(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
２次元の背景画像に、柄を構成するテクスチャ画像を合成する柄替えシミュレーションシステムにおいて、
背景画像を入力する手段と、
背景画像に合成するテクスチャ画像を入力する手段と、
入力された背景画像中でテクスチャ画像を合成するオブジェクトを指定する手段と、
指定されたオブジェクトが有する曲面を表わす曲面データをテクスチャ画像に対応する直交座標系の縦軸と横軸の軸上のポイントの座標を変更することにより、ポイントとポイントを結ぶ線分とで構成される曲線に基づいて曲面を作成する手段と、
作成された曲面データに基づいてテクスチャ画像を変形して合成用素材画像を作成する手段と、
作成された合成用素材画像を前記オブジェクトの画像領域にマッピングする合成手段と、を備えていることを特徴とする柄替えシミュレーションシステム。
【請求項２】
前記テクスチャ画像を入力する手段は、テクスチャ画像と、テクスチャ画像のＸ軸、Ｙ軸方向への繰り返し数を入力することを特徴とする請求項１に記載の柄替えシミュレーションシステム。
【請求項３】
前記合成用素材画像を作成する手段は、Ｘ軸の長さと、Ｘ軸方向のテクスチャ画像の繰り返し数から、Ｘ軸上の各座標に単位となるテクスチャ画像上のＸ座標を設定し、同様にＹ軸上の各座標にテクスチャ画像上のＹ座標を設定することを特徴とする請求項２に記載の柄替えシミュレーションシステム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、柄替えシミュレーションシステム、特に２次元の背景画像に含まれる複雑な曲面で構成される布製品等の物体の柄をその曲面を、考慮して自然に変更する際に適用して好適な柄替えシミュレーションシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
コンピュータ・グラフィックスにより室内等を表わす背景画像に含まれる内装等の柄を変更する柄替えシミュレーションシステムが知られている。
【０００３】
その一つである３次元情報で定義された柄替えシミュレーションシステムでは、多角形（ポリゴン）や、曲面へマッピングするテクスチャ素材を変更することにより柄替えを実現する手法が採られている。このような３次元情報を利用するシミュレーションシステムは、自由度が高いという利点があるものの、製作にコストと時間がかかるという欠陥があり、その上実写並のクオリティを実現するためには、レンダリングに多くの時間を要するため、インタラクティブなシミュレーションには不向きである。
【０００４】
一方、これとは別に、２次元画像に対する柄替えシミュレーションシステムも知られており、このシステムでは画像内の所望の領域に他の画像（テクスチャ画像）を合成する技術が開発されている。このような２次元画像による柄替えシミュレーションシステムでは、壁面等の平面に対するシミュレーション技術は、例えば特開２０００−２９３６６７に提案されているように、既に確立されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記２次元画像による柄替えシミュレーションシステムには、ベッドカバーやテーブルクロス等のような２次元画像の曲面をシミュレーションする場合には、複雑な式を用いてパラメータを設定する等、経験を積むことにより習得するような熟練した技が必要とされることから、誰にでも容易に直ぐに操作できる技術ではない。前記３次元の場合に比べて操作性に優れてはいるものの、奥行き感を表わすパースがかからない等の不自然な合成結果になり易いことから、その適用が平面へのマッピングに限定されることが多いという問題があった。
【０００６】
