WO2006051841A1

WO2006051841A1 - 質感再現システム

Info

Publication number: WO2006051841A1
Application number: PCT/JP2005/020588
Authority: WO
Inventors: Shoji Yamamoto; Keiichi Kenmotsu; Tetsuya Tomonaka; Yoichi Miyake; Norimichi Tsumura; Toshiya Nakaguchi
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries, Ltd.
Priority date: 2004-11-15
Filing date: 2005-11-10
Publication date: 2006-05-18
Also published as: JP2006139726A

Abstract

　投影表示手段（１１）を用いて、見本物体（７）の質感を見本物体（７）とは反射特性の異なる模擬物体（９）上にリアルに再現することが可能な質感再現システムを提供する。見本物体（７）の反射特性に基づいて、所定の観察位置における見本物体（７）の輝度画像を演算する第１の演算手段（１０５）と、見本物体（７）とは反射特性の異なる模擬物体（９）の反射特性に基づいて、所定の観察位置における模擬物体（９）の輝度画像を演算する第２の演算手段（１０９）と、見本物体７の輝度画像と模擬物体（９）の輝度画像との差分を演算する第３の演算手段（１１１）と、差分に基づいて、この差分がなくなるような投影用輝度画像を演算する第４の演算手段（１１５）と、模擬物体（９）に投影用輝度画像を投影する投影表示手段（１１）と、を備える。

Description

明細書

質感再現システム

技術分野

[0001] 本発明は、見本物体の質感を該見本物体とは反射特性の異なる模擬物体上に再現する質感再現システムに関するものである。

背景技術

[0002] 近年の計算機の発達に伴い、複雑な光線追跡を必要とする CGやレンダリングが高速に処理できるようになり、関連する開発が盛んに行われている。そのため実写に見劣りをしない、質感（光沢感ゃ透明感など）再現が可能となり、コマーシャルやインタ一ネットショッピングに多用されている。

また製造現場においても 3D— CADシステムの導入が進み、上記 CG技術と組み合わせた Digital— Mock— up上で出来上がり品質などをシミュレーションすることが可能となっている。これは製造工程の最適化を図る上で、非常に重要な位置付けとなっている。

[0003] これら CGなどを用いた質感再現手法は、たとえば、特許文献 1や特許文献 2に記載されている。光沢感などは物体の質感を左右する重要な項目であり、その加工方法や表示方法にっレ、て、多くの特許出願がなされてレ、る。

し力、しながら、これらの表示再生はあくまでもディスプレイ媒体を通じたものであるため、質感を実物と一致させることが困難である。特にディスプレイ媒体が自発光物体であるのに対して、自然物体は反射物体であるので、表示物体と実物とでは見えのモードが異なることになる。

[0004] また、質感などを表現する上では、表示ダイナミックレンジも重要な項目であるが、現在のディスプレイ媒体ではこのダイナミックレンジが 200 : 1程度しか確保できず、そのため、特許文献 1、 2に示すような反射特性の加工や圧縮手法を採用することになる。

特許文献 1 :特許第 3254195号公報

特許文献 2 :特許第 3311841号公報発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0005] し力しながら、従来の表示再生技術は、あくまでもディスプレイ媒体を通じたものであるため、質感を実物と一致させることが困難である。特にディスプレイ媒体が自発光物体であるのに対して、自然物体は反射物体であるので、表示物体と実物とでは見えのモードが異なることになる。

[0006] また、質感などを表現する上では、表示のダイナミックレンジ (コントラスト)も重要な項目であるが、現在の自発光ディスプレイ媒体ではこのダイナミックレンジが 200： 1 程度しか確保できず、そのため、特許文献 1、 2に示すような反射特性の加工や圧縮手法を採用しなければならないことになる。

[0007] 本発明の目的は、このような状況に鑑み、投影表示手段を用いて見本物体の質感を該見本物体とは反射特性の異なる模擬物体上にリアルに再現することが可能な質感再現システムを提供することにある。

