撮像ボックス20の上面20Tにおける光源位置(平面座標)、照明の強度などの調整手段が設けられている。
また、光源51(光源L1、光源L2及び光源L3)の位置、および視点52(撮像用開口部21)の位置の各々が異なる撮像画像と、これら撮像画像と同一の撮像環境に設定した再現画像とのハイライトを、それぞれ更に比較して鏡面反射の反射モデルの係数を調整することにより、高い精度で鏡面反射成分が実物体の物体表面に対応した仮想体の物体表面を再現することができる。
また、拡散反射成分53の輝度は、光源51の位置によって異なるため、異なる位置に光源51を配置して撮像された撮像画像と再現画像との比較を行い、拡散反射の反射モデルの係数(拡散率)を調整することにより、高い精度で拡散反射成分が実物体の物体表面に対応した仮想体の物体表面を再現することができる。
CGデザイナー(以下、操作者)は、CGにおける仮想体の生成において、実物体100の質感と同様の質感を有する仮想体を再現する際、再現したい対象物である実物体100の撮像を、すでに述べた撮像ボックス20(図1)を用いて行なう。
操作者は、実物体100の照明用の光源L1、L2及びL3の各々を、実物体100を照明させたい位置に設置し固定する。
そして、操作者は、撮像ボックス20の開閉扉23を開け、位置合わせ治具24により所定の位置に固定させて実物体100を配置する。操作者は、実物体100を配置が終了した後、撮像ボックス20の開閉扉23を閉じ、撮像ボックス20の内部に外部から環境光が入射しないように、撮像ボックス20の内部を密閉空間とする。
次に、操作者は、実物体100の撮像画像を、携帯端末装置10の画像撮像機能を用いて行なう。本実施形態においては、実物体100の撮像を、図2に示した画像表示機能付きの携帯端末装置10を用いる。携帯端末装置10は、裏面10Bに撮像を行うレンズ部11が設けられており、このレンズ部11を撮像ボックス20における撮像用開口部21と一致するように、配置凹部22に対して携帯端末装置10を嵌め込んで配置する。
上述したように、実物体100の撮像を行なう際、実物体100の照明は、光源L1、光源L2及び光源L3のいずれか一個または複数個を点灯させた照明光により行なう。
そして、操作者が実物体の撮像を行なうことにより、携帯端末装置10は、撮像画像番号に対応させ、内部の記憶部に対して撮像画像を書き込んで記憶させる。
再現画像生成装置30は、例えば、コンピュータに対して、質感設定パラメータを調整して、三次元形状である仮想体の質感を変更することができる三次元形状生成のアプリケーションのプログラムなどがインストールされている。
そして、操作者は予め作成されている仮想体のなかから、実物体100と同様の質感に調整したい仮想体を、画像表示装置31の表示画面31Sの仮想体選択欄(不図示)において選択する。
画像表示装置31の表示画面31Sにおける質感設定パラメータ設定領域34において、操作者が質感設定パラメータを調整することにより、仮想体調整部303は、順次変更される記憶部306の仮想体テーブルの質感設定パラメータを読み出し、仮想体の質感を変更する。
再現画像生成部304は、記憶部306の光源位置の座標値PL、視点位置の座標値PCを撮像画像テーブル、光源位置テーブル及び視点位置テーブルの各々から読み出す。
そして、再現画像生成部304は、すでに述べたように、実物体100の撮像画像を撮像した際の撮像環境に対応した再現画像を、三次元座標系における仮想体を画像表示装置31の表示画面31S(撮像した際の視点位置の座標値PCにおける面)に投影して生成する。
再現画像表示制御部305は、生成した再現画像を画像表示装置31の表示画面31Sにおける再現画像表示領域32に表示する。
操作者は、携帯端末装置10の表示画面12に表示された実物体の撮像画像と、画像表示装置31の表示画面31Sにおける再現画像表示領域32に表示された再現画像との質感の比較を行なう。
このとき、操作者は、撮像画像における実物体100の質感と、再現画像における仮想体の質感とが同様である判断した場合、仮想体の質感設定パラメータを調整を終了し、すなわち質感設定パラメータを決定して、仮想体の質感の変更処理を完了する。
一方、操作者は、撮像画像における実物体100の質感と、再現画像における仮想体の質感とが同様ではないと判断した場合、仮想体の質感設定パラメータの調整を継続するため、処理をステップS3に戻し、質感設定パラメータの調整を行なう。
そして、再現される仮想体の凹凸形状の質感をバンプマッピングにより表現する際にも、上述した本実施形態による仮想体の質感の調整を、質感設定パラメータの調整により行なうことができる。バンプマッピングにより生じる法線変化の光沢は、光源位置および視点位置(視線方向も含む)により異なって観察される。
また、本実施形態においては、携帯端末装置10の表示画面12と、画像表示装置31の表示画面31Sとの表示特性が異なるため、例えば、予め画像表示装置31の表示特性を携帯端末装置10の表示特性とを合わせるプロファイルを生成し、画像表示装置31がこのプロファイルを用いて表示画面31Sに再現画像を表示するようにしておいても良い。
以下、本発明の第2の実施形態について、図面を参照して説明する。第2の実施形態は、構成が図1に示す第1の実施形態と同様である。以下、第1の実施形態と異なる処理のみを説明する。
