(57)【要約】【課題】自然でリアリティのある木目に極めて近似した模様を有する立体物を３Ｄプリンタに出力させる。【解決手段】記憶装置２０と、記憶装置から利用者入力により指定された３Ｄ立体物データ２３および３Ｄ年輪データ２４を取得する手段１１と、利用者入力による操作情報を受け付けて、３Ｄ年輪データに基づく木材９０ｂの領域内に、取得した３Ｄ立体物データに基づく立体物８０を配置するとともに、木材と立体物との相対的な配置関係を設定する配置設定手段１３と、設定された木材と立体物との相対的な位置関係に基づいて立体物の表面形状に沿う年輪を起源とした木目９３が形成された立体物の３Ｄモデルを表現する変更３Ｄプリンタデータを作成する３Ｄ木目立体物データ作成手段１４とを備えた３Ｄプリンタデータ変更装置としている。【選択図】図８
2018020440.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
記憶装置の格納データを参照可能なコンピュータシステムによって構成されて、３Ｄプリンタに立体物を出力させるための３Ｄプリンタデータを作成する３Ｄプリンタデータ変更装置であって、  
前記記憶装置には、立体物の３Ｄモデルを表現する３Ｄ立体物データと、年輪が形成された木材の３Ｄモデルを表現する３Ｄ年輪データが格納され、
３Ｄ立体物データ取得手段と、３Ｄ年輪データ取得手段と、配置設定手段と、３Ｄ木目立体物データ作成手段とを備え、
前記３Ｄ立体物データ取得手段は、利用者入力により指定された立体物の前記３Ｄ立体物データを取得し、
前記３Ｄ年輪データ取得手段は、利用者入力により指定された前記３Ｄ年輪データを取得し、
前記配置設定手段は、利用者入力による操作情報を受け付けて、取得した前記３Ｄ年輪データに基づく木材の領域内に、取得した前記３Ｄ立体物データに基づく前記立体物を配置するとともに、当該木材と当該立体物との相対的な配置関係を設定し、
前記３Ｄ木目立体物データ作成手段は、設定された前記木材と前記立体物との相対的な位置関係に基づいて、前記立体物の表面形状に沿う前記年輪を起源とした木目が形成された立体物の３Ｄモデルを表現する３Ｄ木目立体物データを作成する、
ことを特徴とする３Ｄプリンタデータ変更装置。
【請求項２】
請求項１において、前記３Ｄ木目立体物データは、前記木目が所定幅の溝によって形成された立体物の３Ｄモデルを表現していることを特徴とする３Ｄプリンタデータ変更装置。
【請求項３】
請求項１または２において、前記３Ｄ木目立体物データには色情報が付帯し、当該３Ｄ木目立体物データは、木目が着色された立体物の３Ｄモデルを表現していることを特徴とする３Ｄプリンタデータ変更装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかにおいて、前記記憶装置には、木材の外形を記述する一つの第１の円柱と、当該第１の円柱内に配置されて複数の前記年輪のそれぞれを記述する互いに径が異なる複数の第２の円柱とによって前記木材が表現されている前記３Ｄ年輪データが格納されていることを特徴とする３Ｄプリンタデータ変更装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかにおいて、前記記憶装置には、前記３Ｄ年輪データとして、複数種類の天然木材のそれぞれの年輪の形状を模した複数の天然木３Ｄ年輪データが、天然木材の種別に対応付けされて格納されていることを特徴とする３Ｄプリンタデータ変更装置。
【請求項６】
請求項５において、前記天然木３Ｄ年輪データには、厚さを有する中空筒状の立体図形によって表現された年輪が含まれ、前記３Ｄ木目立体物データ作成手段は、前記立体物の表面領域と前記中空筒状の立体図形との交差領域に前記厚さに応じた木目が形成されるように前記３Ｄ木目立体物データを作成することを特徴とする３Ｄプリンタデータ変更装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかにおいて、前記配置設定手段により設定された前記木材と前記立体物の相対的な位置関係に基づいて、前記木材内に前記立体物が配置された３ＤＣＧ画像をディスプレイに表示させる手段を備えたことを特徴とする３Ｄプリンタデータ変更装置。
【請求項８】
