(57)【要約】【課題】３次元造形装置によって、表面色の粒状性を改善し、中間色を適切に表現した３次元物体を造形する。【解決手段】複数の色成分を第１の方向に沿って並べた色配列の順が第１の方向に交差する第２の方向に沿って異なるように色成分を割り当てる処理（ステップＳ２４）を行う。【選択図】図５
2018047607.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
造形装置で形成可能な複数の色成分の中間色に対して、前記複数の色成分を第１の方向に沿って並べた色配列の順が前記第１の方向に交差する第２の方向に沿って異なるように色成分を割り当てる色割当手段を備えることを特徴とする色信号処理装置。
【請求項２】
前記色割当手段は、前記第２の方向に沿った位置に対応させて前記色配列の順を前記第１の方向にシフトさせて色成分を割り当てることを特徴とする請求項１に記載の色信号処理装置。
【請求項３】
前記色割当手段は、３次元物体を構成するボクセル毎に前記３次元物体の表面からの位置に対応させて前記色配列の順を前記第１の方向にシフトさせて色成分を割り当てることを特徴とする請求項１に記載の色信号処理装置。
【請求項４】
前記色割当手段は、前記複数の色成分を所定の割合で混合してなる中間色に対する前記色配列は、前記複数の色成分を前記割合で並べてなることを特徴とする請求項１又は２に記載の色信号処理装置。
【請求項５】
前記色割当手段は、第１の中間色と第２の中間色との間の中間色に対して、前記第１の中間色に対する前記色配列と前記第２の中間色に対する前記色配列とを切り替えて色成分を割り当てることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の色信号処理装置。
【請求項６】
造形装置で形成可能な色を表す色信号を取得する色信号取得手段と、
前記色信号に含まれる複数の色成分の中間色を表す中間色信号を生成する中間色信号生成手段と、
前記中間色信号に対して、前記複数の色成分を第１の方向に沿って並べた色配列の順が前記第１の方向に交差する第２の方向に沿って異なるように色成分を割り当てる色割当手段と、
を備えることを特徴とする色信号処理装置。
【請求項７】
前記色割当手段において割り当てられた色をインクの色として選択するインク色選択手段をさらに備えることを特徴とする請求項６に記載の色信号処理装置。
【請求項８】
前記インク色選択手段は、色の分布が３次元空間においてブルーノイズマスク的な配置となるようにインクの色を選択することを特徴とする請求項７に記載の色信号処理装置。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項に記載の色信号処理装置を含み、
ステージと、前記複数の色成分に対応するインク及びベース色に対応するインクを吐出するインク吐出部と、を備え、
前記ステージと前記インク吐出部とが相対的に移動可能である３次元造形装置。
【請求項１０】
コンピュータを、
造形装置で形成可能な複数の色成分の中間色に対して、前記複数の色成分を第１の方向に沿って並べた色配列の順が前記第１の方向に交差する第２の方向に沿って異なるように色成分を割り当てる色割当手段として機能させることを特徴とする色信号処理プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、色信号処理装置、３次元造形装置及び色信号処理プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
立体モデルの形状データに基づいて、断面形状を積層することにより３次元物体を造形する３次元造形装置が知られている。例えば、ステージ上に紫外線硬化型のインクを吐出させることによって断面形状を形成して積み重ねていくことにより３次元の形状を造形する光造形型３次元プリンタが知られている。このような３次元造形装置では、３次元物体の表面となる部分に色インクを吐出させることによって、形状のみならず色彩も反映させた３次元物体を形成することができる。
【０００３】
特許文献１には、シアン（Ｃ）、マゼンダ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）、ホワイト（Ｗ）のトナーを用いて、透明シート上を白トナー層で全面を覆った後に彩色トナー層を形成することによって表面色の階調性と色調性を高めた３次元造形物の製造方法が開示されている。
【０００４】
特許文献２には、立体造形粉体を造形液により固化させることで３次元造形物を形成する装置において、造形物の表面部に対応する表面画素集合体に誤差拡散処理を適用して造形データを作成することで造形物に生ずる色の縦筋を抑制した立体造形データ作成装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−２４６８０４号公報
【特許文献２】特開２０１５−４４２９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、従来技術では１つの画素又はボクセルに複数の色のインクを吐出させることにより３次元物体の表面色を表現する構成が前提とされており、インク量の制限等により１つの画素又はボクセルに１色分のインクのみしか吐出できない構成について考慮されていない。このような構成の場合、１ボクセルにおいて複数の色のインクを混ぜ合わせた中間色を表現できないので、吐出させるインクを単純に選択しただけでは色の粒状性が悪化する。
【０００７】
そこで、インク量の制限により１つの画素又はボクセルに１色分のインクのみしか吐出できない構成において３次元物体の表面色を適切に表現することができる技術が必要である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の１つの態様は、造形装置で形成可能な複数の色成分の中間色に対して、前記複数の色成分を第１の方向に沿って並べた色配列の順が前記第１の方向に交差する第２の方向に沿って異なるように色成分を割り当てる色割当手段を備えることを特徴とする色信号処理装置である。