課題を解決するための手段

[0008] 本発明は、見本物体の質感を、該見本物体とは反射特性の異なる模擬物体上に再現する質感再現システムであって、前記見本物体の反射特性に基づいて、所定の観察位置における前記見本物体の輝度画像を演算する第 1の演算手段と、前記模擬物体の反射特性に基づいて、前記所定の観察位置における前記模擬物体の輝度画像を演算する第 2の演算手段と、前記見本物体の輝度画像と前記模擬物体の輝度画像との差分を演算する第 3の演算手段と、前記差分に基づいて、この差分がなくなるような投影用輝度画像を演算する第 4の演算手段と、前記見本物体および Z または模擬物体に前記投影用輝度画像を投影する投影表示手段と、を備えることによって上記目的を達成してレ、る。

[0009] 前記投影輝度画像は、たとえば、前記差分を逆光線追跡することによって得るようにしてもよい。

また、前記見本物体の反射特性は、該見本物体の位置、該見本物体における光の入射角、出射角、入射方位角、出射方位角および波長の関数として設定することができる。 [0010] 前記第 4の演算手段は、前記投影用輝度画像の最大輝度値を検索する手段と、前記投影用輝度画像、前記最大輝度値、および前記投影表示手段の限界放射輝度に基づいて、該限界放射輝度を上限輝度とする前記模擬物体に対する修正投影輝度画像を演算する演算手段と、前記観察位置における前記模擬物体の反射特性および前記修正投影輝度画像に基づいて、最終的模擬物体輝度画像を演算する演算手段と、前記最終的模擬物体輝度画像および前記観察位置における前記見本物体の反射特性に基づいて、最終的投影用輝度画像を演算する演算手段と、を備えること力 sできる。

発明の効果

[0011] 本発明に係る質感再現システムによれば、反射表示機能を有しかつ 1000 : 1以上の表示ダイナミックレンジを有した投影表示手段を用いて、見本物体の質感を該見本物体とは反射特性の異なる模擬物体上にリアルに再現することが可能である。したがって、例えば、発注先から製造工場に製品の製造を依頼する場合、製品見本物体を製造工場に送る必要がなくなるという利点が得られる。

図面の簡単な説明

[0012] [図 1]本発明に係る質感再現システムの実施形態を概念的に示す斜視図である。

[図 2]質感再現のための手順を示すフローチャートである。

[図 3]見本物体と模擬物体の質感を比較している状態を示す斜視図である。

[図 4]見本物体の視点位置での輝度画像を得るための手法を示す模式図である。

[図 5]模擬物体の視点位置での輝度画像を得るための手法を示す模式図である。

[図 6]視点位置での差分画像に対応する投影装置での投影輝度画像を得るための手法を示す模式図である。

[図 7]物体の反射特性図である。

[図 8]上記反射特性図の断面である。

[図 9]見本物体の一つの点における反射特性図である。

[図 10]模擬物体の一つの点における反射特性図である。

[図 11]図 9に示す反射特性を点線で、図 10に示す反射特性を実線で示した反射特十生図である。 [図 12]視点位置での見本物体 7の輝度画像を点線で、最終的模擬物体輝度画像を実線で示した反射特性図である。

[図 13]視点位置における変更前の見本物体の輝度画像を細実線で、最終的投影輝度画像を投影装置から投影した場合の視点位置における見本物体の輝度画像を太実線で示した反射特性図である。

[図 14]見本物体 7の投影輝度を制御して模擬物体の見えを良くする手法を示すフロ一チャートである。

発明を実施するための最良の形態

[0013] 図 1は、本発明に係る質感表示システムの実施形態を示す概略図である。この図 1 において、ネットワーク 1を介して接続された各処理コンピュータ 3のデータベース 5には、見本物体および模擬物体の反射特性が格納されている。上記見本物体は、例えばクロムめつき等の表面処理を施した完成品であり、模擬物体はこの表面処理を施す前の未完成品である。図 3には、この見本物体および模擬物体の一例として、半円筒状の見本物体 7および該見本物体 7と同一形状の模擬物体 9が示されている。

[0014] なお、全く同じ質感の製品を大量生産するような製造工場では、見本物体 7と模擬物体 9の形状が同一でないと模擬物体 9の質感の再現判断が困難になる虞がある。しかし、例えば、ガラス表面の研磨具合や、同じ材質への塗装具合による質感を再現すること力 S目的である場合には、必ずしも見本物体 7と模擬物体 9の形状の同一性は要求されない。