第1の実施形態においては、質感設定パラメータの調整を行なう際、撮像画像と再現画像との比較をカラー画像そのままで行なっていた。第2の実施形態においては、撮像画像と再現画像との各々をRGBそれぞれの色成分の色成分画像として行なう。すなわち、再現画像生成部304は、撮像画像からRGBの各々の色成分を抽出し、撮像R色成分画像、撮像G色成分画像、撮像B色成分画像それぞれを生成する。同様に、携帯端末装置10は、再現画像からRGBの各々の色成分を抽出し、再現R色成分画像、再現G色成分画像、再現B色成分画像それぞれを生成する。
そして、上述したRGBの各々の色成分毎における撮像画像と再現画像との質感が同様となった時点において、色成分毎の質感設定パラメータの調整を終了する。この後、第1の実施形態と同様に、カラー画像として撮像画像及び再現画像の比較を行ない、質感設定パラメータの微調整を行ない、質感設定パラメータを決定する。
さらに、本実施形態によれば、RGBの各々の色成分毎における撮像画像と再現画像とを比較して質感設定パラメータのを行うため、それぞれの色成分毎の質感を調整した後、カラー画像で最終的に質感の微調整を行なうことにより、質感の調整を単純化することが可能となり、第1の実施形態に比較してより早く、質感を同様とする質感設定パラメータを収束させることができる。
以下、本発明の第3の実施形態について、図面を参照して説明する。
図11は、本発明の第3の実施形態による質感調整支援システムの構成の一例を示すブロック図である。図11において、質感調整支援システム1Aは、画像撮像装置60、撮像ボックス20A、再現画像生成装置30及び画像表示装置31の各々を備えている。第1の実施形態及び第2の実施形態の構成と同様な構成には同一の符号を付し、その説明を省略する。以下、第1の実施形態と異なる構成および動作について説明する。
また、撮像環境取得部301は、画像撮像装置60から、画像撮像装置60の撮像した撮像画像を読み込み、記憶部306に書き込んで記憶させる。
再現画像表示制御部305は、画像表示装置31の表示画面31Sにおける再現画像表示領域32に再現画像を表示し、撮像画像表示領域35に同一撮像環境の撮像画像を表示する。
また、撮像ボックス20Aにおける筐体20Kの上面20Tには、画像撮像装置60のレンズ部60Lを嵌め込むための撮像用開口部21Aが設けられている。この撮像用開口部21Aは、第1の実施形態及び第2の実施形態における撮像用開口部21と同様に、設置されている位置が実物体100を撮像する視点位置となる。
また、本実施形態によれば、第1の実施形態及び第2の実施形態のように、異なる表示画面にそれぞれ撮像画像及び再現画像とが表示されるのでなく、撮像画像と再現画像とが同一の表示画面31Sに並列に表示されるため、撮像画像と再現画像との比較を行ないつつ、かつ質感設定パラメータ設定領域34において質感設定パラメータを制御するため、操作者が仮想体の質感を調整し易くなる。
図12は、本発明の第4の実施形態による質感調整支援システムにおける撮像ボックスの構成の一例を示すブロック図である。図12において、質感調整支援システムにおける携帯端末装置10、再現画像生成装置30及び画像表示装置31の各々は、第1の実施形態及び第2の実施形態と同様である。図12(a)は、第1の実施形態及び第2の実施形態に対応する第4の実施形態の撮像ボックス20Cの構成例を示している。図12(a)の撮像ボックス20Cにおいて、第1の実施形態及び第2の実施形態の構成と同様な構成には同一の符号を付し、その説明を省略する。
また、図12(b)は、第3の実施形態に対応する第4の実施形態の撮像ボックス20Dの構成例を示している。図12(b)の撮像ボックス20Dにおいて、第1の実施形態及び第2の実施形態の構成と同様な構成には同一の符号を付し、その説明を省略する。
これにより、仮想体において質感を再現したい対象である実物体100が光を透過し、裏側にある模様を観察することができる材質の物体であれば、底面20Bの絵柄200の見え方を、操作者が撮像画像と再現画像との質感を比較することにより、撮像画像の質感に近づくように、質感設定パラメータを制御することにより再現画像の質感を調整できる。例えば、操作者は、質感設定パラメータのうち、実物体100を透過して観察される絵柄200の歪み方から、実物体100の屈折率を調整し、また絵柄200の明暗を示す明度から実物体100透明度を調整して決定することができる。
これにより、本実施形態によれば、CGアプリケーションにおいても、白色板を既知の光源位置から照明し、再現画像を生成することにより、同一の撮像環境により、白色板の撮像画像と白色板の再現画像とを比較して、各光源の強度、色温度をデザイナーの主観において調整できる。
この処理を行なった後に、第1の実施形態から第4の実施形態における仮想体の質感を実物体に近づける質感設定パラメータの調整を行なう。
そして、再現画像生成部304は、上述した仮想体の三次元形状によるアニメーションから、視点位置に対応した画像表示装置31の表示画面31Sに投影した2次元画像のアニメーションを再現画像として生成する。
再現画像表示制御部305は、動画像である撮像画像と再現画像とを、実時間で同期させて表示する。これにより、操作者は、光源位置の移動に対応した質感を近づけるための質感設定パラメータの調整を行なうことができる。