【０００９】
また、本発明の別の態様は、造形装置で形成可能な色を表す色信号を取得する色信号取得手段と、前記色信号に含まれる複数の色成分の中間色を表す中間色信号を生成する中間色信号生成手段と、前記中間色信号に対して、前記複数の色成分を第１の方向に沿って並べた色配列の順が前記第１の方向に交差する第２の方向に沿って異なるように色成分を割り当てる色割当手段と、を備えることを特徴とする色信号処理装置である。
【００１０】
また、本発明の別の態様は、コンピュータを、造形装置で形成可能な複数の色成分の中間色に対して、前記複数の色成分を第１の方向に沿って並べた色配列の順が前記第１の方向に交差する第２の方向に沿って異なるように色成分を割り当てる色割当手段として機能させることを特徴とする色信号処理プログラムである。
【００１１】
ここで、前記色割当手段は、前記第２の方向に沿った位置に対応させて前記色配列の順を前記第１の方向にシフトさせて色成分を割り当ててもよい。
【００１２】
また、前記色割当手段は、３次元物体を構成するボクセル毎に前記３次元物体の表面からの位置に対応させて前記色配列の順を前記第１の方向にシフトさせて色成分を割り当ててもよい。
【００１３】
また、前記色割当手段は、前記複数の色成分を所定の割合で混合してなる中間色に対する前記色配列は、前記複数の色成分を前記割合で並べてもよい。
【００１４】
また、前記色割当手段は、第１の中間色と第２の中間色との間の中間色に対して、前記第１の中間色に対する前記色配列と前記第２の中間色に対する色配列とを切り替えて色成分を割り当ててもよい。
【００１５】
また、前記色割当手段において割り当てられた色をインクの色として選択するインク色選択手段をさらに備えてもよい。
【００１６】
また、前記インク色選択手段は、色の分布が３次元空間においてブルーノイズマスク的な配置となるようにインクの色を選択してもよい。
【００１７】
本発明の別の態様は、上記色信号処理装置と、ステージと、前記複数の色成分に対応するインク及びベース色に対応するインクを吐出するインク吐出部と、を備え、前記ステージと前記インク吐出部とが相対的に移動可能である３次元造形装置である。
【発明の効果】
【００１８】
この発明によれば、１つの画素又はボクセルに１色分のインクのみしか吐出できない構成において、３次元物体の表面色の粒状性を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施の形態における３次元造形装置の構成を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態における造形部の構成を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態におけるインクヘッドの構成を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態における制御部の構成を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態における色信号処理及び造形処理を示すフローチャートである。
【図６】本発明の実施の形態における３次元造形装置の機能ブロック図である。
【図７】本発明の実施の形態におけるボクセル化処理を説明する図である。
【図８】本発明の実施の形態における修正無しのベース信号を説明する図である。
【図９】本発明の実施の形態における修正有りのベース信号を説明する図である。
【図１０】本発明の実施の形態におけるベース信号を増加させる修正を行ったときの第２色信号修正処理を説明する図である。
【図１１】本発明の実施の形態におけるベース信号を減少させる修正を行ったときの第２色信号修正処理を説明する図である。
【図１２】各ボクセルに対するインクの色を選択する処理を説明する図である。
【図１３】各ボクセルに対するインクの色を選択する処理を説明する図である。
【図１４】中間色（３次色）を表現するための色配列の例を示す図である。
【図１５】各ボクセルに対するインクの色を選択する処理を説明する図である。
【図１６】各ボクセルに対するインクの色を選択する処理を説明する図である。
【図１７】各ボクセルに対するインクの色を選択する処理を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明の実施の形態における３次元造形装置１００は、図１に示すように、造形部１０２及び制御部１０４を含んで構成される。制御部１０４は、３次元物体を表す立体データから表面色も考慮した造形データを生成し、造形データに基づいて造形部１０２を制御して３次元物体を造形させる。
【００２１】
なお、図１では、造形部１０２と制御部１０４が直接接続された構成を示しているが、インターネット等の情報通信網を介して造形部１０２と制御部１０４とを接続する構成としてもよい。
【００２２】
造形部１０２は、図２に示すように、造形台１０、ステージ１２、インクタンク１４、インクヘッド１６及びヘッド駆動部１８を含んで構成される。造形台１０は、造形部１０２を機械的に支持する土台となる構成要素である。造形台１０の上に、ステージ１２、インクタンク１４、インクヘッド１６及びヘッド駆動部１８が配置される。
【００２３】
ステージ１２は、造形物を形成するための台となる構成要素である。ステージ１２の上面は、造形物を形成するために適した形状、例えば平面とすることが好適である。なお、本実施の形態では、便宜上、鉛直方向（上方向）をＺ軸方向として説明する。ステージ１２は、ステージ駆動機構を備える。ステージ１２は、制御部１０４からの制御信号にしたがってＺ軸方向に沿って上下させることができる。