[0015] 見本物体 7の反射特性は、所定の放射輝度を有する光源（図示せず）の位置と、その反射光を観察する観察者の視点の位置とをパラメータとして予め計測される。模擬物体 9の反射特性も同様である。なお、この反射特性の計測手法は周知であるので、ここではその説明を省略する。

[0016] 以下、図 2を参照してこの実施形態において実行される質感表示手順の一例を説明する。模擬物体 9が設置された場所の処理コンピュータ 3では、上記光源の位置、観察者の視点、および物体形状（見本物体 7の形状 =模擬物体 9の形状）がキーボードの操作等で指定される (ステップ 101)。コンピュータ 3は、この指定された光源の位置、観察者の視点および物体形状に基づいて、これらに対応する見本物体 7の反射特性をデータベース 5から取り込み (ステップ 103)、その反射特性に基づいて上記観察者の視点における見本物体 7の輝度画像を演算する (ステップ 105)。

[0017] また、この処理コンピュータ 3は、指定された上記光源の位置、観察者の視点および物体形状に基づいて、これらに対応する模擬物体 9の反射特性をデータベース 5 力取り込み (ステップ 107)、その反射特性に基づいて、上記観察者の視点における模擬物体 9の輝度画像を演算し (ステップ 109)、上記見本物体 7の輝度画像とこの模擬物体 9の輝度画像の差分を演算する (ステップ 111)。

[0018] 次に、処理コンピュータ 3は、上記差分演算によって得た差分輝度画像の逆光線追跡を実行する (ステップ 113)。

図 4〜図 6は、上記逆光線追跡を説明する模式図である。なお、これらの図では、説明を容易にするため、見本物体 7および模擬物体 9を球体として示している。

図 4に示すように、投影装置 11内の変調器 (液晶やミラーデバイス等)で生成された所定放射輝度の光をレンズ 11aを介して見本物体 7に照明した場合、所定の視点位置 (網膜上)には水晶体からなるレンズを介して反射光が結像することになる。この図 4 の右方部には、このときに観察者によって認識される輝度画像が示されている。この輝度画像は、前記ステップ 105で演算される見本物体の輝度画像に対応している。

[0019] 次に、図 5に示すように、模擬物体を図 4の場合と同じ条件下で照明した場合、上記視点位置での模擬物体 9の輝度画像は、この図 5の右方部に示すようになる。この輝度画像は、前記ステップ 109で演算される模擬物体の輝度画像に対応する。

[0020] 図 6の右方部に示す輝度画像は、図 4に示した視点位置での見本物体 7の輝度画像と図 5に示した該視点位置での模擬物体 9の輝度画像との差をとることによって得られる差分輝度画像である。この差分輝度画像は、前記ステップ 111で演算される差分輝度画像に対応している。

差分輝度画像は、見本物体 7の輝度を基準とする模擬物体 9の輝度不足分を意味してレ、る。したがって、この差分輝度画像に基づいて、上記輝度不足分が補われるような輝度画像を投影装置 11から模擬物体 9に投影すれば、該模擬物体 9の見えが見本物体 7のそれと一致することになる。

[0021] 図 6に示す視点位置での差分輝度画像が得られれば、この差分輝度画像に対応する投影装置 11での投影輝度画像は、視点位置、物体の位置および投影装置 11 の位置の関係に基づいて上記差分輝度画像を上記視点位置から投影装置 11まで追跡することによって得ること力 Sできる。なお、逆光線追跡手法は周知であるので、ここではその具体的な説明を省略する。

上記ステップ 113では、上記逆光線追跡手法によって、ステップ 111で得られた視点位置での差分輝度画像が投影装置 11で現在投影されている所定放射輝度に対する差分輝度画像として換算される。

[0022] ステップ 115では、上記投影装置 11での差分輝度画像に基づいて、上記視点位置での差分輝度画像分、つまり、視点位置から見た模擬物体 9の輝度不足分が補われるような投影輝度画像を生成し、次のステップ 117でこの投影輝度画像を投影装置 11から出力させる。