本発明は、前記従来の問題点を解決するべくなされたもので、簡単な操作により、２次元の背景画像に複雑な任意の曲面を有する対象物の画像を、自然な状態に合成することができる柄替えシミュレーションシステムを提供することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、２次元の背景画像に、柄を構成するテクスチャ画像を合成する柄替えシミュレーションシステムにおいて、背景画像を入力する手段と、背景画像に合成するテクスチャ画像を入力する手段と、入力された背景画像中でテクスチャ画像を合成するオブジェクトを指定する手段と、指定されたオブジェクトが有する曲面を表わす曲面データをテクスチャ画像に対応する直交座標系の縦軸と横軸の軸上のポイントの座標を変更することにより、ポイントとポイントを結ぶ線分とで構成される曲線であって、背景画像中のオブジェクトの曲面に合せて変形して曲面を作成する手段と、作成された曲面データに基づいてテクスチャ画像を変形して合成用素材画像を作成する手段と、作成された合成用素材画像を前記オブジェクトの画像領域にマッピングする合成手段と、を備えたことにより、前記課題を解決したものである。
【０００８】
即ち、本発明においては、画像を合成する背景画像上のオブジェクトの画像領域に、対象物の柄を表わすテクスチャ画像を合成する際、該テクスチャ画像を前記オブジェクトが有する曲面から作成される曲面データにより曲線変更できるようにしたので、画面上でオブジェクトの表面にポインタを合わせてパラメータを設定するという簡単な操作により、自然な曲面を有する対象物を画像合成することが可能となる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００１０】
図１は、本発明に係る一実施形態の２次元画像による柄替えシミュレーションシステムの概略構成を示すブロック図である。
【００１１】
本実施形態の柄替えシミュレーションシステムは、画像合成装置１０１、画像入力装置１０２、指示入力装置１０３、及び画像表示装置１０４を備えていると共に、前記画像合成装置１０１は、画像変形部１０５、画像読込部１０６、パラメータ読込部１０７及び合成部１０８を有する構成になっている。
【００１２】
本システムは、シミュレーションを行いたい対象画像（以下、“背景画像”と呼ぶ）中にある、シミュレーションを行いたい画像上の複雑な自由（任意）曲面を有する対象物（以下、“オブジェクト”と呼ぶ）に、様々な柄画像（以下、“テクスチャ画像”と呼ぶ）を変形し、合成することによりシミュレーションを行うことができるようになっている。
【００１３】
本システムについて詳述すると、前記画像合成装置１０１は、以下に説明する画像入力装置１０２により直接入力される背景画像と、画像変形部１０５により変形された、後述する繰り返しテクスチャ画像とを読み込むと共に、これら背景画像とテクスチャ画像等に対して、指示入力装置１０３で入力される各種パラメータに従い、合成部１０８において指定した背景画像内のオブジェクトの柄を変更し、結果を表示装置１０４に出力する機能を有している。
【００１４】
前記画像入力装置１０２は、背景画像及びテクスチャ画像を画像合成装置１０１に入力するための装置で、具体的にはデジタルカメラやスキャナ等の画像取込装置や、予め準備しておいた画像を格納しているＨＤＤ（ハードディスクドライブ）等である。又、前記指示入力装置１０３は、背景画像中のシミュレーションを行うオブジェクトの指定や、オブジェクト毎のテキスチャ変形に用いるパラメータを入力するための装置で、具体的にはキーボードやマウス等である。又、前記画像表示装置１０４は、画像合成装置１０１で作成されたシミュレーション結果を表示するもので、ディスプレイ等に相当する。
【００１５】