【００２４】
インクタンク１４は、造形される３次元物体を構成するためのインクを蓄えるための構成要素である。本実施の形態では、造形物はカラーの表面を有する３次元物体とするので、インクタンク１４は出力色を構成する色成分のインクを蓄えるインク貯蔵部を備える。本実施の形態では、出力色を構成する色成分は、シアン（Ｃ）、マゼンダ（Ｍ）及びイエロー（Ｙ）とする。ただし、これに限定されるものではない。また、インクタンク１４は、ベース色のインクを蓄えるインク貯蔵部も備える。ベース色は、造形される３次元物体の表面領域以外の内部領域を構成するために用いられるインクの色である。ベース色は、明るい無彩色とすることが好適である。具体的には、ベース色は、白（Ｗ）又は透明（Ｔ）とするとよい。本実施の形態では、ベース色は白（Ｗ）とする。
【００２５】
インクヘッド１６は、インクタンク１４から供給されるインクを吐出させる構成要素である。インクヘッド１６は、出力色を構成する色成分及びベース色のインクを吐出できるだけの数のインクノズルを備える。インクヘッド１６は、ステージ１２上に配置される。
【００２６】
図３は、インクヘッド１６の構成例を示す。インクヘッド１６は、Ｙ軸方向にＣＭＹＷの各色に対応するインクノズル１６Ｃ、１６Ｍ、１６Ｙ及び１６Ｗが配置されたノズル群１６Ａを備える。また、インクヘッド１６は、ノズル群１６ＡをＸ軸方向に沿って複数並べて配置したノズルアレイ構造とされる。ノズル群１６Ａは、ステージ１２のＸ軸方向の幅に亘って造形物を形成するために必要な数だけ配置することが好適である。
【００２７】
また、造形部１０２において使用するインクが紫外線硬化型である場合、インクヘッド１６に紫外線照射手段１６Ｖを併設してもよい。紫外線照射手段１６Ｖとしては、紫外線ランプや紫外線レーザ等を適用することができる。なお、紫外線照射手段１６Ｖは、インクヘッド１６とは別に設けてもよい。
【００２８】
ヘッド駆動部１８は、ステージ１２上にてインクヘッド１６を移動させるための構成要素である。ヘッド駆動部１８は、Ｙ軸方向に沿って配置されたレール１８ａを備える。また、インクヘッド１６をレール１８ａに沿って移動させるためのモータ（図示しない）を含んで構成することができる。インクヘッド１６は、レール１８ａによってＹ軸方向に移動可能に支持されると共に、ボールネジ等の駆動部材を介してモータに結合される。ヘッド駆動部１８は、制御部１０４からの制御信号にしたがってモータを回転駆動させることによってインクヘッド１６をレール１８ａに沿って、すなわちＹ軸方向に沿って移動させることができる。ただし、ヘッド駆動部１８の構成は、これに限定されるものではなく、３次元物体を造形するためにインクヘッド１６をステージ１２に対して相対的に移動させることができる構成であればよい。
【００２９】
造形部１０２は、３次元物体を構成するボクセル（体積要素）の位置情報及び当該ボクセルの色情報を含む造形データを制御部１０４から受信する。造形部１０２は、制御部１０４から受信した位置情報に応じたＺ軸方向の位置にステージ１２を上下させると共に、当該位置情報に応じたＹ軸方向の位置にインクヘッド１６を移動させる。そして、当該位置情報に応じたＸ軸方向のインクノズル１６Ｃ，１６Ｍ，１６Ｙ，１６Ｗのいずれか１つから、当該ボクセルの色情報により特定される色のインクを吐出させる。インクノズル１６Ｃ，１６Ｍ，１６Ｙ，１６Ｗからインクを吐出後、紫外線照射手段１６Ｖから紫外線を照射することによりインクを硬化させることができる。
【００３０】
３次元物体は、Ｘ軸方向−Ｙ軸方向−Ｚ軸方向の格子単位であるボクセル（体積要素）の群からなる立体データで表される。立体データは、Ｘ軸−Ｙ軸平面に沿って厚さ１ボクセル毎に１層とされる。造形部１０２は、インクヘッド１６をＹ軸方向に移動させながらＸ軸−Ｙ軸平面に沿ってインクを吐出させ、１層分の造形が終了すると、ステージ１２をＺ軸方向に沿って下方移動させて次の層の造形に移る。造形部１０２は、これを繰り返すことによって、３次元物体を造形する。
【００３１】
制御部１０４は、図４に示すように、処理部３０、記憶部３２、入力部３４、出力部３６及び通信部３８を含んで構成される。制御部１０４は、一般的なコンピュータにより構成することができる。処理部３０は、ＣＰＵ等の演算処理を行う手段を含む。処理部３０は、記憶部３２に記憶されている色信号処理プログラムを実行することによって、本実施の形態における色信号の処理を実現する。これにより、制御部１０４は、色信号処理装置として機能する。また、制御部１０４は、記憶部３２に記憶されている造形処理プログラムを実行することにより、造形部１０２に対してインクを吐出させる信号を出力して制御する。記憶部３２は、半導体メモリやメモリカード等の記憶手段を含む。記憶部３２は、処理部３０とアクセス可能に接続され、色信号処理プログラム、造形処理プログラム、それらの処理に必要な情報を記憶する。入力部３４は、情報を入力する手段を含む。入力部３４は、例えば、使用者からの指令の入力を受けるキーボード、タッチパネル、ボタン等を備える。出力部３６は、使用者に対して処理に関する情報を呈示する。出力部３６は、例えば、使用者に対して画像を表示するディスプレイとすることができる。通信部３８は、造形部１０２に対して位置情報や色情報等の情報を出力するためのインターフェースを含む。また、通信部３８は、インターネット等の情報通信網を介して造形対象となる３次元物体の３次元データを外部から取得するためのインターフェースを備えてもよい。
【００３２】
なお、本実施の形態では、制御部１０４は、一般的なコンピュータにおいてプログラムを実行することによって実現するものとしたが、その一部又は全部をＡＳＩＣ等のハードウェアで実現してもよい。
【００３３】