[0023] この結果、この実施形態によれば、視点位置から見た模擬物体 9の輝度不足分が補われて、模擬物体 9の見え (この例では、特に光沢)が見本物体 7のそれと一致することになる。

[0024] 模擬物体 9の見えは、図 3に示すように、見本物体 7と模擬物体 9を隣接配置することによって評価することができる。この場合、見本物体 7に対して投影装置 11から所定輝度の照明光が投射され、模擬物体 9に対して投影装置 1 1から上記ステップ 115 で得た投影輝度画像が出力される。このような評価を行った結果、模擬物体 9の見えが見本物体 7の見えにきわめて近似していることが確認された。

[0025] この実施形態に係る質感再現システムでは、ネットワーク 1を介して接続された各処理コンピュータ 3のいずれにおいても上記の手順を実行させることが可能である。したがって、この質感再現システムによれば、遠隔地においても模擬物体 9をあた力、も見本物体 7の質感を有する物体として見ることが可能である。これにより、例えば、発注先から製造工場に製品の製造を依頼する場合、製品見本物体を製造工場に送る必要がなくなる。

また、上記実施形態によれば、図 1に示した点線枠内に製造品を配置して、この製造品と見本物体 7の質感が再現された模擬物体 9とを比較して、上記製造品の仕上力 Sり具合を評価することができる。 [0026] ところで、投影装置 11は、限界放射輝度を有するので、上記ステップ 115で生成される投影輝度画像の最大輝度が限界放射輝度を越えている場合には、上記視点位置から見た模擬物体 9の輝度不足分を完全に補うことができないことになる。このような場合、模擬物体 9の輝度不足分を補う代わりに、見本物体 7の投影輝度を制御して模擬物体 9の見えを良くする以下のような対処法を適用することができる。

[0027] 図 7は、図 4に示す見本物体 7や図 5に示す模擬物体 9の前記視点位置における反射特性を例示したものである。この図 7において、反射輝度 loutは、以下のように表される。

Iout = BRDF-Iin

ここで、 Iinは投影輝度、 BRDFは双方向反射関数（見本物体 7と模擬物体 9の位置 x， y、光入射角 Θ in、光出射角 Θ out,入射光の方位角 φ in、出射光の方位角 φ out および光の波長 λの関数）である。

[0028] したがって、物体 8もしくは 9の反射特性の A—A'断面は、図 8のように表される。以下、理解を容易にするためこの A—A'断面を用いて説明する。

図 9および図 10は、それぞれ図 4に示した見本物体 7および図 5に示した模擬物体 9の一つの点における反射特性 (視点位置から見た反射特性）を例示したものである。また、図 11は、図 9に示す反射特性を点線で、図 10に示す反射特性を実線で示したものである。

[0029] 図 11に示す各反射特性の差は、視点位置から見た上記一つの点における見本物体 7と模擬物体 9の輝度画像の差分である。図 2のステップ 111における差分演算では、上記物体面法線べクトノレを中心とする全ての点についてのこの差分輝度画像が演算されるので、図 2のステップ 115で生成される投影輝度画像は全ての点についての投影輝度画像である。

[0030] 図 14に示すステップ 201においては、図 2のステップ 115で生成された投影輝度画像における最大輝度値（cd/m2)が検索される。そして、次のステップ 203では、上記投影輝度画像と、投影装置 11の限界放射輝度と、上記検索された最大輝度値とに基づいて以下の演算を実行して、上記限界放射輝度を上限輝度とする模擬物体 9に対する修正投影輝度画像を決定する。修正投影輝度画像 =投影輝度画像 X (限界放射輝度/最大輝度値） [0031] ステップ 205では、上記修正投影輝度画像を模擬物体 9に投影した場合の該模擬物体 9の視点位置での輝度画像を最終的模擬物体輝度画像として求める。図 12において、点線を視点位置での見本物体 7の輝度画像、実線を上記最終的模擬物体輝度画像とすると、この最終的模擬物体輝度画像は下記の演算に基づいて求められる。