前記画像合成装置１０１について更に説明すると、画像変形部１０５は、画像入力装置１０２により入力される単位となるテクスチャ画像を、指示入力装置１０３により入力される後述するパラメータにより指示された繰り返し数だけ、直交座標からなるテクスチャ座標系に縦横に繰り返し並べて作成されたテクスチャ画像（以下、“繰り返しテクスチャ画像”と呼ぶ）の変形を行い、変形された結果の画像（以下、“合成用素材画像”と呼ぶ）を画像読込部１０６に出力する機能を有している。この画像読込部１０６はシミュレーションを行うためための２次元画像を読み込む部分で、背景画像を前記画像入力装置１０２から、上記合成用素材画像を画像変形部１０５からそれぞれ読込み、合成部１０８に入力する機能を有し、パラメータ読込部１０７は上記画像読込部１０６により入力された画像に対して、シミュレーションを行いたいオブジェクト毎に設定するパラメータを指示入力装置１０３から読み込み、同じく合成部１０８に入力する機能を有している。又、この合成部１０８は、上記のように画像読込部１０６により入力された画像と、パラメータ読込部１０７により入力されたパラメータを用いて、以下に詳述する画像処理により合成画像を作成すると共に、作成された合成画像を、柄の変更を行ったシミュレーション結果として表示装置１０４に出力する機能を有している。
【００１６】
本実施形態では、前記画像合成装置１０１に含まれる、指定されたオブジェクトが有する曲面を表わす曲面データを作成する手段、及び、作成された曲面データに基づいてテクスチャ画像を変形して合成用素材画像を作成する手段からなる前記画像変形部と、作成された合成用素材画像を前記オブジェクトの画像領域にマッピングする合成手段である前記合成部１０８とが、それぞれソフトウェアにより実現されている。
【００１７】
次に、本実施形態の作用を、図２に示したフローチャートに従って説明する。
【００１８】
まず、前記画像入力装置１０２により、背景画像とテクスチャ画像を画像合成装置１０１に入力する（ステップ１、２）。ここでは、背景画像として図３にイメージを示す椅子をカメラで撮影した２次元画像を入力し、テクスチャ画像としては図４に示した繰り返しの単位となるテクスチャ画像を入力する場合を例として示す。
【００１９】
次いで、入力した背景画像を画面表示させ、画面上で柄替えを行いたいオブジェクトを登録する（ステップ３）。これは、柄替えの対象としたいオブジェクトをマウス等により順番に指定することにより、異なるテクスチャを合成するオブジェクト毎、あるいは後述するパラメータの設定が異なるオブジェクト毎に、背景画像内におけるオブジェクトの可視領域（以下、オブジェクト領域とも言う）に対して、識別番号を割り当てて設定することを意味する。図５には、背景画像内におけるオブジェクト領域の設定の一例を示す。この図に示されるように、オブジェクトの登録は、前記図３の背景画像と同一の縦横の大きさを持つ配列データを用意し、テクスチャ合成を行わない領域の画素に対して０の値を設定し、テクスチャの合成を行うオブジェクト領域（ここでは椅子の画像領域）に属する画素に対して、前述した識別番号として、１を設定し、オブジェクトを１つだけ領域指定（登録）したことを表わしている。
【００２０】
登録したいオブジェクトが他にあれば、同様の方法で登録し、全ての登録が終了した後、背景画像中に複数あるオブジェクトのうち、柄替えシミュレーションを行いたいオブジェクトを指示入力装置１０３を用いて指定する（ステップ４）。ここでは、１つしかないので前記オブジェクトを指定することになる。
【００２１】
次いで、前記画像変形部１０５に、前記ステップ２で入力した単位のテクスチャ画像を基に作成される繰り返しテクスチャ画像をオブジェクトの曲面に合うように変形するための、画像変形パラメータを指示入力装置１０３を用いて入力する（ステップ５）。即ち、画面上で指示して曲面データを作成する。
【００２２】
画像変形の方法は複数考えられるが、ここでは、オブジェクトの曲面に合わせて軸を変形して設定することにより画像変形パラメータを指定する“軸指定方式”を採用する。この軸指定方式は、ｘ軸とｙ軸により、繰り返しテクスチャ画像を変形するためのパラメータを指定する方式である。この方式では、テクスチャ画像は直交する２直線（それぞれを“ｘ軸”、“ｙ軸”と呼ぶ）、即ちｘｙの直交座標系で構成されるとし、ｘ軸、ｙ軸を曲線に変形することによりテクスチャ画像を変形させるため、画像変形パラメータは変形された軸で表現して設定される。この画像変形パラメータの設定（曲面データの作成）は、図６（Ａ）の直交座標のｙ軸の場合について、同図（Ｂ）にイメージを示すように、軸上にポイント（点）を作成し、ポイントの座標を変更することにより、ポイント及びポイントとポイントを結ぶ線分とで構成される曲線に変形することにより行うことができる。