また、色信号処理プログラム及び造形処理プログラム等の各種プログラムは、通信部３８を介して提供されるものとしてもよいし、ＣＤＲＯＭ等の記録媒体によって提供されるものとしてもよい。
【００３４】
以下、図５に示すフローチャートを参照して、本実施の形態における３次元物体の造形処理について説明する。制御部１０４にて、色信号処理プログラム及び造形処理プログラムを実行することにより以下の処理が行われる。なお、以下の処理によって、３次元造形装置１００は、図６の機能ブロック図に示す各手段として機能する。
【００３５】
ステップＳ１０では、３次元データの取得処理が行われる。当該ステップでの処理によって、制御部１０４は３次元データ取得手段１５０として機能する。処理部３０は、入力部３４又は通信部３８を介して、造形対象となる３次元物体の外形を表す３次元データを取得する。取得された３次元データは、記憶部３２に記憶される。３次元データは、ＣＡＤ等によって設計された３次元物体の形状のデータや３次元形状計測器等によって計測された３次元物体の形状のデータを含む。
【００３６】
また、３次元データは、３次元物体の表面の色データ（第１色信号）も含む。すなわち、３次元データ取得手段１５０は、色信号取得手段を含む。本実施の形態では、３次元データには３次元物体の表面色を赤（Ｒ信号）、緑（Ｇ信号）、青（Ｂ信号）の色成分によって構成されるＲＧＢ色空間で表した色データが含まれているものとする。
【００３７】
ステップＳ１２では、ボクセル化処理が行われる。当該ステップでの処理によって、制御部１０４はボクセル化処理手段１５２として機能する。処理部３０は、記憶部３２からステップＳ１０において取得した３次元データを読み出し、３次元データをボクセルデータに変換する。ボクセルデータは、３次元データによって表される３次元物体を３次元空間における正規格子単位（ボクセル）の集合として表したデータである。ボクセルデータにおいて、各ボクセルは、ボクセルの位置を示す情報、３次元データで定義されている３次元物体を構成しているか否かを示す情報及び物体表面からの距離を示す情報を含む。
【００３８】
ボクセル化処理は、例えば、次のように行われる。３次元空間を分割の単位となる形状及び大きさのボクセルに分割する。３次元物体の表面で覆われた空間内に含まれるボクセルには３次元物体を構成していることを示すデータ（例えば”１”）を割り当て、当該空間外にあるボクセルには３次元物体を構成していないことを示すデータ（例えば”０”）を割り当てる。より具体的には、例えば、図７に示すように、Ｚ軸方向に沿って３次元物体２００をボクセルの幅で切り出す。さらに、切り出されたＸ軸−Ｙ軸平面内の物体の断面形状の内部をボクセルの幅の格子で区切ってボクセルＢとする。そして、ボクセルＢ毎に３次元物体を構成していることを示すデータを割り当てる。また、各ボクセルＢに対して、３次元物体の表面からボクセルＢの中心点までの最短距離を算出して割り当てる。このような処理を、３次元物体のＺ軸方向に沿って繰り返し、ボクセルの層を積層することによってボクセル化処理が行われる。生成されたボクセルデータは、記憶部３２に記憶される。
【００３９】
ステップＳ１４では、ボクセルへのカラー情報の割り当て処理が行われる。当該ステップでの処理によって、制御部１０４はカラー情報割当手段１５４として機能する。処理部３０は、ステップＳ１２によって得られたボクセルデータの各ボクセルに対して３次元データに含まれている色データ（第１色信号）を割り当てる。３次元物体を構成していることを示すデータが割り当てられているボクセルのうち３次元物体の表面に位置するボクセルには、３次元データの当該表面位置の色データ（第１色信号）をマッピングして割り当てる。また、３次元物体の内部に位置するボクセルには、そのボクセルに最も近い物体表面のボクセルの色データを割り当てる。
【００４０】
なお、３次元物体の表面から基準となる距離Ｄ１以内のボクセルのみに色データを割り当て、当該距離Ｄ１を超える深部のボクセルにはベース色を割り当てるようにしてもよい。すなわち、距離Ｄ１を閾値として、距離Ｄ１より表面側に位置するボクセルには表面色を割り当て、距離Ｄ１より物体内側に位置するボクセルにはベース色を割り当てる。また、ボクセルの物体表面からの距離に応じて割り当てる色データの値に重み付けをしてもよい。例えば、物体の表面からの距離が大きくなるほど表面色の値が小さくなり、ベース色の値が大きくなるように重み付けする。また、ボクセルの位置の物体表面に対する法線方向からのずれに応じて割り当てる色データの値に重み付けをしてもよい。例えば、ボクセルの法線方向からずれの角度の余弦値によって重み付けした色データの値を当該ボクセルに割り当てればよい。さらに、これらの方法を組み合わせてもよい。
【００４１】
ステップＳ１６では、３次元データとして取得された色データ（第１色信号）を造形部１０２へ出力される出力色を表すための色データへ変換する色空間変換処理が行われる。当該処理により、制御部１０４は色空間変換手段１５６として機能する。ステップＳ１０において取得された３次元データは、第１の色成分（本実施の形態ではＲＧＢ）から構成される第１色空間からなる色データ（第１色信号）を含む。造形部１０２へ出力される出力色は、造形部１０２で使用されるインクによって表現できる第２の色成分（本実施の形態ではＣＭＹ）から構成される第２色空間からなる色データで表される。当該ステップでは、ステップＳ１４において色データが割り当てられたボクセル毎に第１色空間から第２色空間への色空間変換処理が行われる。
【００４２】
本実施の形態では、出力色は、造形部１０２で使用されるインクによって表現できるシアン（Ｃ１信号）、マゼンダ（Ｍ１信号）、イエロー（Ｙ１信号）の色成分によって構成されるＣＭＹ色空間で表した色データ（色信号）で表す。ただし、出力色を構成する色成分はこれらに限定されるものではない。ＲＧＢ色空間からＣＭＹ色空間への色空間変換には、既存の補色変換処理や３Ｄ−ＬＵＴ（３次元ルックアップテーブル）を用いた変換処理を適用すればよい。