また、「コンピュータシステム」は、ホームページ提供環境(あるいは表示環境)を備えたWWWシステムも含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ROM、CD−ROM等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムが送信された場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリ(RAM)のように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。
10…携帯端末装置
12,31S…表示画面
20,20A,20C,20D…撮像ボックス
30…再現画像生成装置
31…画像表示装置
60…画像撮像装置
301…撮像環境取得部
302…質感設定パラメータ取得部
303…仮想体調整部
304…再現画像生成部
305…再現画像表示制御部
306…記憶部
L1,L2,L3…光源
Claims (9)
- 質感を設定する質感設定パラメータを調整して、コンピュータグラフィックスにより質感が実物体に近い仮想体を生成する際、前記質感設定パラメータの調整を支援する質感調整支援システムであり、
外部からの光を遮断する内部空間を有する容器であり、内部の所定の位置に前記実物体を固定し、任意の位置に前記実物体を照明する光源が配置された撮像ボックスと、
前記撮像ボックスにおける所定の位置に配置され、前記実物体の撮像画像を撮像する撮像装置と、
前記撮像ボックスにおける前記光源の位置である光源位置と、前記撮像装置の位置である視点位置との各々を取得する撮像環境取得部と、
前記視点位置からの前記実物体を撮像した撮像画像を表示する撮像画像表示部と、
前記光源位置と前記視点位置とに対応した環境における前記仮想体の再現画像を生成する再現画像生成部と、
前記再現画像を表示する再現画像表示制御部と
を備えることを特徴とする質感調整支援システム。 - 前記撮像画像と前記再現画像とが同一の表示画面に表示される
ことを特徴とする請求項1に記載の質感調整支援システム。 - 前記撮像ボックスが、
前記光源位置及び前記撮像装置の各々の位置を任意に移動可能とする機構を有しているである
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の質感調整支援システム。 - 前記光源が、
一つあるいは複数の点光源、線光源または面光源である
ことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の質感調整支援システム。 - 前記質感設定パラメータが少なくとも、拡散色・拡散率・反射光・光沢・鏡面反射率・透明度・屈折率・不透明度・バンプマップ深さのいずれかあるいは組合わせであり、
前記再現画像生成部が、調整される前記質感設定パラメータに対応した前記仮想体を生成する
ことを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の質感調整支援システム。 - 前記撮像ボックスにおいて、底部に既知の分光反射率を持つ白色板が配置されており、
前記白色板を前記光源で照明した前記撮像画像と、前記再現画像生成部により生成された前記白色板の仮想体の前記再現画像とに基づき、前記仮想体に照射される仮想光源の照明光の色温度および強度の光源情報を、前記撮像画像の撮像環境における前記光源の照明光に対応するように調整する
ことを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の質感調整支援システム。 - 前記撮像ボックスにおいて、前記撮像装置の撮像方向に対し、前記実物体の背部に前記光源が配置され、
前記撮像装置が前記実物体を透過した透過光の状態を示す前記撮像画像を撮像する
ことを特徴とする請求項1から請求項6のいずれか一項に記載の質感調整支援システム。 - 前記撮像ボックスにおいて、前記撮像装置の撮像方向に対し、前記実物体の背部に既知の絵柄が描かれた参照体が配置され、前記実物体の透過特性を示す撮像画像を取得する
ことを特徴とする請求項1から請求項7のいずれか一項に記載の質感調整支援システム。 - 質感を設定する質感設定パラメータを調整して、コンピュータグラフィックスにより質感が実物体に近い仮想体を生成する際、前記質感設定パラメータの調整を支援する質感調整支援方法であり、
外部からの光を遮断する内部空間を有する容器であり、内部の所定の位置に前記実物体を固定し、任意の位置に前記実物体を照明する光源が配置され、前記実物体を撮像する撮像装置が配置された撮像ボックスを用い、前記実物体の撮像画像を前記撮像装置により撮像する撮像過程と、
前記光源の位置である光源位置と、前記撮像装置の位置である視点位置との各々を取得する撮像環境取得過程と、
前記視点位置からの前記実物体を撮像した撮像画像を表示する撮像画像表示過程と、
前記光源位置と前記視点位置とに対応した環境における前記仮想体の再現画像を生成する再現画像生成過程と、
前記再現画像を表示する再現画像表示過程と
を有することを特徴とする質感調整支援方法。
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