記憶装置に格納された立体物の３Ｄモデルを表現する３Ｄ立体物データと、年輪が形成された木材の３Ｄモデルを表現する３Ｄ年輪データを参照可能なコンピュータに３Ｄプリンタに立体物を出力させるための３Ｄプリンタデータを作成させる３Ｄプリンタデータ変更プログラムであって、
前記コンピュータに、３Ｄ立体物データ取得ステップと、３Ｄ年輪データ取得ステップと、配置設定ステップと、３Ｄ木目立体物データ作成ステップとを実行させ、
前記３Ｄ立体物データ取得ステップでは、利用者入力により指定された立体物の前記３Ｄ立体物データを取得し、
前記３Ｄ年輪データ取得ステップでは、利用者入力により指定された前記３Ｄ年輪データを取得し、
前記配置設定ステップでは、利用者入力による操作情報を受け付けて、取得した前記３Ｄ年輪データに基づく木材の領域内に、取得した前記３Ｄ立体物データに基づく前記立体物を配置するとともに、当該木材と当該立体物との相対的な配置関係を設定し、
前記３Ｄ木目立体物データ作成ステップでは、設定された前記木材と前記立体物との相対的な位置関係に基づいて、前記立体物の表面形状に沿う前記年輪を起源とした木目が形成された立体物の３Ｄモデルを表現する３Ｄ木目立体物データを作成する、
ことを特徴とする３Ｄプリンタデータ変更プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は３Ｄプリンタデータ変更装置、および３Ｄプリンタデータ変更プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
周知のごとく、３Ｄプリンタは立体物を造形して出力する装置である。そして当初の３Ｄプリンタは、高価で大型であったことから、主に業務用途として普及した。しかし近年の３Ｄプリンタは、高性能化とともに、小型化、低価格化も進み、個人でも十分に所有可能な３Ｄプリンタが急速に普及し始めた。そして小型で安価な３Ｄプリンタは、個人が所有してその利用者の趣味に基づく様々な立体物（フィギュア、組立式模型の部品など）を出力する用途に供されるだけではなく、その３Ｄプリンタを備えた作業場所を利用者に時間貸しする「貸し工房」や期限を設けて３Ｄプリンタを個人に貸し出す「レンタル３Ｄプリンタ」などの新たなビジネスの創出にも寄与している。
【０００３】
利用者が３Ｄプリンタを用いて立体物を出力するためには、通常、利用者が使用するパーソナル・コンピュータなど（以下、利用者端末）に３Ｄプリンタを制御するための専用プログラム（以下、プリンタ制御プログラムとも言う）をインストールしておき、出力したい立体物の形状を表現するとともに、プリンタ制御プログラムが解釈可能な所定の形式の３Ｄプリンタデータ（例えば、ＳＴＬ形式など）を用意しておく。そして３Ｄプリンタが接続された利用者端末にて実行中のプリンタ制御プログラムによって３Ｄプリンタデータが処理されると、３Ｄプリンタが制御され立体物が出力される。
【０００４】
周知のごとく、３Ｄプリンタデータの本質は立体物をポリゴンなどで表現した３Ｄモデリングデータである。したがって個人の利用者が自身の、あるいは借り受けた３Ｄプリンタで任意の立体物を出力するためには、その出力作業に先立って３Ｄプリンタデータそのものを作成する作業が必要となる。３Ｄプリンタデータは、利用者端末にて実行可能な周知の３ＤＣＡＤソフトウエアや３ＤＣＧの作成ソフトウエアなどの３Ｄモデル作成ソフトウエアを用いることで作成することができる。あるいは３Ｄスキャナを用いて出力対象物の原型となる造形物をスキャンしたりすることで作成することができる。また３Ｄモデル作成ソフトウエアは、利用者端末を操作する利用者に対し、作成済みの３Ｄプリンタデータに対する様々な編集操作を受け付けるためのＧＵＩ環境を提供し、例えば、当初の３Ｄプリンタデータに基づく立体物を利用者端末に表示させつつ利用者の操作入力を受け付け、その表示中の立体物を画面上で自在に編集することができる。立体物の一部あるいは全体の形状を変更することはもちろん、縮小や拡大、個別の３Ｄプリンタデータとして用意された複数の立体物に対する各種操作（接合、型抜き、合成など）、立体物の表面の質感変更（平滑面、梨地など）、立体物表面への２次元画像の投影など、当初の立体物に対する様々な操作を受け付けて立体物の状態を自在に変更することができる。そして変更後の立体物に対応する３Ｄプリンタデータを再作成することができる。このように３Ｄプリンタは、多くの利用者に対し多様な造形物を創造させる可能性をもたらした。