【００４３】
ステップＳ１８では、さらにステップＳ１６において第２色空間に変換された色データから第２色成分を表す第２色成分信号と第１色信号の大きさに応じたベース色信号とを含む色データ（第２色信号）を生成する処理が行われる。当該処理によって、制御部１０４は第２色信号生成手段１５８として機能する。本実施の形態では、上述のとおりベース色を白（Ｗ）とする。すなわち、処理部３０は、ステップＳ１６において第２色空間に変換された色データ（Ｃ１Ｍ１Ｙ１信号）から第２色成分を表す第２色成分信号とベース色信号とを含む色データ（第２色信号：Ｃ２Ｍ２Ｙ２Ｗ２信号）への変換処理が行われる。
【００４４】
まず、処理部３０は、Ｃ１Ｍ１Ｙ１信号からＷ２信号を生成する。Ｗ２信号は、数式（１）にて求めることができる。ここで、Ｃ１，Ｍ１、Ｙ１及びＷ２は、それぞれＣ１信号、Ｍ１信号、Ｙ１信号及びＷ２信号の大きさを示し、０以上１以下の実数である。
（数１）
W2= (1-C1)(1-M1)(1-Y1)  ・・・（１）
【００４５】
数式（１）に示されるように、Ｗ２信号は、ステップＳ１６での色空間変換にて得られたＣ１信号、Ｍ１信号、Ｙ１信号の大きさに応じた値となる。ここで、Ｃ１信号、Ｍ１信号、Ｙ１信号は、ステップＳ１６における色空間変換にて第１色信号（Ｒ信号、Ｇ信号、Ｂ信号）の大きさに応じて得られる。したがって、Ｗ２信号は、第１色信号の大きさに応じた値となる。
【００４６】
さらに、処理部３０は、Ｗ２信号に応じて第２の色成分の色データ（Ｃ１信号、Ｍ１信号、Ｙ１信号）を修正した修正ＣＭＹデータ（Ｃ２信号、Ｍ２信号、Ｙ２信号）を生成する。このとき、Ｗ２信号を含む第２色信号において第１色信号によって表現される色が維持されるように修正ＣＭＹデータ（Ｃ２信号、Ｍ２信号、Ｙ２信号）を生成する。当該処理によって、処理部３０は第２色信号修正手段１６０として機能する。
【００４７】
修正ＣＭＹデータ（Ｃ２信号、Ｍ２信号、Ｙ２信号）は、数式（２）により求めることができる。
（数２）
C2 = C1(1-M1)(1-Y1)+C1M1(1-Y1)/2+C1(1-M1)Y1/2+C1M1Y1/3
M2= (1-C1)M1(1-Y1)+C1M1(1-Y1)/2+(1-C1)M1Y1/2+C1M1Y1/3
Y2= (1-C1)(1-M1)Y1+C1(1-M1)Y1/2+(1-C1)M1Y1/2+C1M1Y1/3  ・・・（２）
【００４８】
ここで、Ｗ２信号をさらに修正してもよい。例えば、ボクセルの物体表面からの距離に応じてＷ２信号の値を変化させてもよい。例えば、距離に応じてＷ２信号の値を変化させない場合、図８に示すように、３次元物体の表面から基準となる距離Ｄ１以内では数式（１）によって算出されるＷ２信号の値となり、距離Ｄ１より深部ではＷ２信号の値は最大（”１”）となる。これに対して、数式（１）によりＷ２信号を算出した後、さらに３次元物体の表面からの深度に応じてＷ２信号の値を修正してもよい。例えば、３次元物体の表面からの深度が大きくなるほどＷ２信号の値がより大きくなるように修正を行う。図９の具体例では、ボクセルが物体表面にあるときＷ２信号の値を最小（”０”）とし、距離Ｄ１のときに修正前の２倍である２Ｗ２としている。このようにＷ２信号を修正することにより、３次元物体の表面に近いボクセルではより多くのカラーインク（ＣＭＹ）が吐出されることになり、一方、３次元物体の表面から遠いボクセルではベース色のインクがより多く吐出されることになる。したがって、カラーインク（ＣＭＹ）の使用量を抑制しつつ、３次元物体の表面近傍での色の濃度を高くすることができる。
【００４９】
Ｗ２信号を修正したＷ２’信号は、数式（３）で表すことができる。ここで、ｆ（Ｗ）は、Ｗ２信号の値Ｗ２を引数とした関数である。Ｗ２’信号の値は、０以上１以下の実数である。
（数３）
W2' = f(W2) ・・・（３）
【００５０】
このようにＷ２信号を修正したときの修正ＣＭＹ信号（Ｃ２’信号、Ｍ２’信号、Ｙ２’信号）は、数式（４）により求めることができる。
（数４）
(1-C2')(1-M2')(1-Y2') = W2' =f(W2)  ・・・（４）
【００５１】
一方、修正によるＷ２信号の変化値が非負である、すなわちＷ２信号を増加させる修正を行ったとき、Ｃ２’＝ｘＣ２，Ｍ２’＝ｘＭ２，Ｙ２’＝ｘＹ２とおくと、数式（４）は数式（５）のように書き替えられる。ここで、修正値ｘは、０以上１以下の実数とする。
（数５）
(1-xC2)(1-xM2)(1-xY2) = f(W2)  ・・・（５）
【００５２】
数式（５）を修正値ｘについて解くと、Ｗ２信号を修正したときの修正ＣＭＹ信号（Ｃ２’信号、Ｍ２’信号、Ｙ２’信号）を求めることができる。図１０は、Ｗ２信号を修正したときの修正ＣＭＹ信号の変化を図説したものである。図１０（ａ）は、Ｗ２信号を増加させる前のＣ２信号及びＭ２信号の状態を示す。図１０（ｂ）は、図１０（ａ）の状態から破線矢印で示すだけＷ２信号を増加させる修正を行ってＷ２’信号を生成した後のＣ２’信号及びＭ２’信号の状態を示す。
【００５３】
修正によるＷ信号の変化値が負である、すなわちＷ２信号を減少させる修正を行ったとき、Ｃ２’＝１−ｘ（１−Ｃ２），Ｍ２’＝１−ｘ（１−Ｍ２），Ｙ２’＝１−ｘ（１−Ｙ２）とおくと、数式（４）は数式（６）にように書き替えられる。ここで、修正値ｘは、０以上１以下の実数とする。
（数６）
x3W2= f(W2)  ・・・（６）
【００５４】
数式（６）を修正値ｘについて解くと、Ｗ信号を修正したときの修正ＣＭＹ（Ｃ２’信号、Ｍ２’信号、Ｙ２’信号）を求めることができる。図１１は、Ｗ２信号を修正したときの修正ＣＭＹ信号の変化を図説したものである。図１１（ａ）は、Ｗ２信号を減少させる前のＣ２信号及びＭ２信号の状態を示す。図１１（ｂ）は、図１１（ａ）の状態から破線矢印で示すだけＷ２信号を減少させる修正を行ってＷ２’信号を生成した後のＣ２’信号及びＭ２’信号の状態を示す。