【００２３】
又、ここでは、画像変形パラメータとして、上述した曲面データの他に、ｘ軸、ｙ軸に沿って繰り返しテクスチャ画像を変形させる際の、ｘ軸方向、ｙ軸方向それぞれにおけるテクスチャ画像の繰り返し数も同時に設定する。因みに、図７（Ａ）は、ｘ軸方向に５、ｙ軸方向に７を設定した場合の繰り返しテクスチャ画像のイメージを示し、これは図６（Ａ）の変形前の直交座標系に対応している。
【００２４】
次いで、前記ステップ４で指定したオブジェクトに合成したいテクスチャ画像を前記指示入力装置１０３を用いて指定する（ステップ６）。ここでは、前記図４に示したテクスチャ画像を指定したとする。
【００２５】
次いで、前記画像変形部１０５において、上記ステップ６で指定されたテクスチャ画像を前記ステップ５で設定された画像変形パラメータ（曲面データ）に従って変形し、合成用素材画像を作成する（ステップ７）。
【００２６】
ここでは、軸指定方式を採用しているため、画像変形パラメータとしては、前記図６を用いて説明した曲線に変形されたｘ軸、ｙ軸が設定されていると共に、前記図７にも併記したようにテクスチャ画像の繰り返し数が設定されている。これらの画像変形パラメータを用いて以下の手順に従い合成用素材画像を作成する。
【００２７】
１．ｘ軸の長さとｘ軸方向のテクスチャ画像の繰り返し数から、ｘ軸上の各座標に単位となるテクスチャ画像上のｘ座標を設定する。
【００２８】
２．同様に、ｙ軸上の各座標にテクスチャ画像上のｙ座標を設定する。
【００２９】
３．ｘ軸を、ｘ軸とｙ軸の交点がｙ軸上にあるという条件のもとに、ｙ軸の一方の端点から他方の端点の間を平行移動させ、テクスチャ画像のｘ座標、ｙ座標に対応する画素に対して、テクスチャ画像上の該当する座標値の画素をマッピングする。このようにすることにより、変形パラメータが前記図６（Ｂ）に示したような変形されたｘ軸、ｙ軸で、繰り返しテクスチャ画像が前記図７（Ａ）であるとすると、同図（Ｂ）に示すような合成用素材画像を作成することができる。
【００３０】
後述するステップ９で行う合成部１０８における画像合成では、背景画像中のオブジェクト領域の座標（ｘ，ｙ）を、テクスチャ画像上の座標値（テクスチャ座標系（α，β））に変換して行う。そこで、テクスチャ座標系への変換のためのパラメータとして、テクスチャの繰り返しを考慮した矩形パラメータ（背景画像内の空間において長方形となるような四角形）を設定する（ステップ８）。
【００３１】
即ち、合成したいオブジェクトにテクスチャの繰り返しがどのように現れるか、縦横にいくつずつ現れるかを、オブジェクトに合わせた四角形を用いて指示する。具体的には、四角形の各頂点座標、四角形の大きさ（長方形の縦横の長さ。実際の大きさを用いても、縦横比を用いた相対値でもよい）を指示入力装置１０３を用いて設定する。
【００３２】
この例では、図８（Ａ）に示すように、長方形の大きさを縦１、横１の相対値で設定し、長方形の各頂点を背景画像の頂点と等しい値に設定している。又、同時に同図（Ｂ）に示すように、合成用素材画像の大きさも縦１、横１の相対値で設定する。即ち、背景画像に合わせて変形させた合成用素材画像を、オブジェクトに１対１でマッピングするためには、合成用素材画像の大きさと矩形パラメータの大きさを等しくする必要があり、そこで単純な相対値である縦１、横１とした。
【００３３】
次いで、上記ステップ８で設定した矩形パラメータに従い、背景画像中のオブジェクト領域の画素を、テクスチャ画像の座標系に変換することにより合成を行う（ステップ９）。
【００３４】
変換は、テクスチャ画像の実際の大きさ及びテクスチャ画像の画素での大きさから、実際に合成を行うテクスチャ画像上での座標値を以下の式により求めることにより行う。
【００３５】
ｘt＝α×Ｓtpx／Ｓtrx        …（３）
ｙt＝β×Ｓtpy／Ｓtry        …（４）
ここで、ｘt，ｙt：合成用素材画像上の座標値