最終的模擬物体輝度画像 =

視点位置での摸擬物体の BRDF X修正投影輝度画像

そこで、次のステップ 207では、上記最終的模擬物体輝度画像と一致する、見本物体 7に対する最終的投影輝度画像を下記の演算に基づいて決定する。

最終的投影輝度画像 =

最終的模擬物体輝度画像/視点位置での見本物体の BRDF

[0032] 図 13において、細実線は視点位置における変更前の見本物体の輝度画像を示し、太実線は上記最終的投影輝度画像を投影装置から投影した場合の視点位置における見本物体の輝度画像 (変更された輝度画像）を示してレ、る。上記太線の輝度画像は、図 12に実線で示す上記最終的模擬物体輝度画像に一致することになる。

[0033] 上記ステップ 201〜207の手順は、必要に応じて図 2のステップ 115とステップ 117 の間に挿入して、前記処理コンピュータ 3に実行させることができる。このステップ 20 1〜207の手順を実行すれば、投影装置 11の能力を最大限に活用して、見本物体の輝度画像に近似する模擬物体輝度画像を再現することができる。

[0034] 上記ステップ 201〜207の手法は、投影装置 11における限界放射輝度を考慮して、模擬物体 9と見本物体 7に対する投影輝度画像を調整するものであるから、結果として、模擬物体 9および Zまたは見本物体 7に対する投影輝度が低下する場合もあり得る。し力ながら、両物体 7、 9の持つ質感やコントラストが保存され、しかも、絶対的な輝度ではなくて相対的な輝度で質感を感じるという視覚特性を人間が有することから、実用上十分な質感再現性が得られる。

[0035] なお、光源、物体 7と 9および視点の位置が変化されることも想定される力 S、図 7の反射特性から明らかなように、前記データベース 5はそれらの変化に対応する反射特性を提供することができる。

Claims

請求の範囲

[1] 見本物体の質感を、該見本物体とは反射特性の異なる模擬物体上に再現する質感再現システムであって、

前記見本物体の反射特性に基づいて、所定の観察位置における前記見本物体の輝度画像を演算する第 1の演算手段と、

前記模擬物体の反射特性に基づいて、前記所定の観察位置における前記模擬物体の輝度画像を演算する第 2の演算手段と、

前記見本物体の輝度画像と前記模擬物体の輝度画像との差分を演算する第 3の演算手段と、

前記差分に基づいて、この差分がなくなるような投影用輝度画像を演算する第 4の演算手段と、

前記模擬物体に前記投影輝度画像を投影する投影表示手段と、

を備えることを特徴とする質感再現システム。

[2] 前記投影輝度画像は、前記差分を逆光線追跡することによって得ることを特徴とする請求項 1に記載の質感再現システム。

[3] 前記見本物体の反射特性は、該見本物体の位置、該見本物体における光の入射角、出射角、入射方位角、出射方位角および波長の関数として設定されることを特徴とする請求項 1に記載の質感再現システム。

[4] 前記第 4の演算手段は、

前記投影輝度画像の最大輝度値を検索する手段と、

前記投影輝度画像、前記最大輝度値、および前記投影表示手段の限界放射輝度に基づいて、該限界放射輝度を上限輝度とする前記模擬物体に対する修正投影輝度画像を演算する演算手段と、

前記観察位置における前記模擬物体の反射特性および前記修正投影輝度画像に基づレ、て、最終的模擬物体輝度画像を演算する演算手段と、

前記最終的模擬物体輝度画像および前記観察位置における前記見本物体の反射特性に基づレ、て、最終的投影輝度画像を演算する演算手段と、

を備えることを特徴とする請求項 1に記載の質感再現システム。見本物体の質感を、該見本物体とは反射特性の異なる模擬物体上に再現する質感再現システムであって、

前記見本物体および模擬物体の反射特性を保存するデータベースと、前記見本物体の反射特性に基づいて該見本物体の輝度画像を演算し、前記模擬物体の反射特性に基づいて該模擬物体の輝度画像を演算する手段と、

前記見本物体および模擬物体の輝度画像に基づいて、前記見本物体の質感を模擬物体上に再現するための投影用輝度画像を演算する手段と、

前記模擬物体に前記投影輝度画像を投影する投影手段と、

を備えることを特徴とする質感再現システム。