【００５５】
ステップＳ２０では、中間色を含む色空間への変換処理が行われる。当該ステップにおける処理によって、制御部１０４は中間色信号生成手段１６２として機能する。中間色は、１次色である原色を混合して得られる２次色である。本実施の形態では、１次色はシアン（Ｃ）、マゼンダ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）であり、これらのいずれか２色を混合して得られる２次色は赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）となる。処理部３０は、Ｃ２’Ｍ２’Ｙ２’Ｗ２’信号からＣ３Ｍ３Ｙ３Ｗ３Ｋ３Ｒ３Ｇ３Ｂ３信号へ変換する処理を行う。
【００５６】
処理部３０は、数式（７）を用いて、Ｃ２’信号、Ｍ２’信号、Ｙ２’信号及びＷ２’信号からＣ３信号、Ｍ３信号、Ｙ３信号、Ｗ３信号、Ｋ３信号、Ｒ３信号、Ｇ３信号、Ｂ３信号を算出する。数式（７）において、関数Ｍｉｎは、引数のうち最少の値を求める関数である。
（数７）
W3= W2
K3= 3×Min(C2',M2',Y2')
R3= 2×{Min(M2', Y2') - K3/3}
G3= 2×{Min(C2', Y2') - K3/3}
B3 = 2×{Min(C2', M2') - K3/3}
C3 = C2'- G3/2-B3/2-K3/3
M3 = M2'- R3/2-G3/2-K3/3
Y3= Y2'- R3/2-B3/2-K3/3  ・・・（７）
【００５７】
さらに、数式（８）を用いて、Ｃ２’信号、Ｍ２’信号及びＹ２’信号とＲ３信号、Ｇ３信号及びＢ３信号との中間色(３次色)も生成することができる。
（数８）
W4= W3
K4= K3
RY4= 3×Min(R3/2, Y3)
YG4= 3×Min(G3/2, Y3)
GC4= 3×Min(G3/2, C3)
CB4 = 3×Min(B3/2, C3)
BM4 = 3×Min(B3/2, M3)
MR4= 3×Min(B3/2, R3)
R4= 2×(R3/2-RY4/3-MR4/3)
G4= 2×(G3/2-YG4/3-GC4/3)
B4= 2×(B3/2-CB4/3-BM4/3)
C4= C3-GC4/3-CB4/3
M4= M3-RY4/3-MR4/3
Y4= Y3-RY4/3-YG4/3  ・・・（８）
【００５８】
ステップＳ２２では、各ボクセルに対して色が選択される。当該ステップでの処理によって、制御部１０４は色割当手段１６４として機能する。処理部３０は、中間色を含むＣ３Ｍ３Ｙ３Ｗ３Ｋ３Ｒ３Ｇ３Ｂ３信号に基づいて各ボクセルに対する色を選択する処理を行う。色の割当処理は、特に限定されるものではないが、シアン（Ｃ）、マゼンダ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）及びベース色（Ｗ）から選択される色の選択率がＣ３’信号、Ｍ３’信号、Ｙ３’信号、Ｒ３’信号、Ｇ３’信号、Ｂ３’信号及びＷ３’信号のそれぞれの値の大きさの割合に応じたものとなるように色を選択することが好適である。
【００５９】
例えば、基準値ａに対して、Ｃ３’信号＞ａの場合にシアン（Ｃ）を選択する。また、（Ｃ３’信号＋Ｍ３’信号）＞ａの場合にマゼンタ（Ｍ）を選択する。また、（Ｃ３’信号＋Ｍ３’信号＋Ｙ３’信号）＞ａの場合にイエロー（Ｙ）を選択する。また、（Ｃ３’信号＋Ｍ３’信号＋Ｙ３’信号＋Ｒ３’信号）＞ａの場合に赤（Ｒ）を選択する。また、（Ｃ３’信号＋Ｍ３’信号＋Ｙ３’信号＋Ｒ３’信号＋Ｇ３’信号）＞ａの場合に緑（Ｇ）を選択する。また、（Ｃ３’信号＋Ｍ３’信号＋Ｙ３’信号＋Ｒ３’信号＋Ｇ３’信号＋Ｂ３’信号）＞ａの場合に青（Ｂ）を選択する。そして、それ以外の場合にベース色（Ｗ）を選択する処理とする。また、オーダードディザ法を適用してもよい。すなわち、各ボクセルに対する基準値ａとして数列（ディザ行列）を適用し、Ｃ３’信号＞ａの場合にシアン（Ｃ）を選択し、（Ｃ３’信号＋Ｍ３’信号）＞ａの場合にマゼンタ（Ｍ）を選択し、（Ｃ３’信号＋Ｍ３’信号＋Ｙ３’信号）＞ａの場合にイエロー（Ｙ）を選択し、（Ｃ３’信号＋Ｍ３’信号＋Ｙ３’信号＋Ｒ３’信号）＞ａの場合に赤（Ｒ）を選択し、（Ｃ３’信号＋Ｍ３’信号＋Ｙ３’信号＋Ｒ３’信号＋Ｇ３’信号）＞ａの場合に緑（Ｇ）を選択し、（Ｃ３’信号＋Ｍ３’信号＋Ｙ３’信号＋Ｒ３’信号＋Ｇ３’信号＋Ｂ３’信号）＞ａの場合に青（Ｂ）を選択し、それ以外の場合にベース色（Ｗ）を選択する処理とする。また、誤差拡散法(Error Diffusion)を適用してもよい。この方法では、基準値ａとして固定値を使用するが、あるボクセルに対する色の選択の際に生じた誤差を周囲のボクセルの選択処理に拡散させるものである。さらに、特開２００６−２９５８９９号公報に開示された方法にて、各ボクセルに対する色の選択を行ってもよい。
【００６０】
また、白色雑音法やブルーノイズマスク法等を適用してもよい。白色雑音法は、各ボクセルに対する基準値ａとして白色雑音（一様乱数）を適用する方法である。また、ブルーノイズマスク法は、基準値ａに適用するディザ行列について空間周波数分布が人間の視覚の感度が低くなる空間周波数以上となるようにディザ行列のサイズを大きくしたものである。
【００６１】
また、中間色として３次色まで考慮する場合も同様に処理することができる。すなわち、各色の選択率が数式（８）にて算出された各色の信号の大きさの割合に応じて、各ボクセルに対して３次色まで含む色のうち１つを選択する。
【００６２】