α，β：テクスチャ座標系の座標値
Ｓtpx，Ｓtpy：合成するテクスチャ画像上の大きさ（画素単位）
Ｓtrx，Ｓtry：合成するテクスチャの実際の大きさ
【００３６】
このようにして合成することにより、図８（Ｃ）にイメージを示すような複雑な曲面を有する椅子に対して自然な曲面状態の柄ので構成された表面素材を表わす画像を合成することができる。
【００３７】
次いで、オブジェクトに合成するテクスチャを変更したい場合は前記ステップ６へ戻る（ステップ１０）。そして、図示しない他のテクスチャ画像を指定する。テクスチャ画像を変更しない場合で、合成したいオブジェクトが残っている場合は（ステップ１１）、前記ステップ４ヘ戻って同様の処理を行う。そして、全てのオブジェクトについて処理を終了した場合は、柄替えシミュレーション結果として作成された合成画像を表示装置１０４に出力する（ステップ１２）。
【００３８】
以上詳述した本実施形態によれば、複雑な処理が必要と思われる曲面部分への柄替えシミュレーションにおいて、比較的容易に操作可能な画像変形技術と画像合成技術とを用いることにより、容易に自然な曲面のテクスチャを椅子に合成したシミュレーション結果を得ることができる。
【００３９】
以上、本発明について具体的に説明したが、本発明は、前記実施形態に示したものに限られるものでなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
【００４０】
例えば、合成用素材画像作成方法（繰り返しテクスチャ画像を変形する方法）としては、前記実施形態に示したものに限定されず、テクスチャ画像に対応付けられている矩形を単位とするメッシュ（図示せず）をオブジェクトの曲面に合わせて変形させ、図９（Ｂ）にイメージを示すように、四角形で囲まれた領域をメッシュ状に切り分け、それぞれの区切られた領域毎にマッピングを行うことにより、同図（Ｃ）に示すように作成するようにしてもよい。この場合は、メッシュを構成する線（軸）部分と点（ポイント）部分により画像変形のパラメータを指示したことになる。この場合にも、同図（Ａ）の背景画像に合成することにより、同図（Ｄ）のような自然な曲面で描かれた合成画像を作成することができる。
【００４１】
又、ここで使用するメッシュは、前記図６（Ｂ）に示したような変形した軸を縦横それぞれの方向に繰り返して発生させることにより作成するようにしてもよい。
【００４２】
又、画像変形を画像合成と切り離し、前処理として、予め合成に用いるテクスチャ画像から合成用素材画像を作成するプロセスを繰り返し行い、合成用素材画像をシミュレーションしたい分だけ全て用意し、それらの合成用素材画像と背景画像の合成を、後処理として行うようにしてもよい。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したとおり、本発明によれば、２次元の背景画像に複雑な曲面を有する対象物の画像を簡単な操作で自然な柄の状態に合成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る一実施形態の柄替えシミュレーションシステムの概略構成を示すブロック図
【図２】実施形態の作用を示すフローチャート
【図３】背景画像の一例を示す説明図
【図４】テクスチャ画像の一例を示す説明図
【図５】オブジェクトの登録を示す説明図
【図６】画像変形パラメータを説明するための線図
【図７】繰り返しテクスチャ画像と合成用素材画像の関係を示す説明図
【図８】合成処理のイメージを示す説明図
【図９】合成用素材画像作成の変形例を示す説明図
【符号の説明】
１０１…画像合成装置
１０２…画像入力装置
１０３…指示入力装置
１０４…画像表示装置
１０５…画像変形部
１０６…画像読込部
１０７…パラメータ読込部
１０８…合成部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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