ステップＳ２４では、造形部１０２にて各ボクセルに対して吐出されるインクの色の選択処理が行われる。当該ステップでの処理によって、制御部１０４はインク色選択手段１６６として機能する。本実施の形態における造形部１０２では、インクヘッド１６から１つのボクセルに対してシアン（Ｃ）、マゼンダ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）及びベース色（Ｗ）のうち１つのインクのみを吐出することができるものとする。処理部３０は、ステップＳ２２にて各ボクセルについて選択された色に基づいて、各ボクセルに対して吐出させるインクの色を選択する。
【００６３】
ボクセルに対して選択された色が１次色、すなわち造形部１０２にて吐出されるシアン（Ｃ）、マゼンダ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）及びベース色（Ｗ）のうち１つである場合、当該ボクセルに対して吐出させるインクの色はボクセルに対して選択された色と同じとする。例えば、ボクセルに対して選択された色がシアン（Ｃ）であるときには、当該ボクセルに対して吐出させるインクの色はシアン（Ｃ）とする。同様に、ボクセルに対して選択された色がマゼンダ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）、ベース色（Ｗ）のいずれかであるときには、当該ボクセルに対してそれぞれ吐出させるインクの色はマゼンダ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）及びベース色（Ｗ）とする。
【００６４】
一方、ボクセルに対して選択された色が２次色や３次色の中間色である場合、当該ボクセルに対して吐出させるインクの色は当該ボクセルの周辺のボクセルに対して吐出させるインクの色との組み合わせに応じて選択する。本実施の形態では、造形部１０２にて吐出できるシアン（Ｃ）、マゼンダ（Ｍ）及びイエロー（Ｙ）を混合しなければ表現できない中間色である場合、対象となるボクセルのインクの色は周辺のボクセルのインクの色がシアン（Ｃ）、マゼンダ（Ｍ）及びイエロー（Ｙ）のいずれかであるかに応じて選択される。
【００６５】
例として、マゼンダ（Ｍ）とイエロー（Ｙ）との中間色である赤（Ｒ）が選択されたボクセルに対するインクの選択処理について説明する。あるボクセルに対してステップＳ２２において赤（Ｒ）が選択されている場合、当該ボクセルに対して確率的にマゼンタ（Ｍ）とイエロー（Ｙ）のいずれか一方を選択する処理とする。図１２は、物体表面から深さ方向に４ボクセルまで赤（Ｒ）が選択された表面領域の各ボクセルに対して確率的にマゼンダ（Ｍ）とイエロー（Ｙ）からインク色を選択とした例を示す。
【００６６】
このように確率的にマゼンダ（Ｍ）とイエロー（Ｙ）の１つを確率的に選択した場合、マゼンダ（Ｍ）とイエロー（Ｙ）がランダムに出現するので、ピンクがかった赤の領域や黄色がかった赤の領域が物体表面にランダムに生じる。したがって、表面における色の粒状性が悪くなるおそれがある。
【００６７】
また、中間色に対して、物体表面から深さ方向に向けて所定の色を所定の順に並べた色配列にしたがってインクの色を選択する処理とすることもできる。例えば、図１３（ａ）に示すように、マゼンダ（Ｍ）とイエロー（Ｙ）を物体表面から深さ方向に向けて交互に並べた色配列となるように各ボクセルに対するインクの色を選択する。ここで、複数の色成分を所定の割合で混合してなる中間色に対する色配列は、複数の色成分を当該所定の割合で並べたものとすることが好適である。例えば、マゼンダ（Ｍ）とイエロー（Ｙ）を１対１の割合で混合してなる中間色である赤（Ｒ）に対しては、図１３（ａ）に示すように、マゼンダ（Ｍ）とイエロー（Ｙ）とを１対１の割合で並べた色配列とする。また、例えば、マゼンダ（Ｍ）とイエロー（Ｙ）とを３対１で混合してなる中間色に対しては、図１４に示すように、マゼンダ（Ｍ）とイエロー（Ｙ）とを３対１の割合で並べた色配列とする。
【００６８】
図１３（ｂ）の例では、中間色である赤（Ｒ）である物体表面に対して、マゼンダ（Ｍ）とイエロー（Ｙ）を第１の方向に沿って並べた色配列の順が第１の方向と交差する方向に沿って変化しないように各ボクセルに対するインクの色を選択する。図１３（ｂ）の場合、第１の方向は物体表面からの深さ方向であり、第２の方向は物体表面に沿った方向としている。すなわち、物体表面に沿った方向において隣り合うボクセルに対して選択されるインクの色が同じとなるようにする。
【００６９】
この場合、マゼンダ（Ｍ）とイエロー（Ｙ）を確率的に選択する処理に比べて表面色の粒状性は改善される。一方、物体表面がなだらかな斜面を描くとき、図１３（ｂ）の左の領域（図中、左から５つのボクセル）と右の領域（図中、右から５つのボクセル）とで物体表面のボクセルに割り当てられたインクの色が異なる。したがって、同じ赤（Ｒ）として処理されたにも関わらず、物体表面上の領域によって異なる色のように見えることになる。また、左の領域と右の領域との境界では擬似的な輪郭が生ずる。
【００７０】
そこで、図１５に示すように、マゼンダ（Ｍ）とイエロー（Ｙ）を第１の方向に沿って並べた色配列の順が第１の方向と交差する第２の方向に沿って異なるように各ボクセルに対するインクの色を選択することが好適である。図１５の場合、第１の方向は物体表面からの深さ方向であり、第２の方向は物体表面に沿った方向（主走査方向）としている。図１５では、物体表面に沿った方向に１ボクセル分移動したときに色配列を深さ方向に沿って１ボクセル分だけシフトさせてインク色を割り当てる処理としている。同様に、物体表面に沿った別の方向、すなわち図１５の紙面方向（副走査方向）に沿っても色配列の順が異なるように各ボクセルのインクの色を選択する。
【００７１】
また、赤（Ｒ）とマゼンダ（Ｍ）との中間色（３次色）についても同様の処理とすることができる。図１６は、赤（Ｒ）とマゼンダ（Ｍ）との中間色（３次色）について、各ボクセルに対してインクの色を選択した例を示す。図１６では、物体表面に沿った方向に１ボクセル分移動したときに色配列を深さ方向に沿って１ボクセル分だけシフトさせてインク色を割り当てる処理としている。同様に、物体表面に沿った別の方向、すなわち図１６の紙面方向（副走査方向）に沿っても色配列の順が異なるように各ボクセルのインクの色を選択する。
【００７２】
このようなインク色選択処理とすることで、マゼンダ（Ｍ）とイエロー（Ｙ）を確率的に選択する処理に比べて表面色の粒状性は改善される。また、物体表面がなだらかな斜面を描く場合であっても、左の領域（図中、左から５つのボクセル）と右の領域（図中、右から５つのボクセル）とで物体表面のボクセルに割り当てられたインクの色の出現頻度が各色において略同じにできる。したがって、中間色が割り当てられた物体表面上の領域において、表面色が略一様な色に見えるようにすることができる。また、左の領域と右の領域との境界に擬似的な輪郭が生ずることを抑制することができる。
【００７３】
また、第２の方向である物体表面方向に亘って、物体の最表面から第１の方向である深さ方向に沿って並べた色配列の順が変わらないように各ボクセルに対するインクの色を選択する処理としてもよい。例えば、図１６に示すように、中間色である赤（Ｒ）である領域に対して、物体表面方向（主走査方向）に亘って物体の最表面からＭＹＭＹの順の色配列が変わらないように各ボクセルのインクの色を選択する。また、図１６の紙面方向、すなわち物体表面方向（副走査方向）に対しても同様に物体の最表面からＭＹＭＹの順の色配列が変わらないように各ボクセルのインクの色を選択すればよい。
【００７４】
なお、３次元物体においてＺ軸方向の上向きの表面については、図１６に示すように、物体の最表面から色配列を順に各ボクセルにインクの色を割り当る。一方、Ｚ軸方向の下向きの表面については、物体の最表面から色配列を逆順に各ボクセルにインクの色を割り当てるようにしてもよい。また、他の方向についても同様である。
【００７５】
また、第１の中間色と第２の中間色との間の中間色に対して、第１の中間色に対する色配列と第２の中間色に対する色配列とを切り替えて色成分を割り当てる処理としてもよい。例えば、赤（Ｒ）と赤マゼンダ（ＲＭ）との中間色に対しては、赤（Ｒ）に対する色配列と赤マゼンダ（ＲＭ）に対する色配列とを物体表面方向（主走査方向及び副走査方向）に沿って交互に切り替えて適用すればよい。
【００７６】
ステップＳ２６では、造形部１０２において造形される各層を切り出すスライス処理が行われる。当該処理によって、制御部１０４はスライス処理手段１６８として機能する。処理部３０は、ステップＳ１２でのボクセル化処理におけるＺ軸方向へのスライシングと同様に、３次元物体を構成するボクセルをＺ軸方向に沿ってスライシングして１ボクセル毎に１層として切り出す。すなわち、造形部１０２のインクヘッド１６が１走査で吐出できる層を抽出する。そして、１層毎にその層に含まれているボクセルの各々について選択されたインクの色を記憶部３２から読み出して造形部１０２へ出力する造形データとする。造形データには、各ボクセルの位置を示す情報及び選択されたインクの色の情報が含まれる。
【００７７】
ステップＳ２８では、造形部１０２においてインク吐出処理が行われる。当該ステップにおける処理によって、造形部１０２はインク吐出手段１７０として機能する。処理部３０は、３次元物体を構成する層毎に各ボクセルに対して選択された色のインクを吐出させる。インク吐出処理を、Ｚ軸方向に沿って最下層から順に最上層まで繰り返すことによって、各層を積み重ねる。これにより、入力された３次元データに基づく３次元物体が造形される。
【００７８】
本実施の形態における３次元造形装置１００では、１ボクセルに対して１色のインクのみを吐出する造形部１０２を用いて、表面色の粒状性を改善し、吐出できるインクの色の中間色を適切に表現した３次元物体を造形することができる。
【符号の説明】
【００７９】
１０  造形台、１２  ステージ、１４  インクタンク、１６  インクヘッド、１６Ａ  ノズル群、１６Ｃ，１６Ｍ，１６Ｙ，１６Ｗ  インクノズル、１６Ｖ  紫外線照射手段、１８  ヘッド駆動部、１８ａ  レール、３０  処理部、３２  記憶部、３４  入力部、３６  出力部、３８  通信部、１００  ３次元造形装置、１０２  造形部、１０４  制御部、１５０  ３次元データ取得手段（色信号取得手段）、１５２  ボクセル化処理手段、１５４  カラー情報割当手段、１５６  色空間変換手段、１５８  第２色信号生成手段、１６０  第２色信号修正手段、１６２  中間色信号生成手段、１６４  色割当手段、１６６  インク色選択手段、１６８  スライス処理手段、１７０  インク吐出手段、２００  ３次元物体。
【図１】
2018047607.tif 000003
【図２】
2018047607.tif 000004
【図３】
2018047607.tif 000005
【図４】
2018047607.tif 000006
【図５】
2018047607.tif 000007
【図６】
2018047607.tif 000008
【図７】
2018047607.tif 000009
【図８】
2018047607.tif 000010
【図９】
2018047607.tif 000011
【図１０】
2018047607.tif 000012
【図１１】
2018047607.tif 000013
【図１２】
2018047607.tif 000014
【図１３】
2018047607.tif 000015
【図１４】
2018047607.tif 000016
【図１５】
2018047607.tif 000017
【図１６】
2018047607.tif 000018
【図１７】
2018047607.tif 000019