【０００５】
なお３Ｄプリンタは、機種によって扱えるデータ形式が異なる場合もあることから、３Ｄモデル作成ソフトウエアの多くは、作成する３Ｄプリンタデータのフォーマットを選択することができる。現状ではＳＴＬ形式の３Ｄプリンタデータが実質的な標準フォーマットになっており、多くの３Ｄプリンタや３Ｄモデル作成ソフトウエアがこのＳＴＬ形式に対応している。そして以下の非特許文献１には３Ｄプリンタデータの作成方法やその３Ｄプリンタデータを用いて立体物を３Ｄプリンタにて出力させる手順などが記載されている。以下の特許文献１には、３Ｄプリンタデータに対する編集操作に関連して、３Ｄプリンタを用いて所定の立体物を出力するためのプリンタデータに別情報を合成してユーザに配信する方法について記載されている。そして当該方法では、その合成された別情報は、立体物の内部に外部からでは視認不可能な（Ｘ線スキャナなどでしか確認できない）構造物、すなわち３次元バーコードを造形するためのデータであり、その３次元バーコードをプリンタデータの出所を特定するためのデータや、著作権保護を目的としたデータとして利用することができるようになっている。また本発明に関連する事項が以下の非特許文献２と非特許文献３に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１５−０８２６７８号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】株式会社インプレス、” ここから始める、3Dプリンタ＆モデリング基礎知識”、[online]、[平成２８年７月１３日検索]、インターネット＜ＵＲＬ：http://akiba-pc.watch.impress.co.jp/docs/column/3dpcontest/620205.html＞
【非特許文献２】株式会社マルホン、” 目にも心にもやさしい木目の科学”、[online]、[平成２８年７月１３日検索]、インターネット＜ＵＲＬ：http://www.mokuzai.com/in_di-112＞
【非特許文献３】森林・林業学習館、”巨視的（マクロ）にみた木材の構造”、[online]、[平成２８年７月１３日検索]、インターネット＜ＵＲＬ：http://www.shinrin-ringyou.com/mokuzai/kouzou_macro.php＞
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
利用者が３Ｄプリンタで出力する立体物の中には、仏像や民芸品などの木彫りの彫刻を模した立体物がある。このような木彫りの彫刻においては、彩色せず、材料とした天然の木材の木目を生かした仕上げとすることも少なくない。したがって木彫りを模した立体物を３Ｄプリンタで出力する場合、外形だけでなく木目をその立体物の表面に再現することも重要となる。
【０００９】
ところで木目は、上記非特許文献２や３に記載されているように、本来、天然の木材の持つ年輪の態様と、彫り出す造形物の形状及び木材内部での位置取りによって幾何学的に決まるものであるが、従来は、３Ｄプリンタを用いて出力した立体物の表面に、利用者が後から適当に（あるいはそれらしく）木目を模した模様を付け加えたり、実際に木材から彫り出された彫刻の表面にある木目を見ため通りに模倣したりするしかなかった。すなわち、現状では自然でリアリティのある木目に極めて近似した模様を有する立体物を３Ｄプリンタから出力させることができない。
【００１０】
そこで本発明は、コンピュータシステムにより構成されて、自然でリアリティのある木目に極めて近似した模様を有する立体物を３Ｄプリンタに出力させることができる３Ｄプリンタデータ変更装置、および当該立体物の３Ｄプリンタデータの生成処理をコンピュータに実行させるための３Ｄプリンタデータ変更プログラムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するための主たる発明は、記憶装置の格納データを参照可能なコンピュータシステムによって構成されて、３Ｄプリンタに立体物を出力させるための３Ｄプリンタデータを作成する３Ｄプリンタデータ変更装置であって、  
前記記憶装置には、立体物の３Ｄモデルを表現する３Ｄ立体物データと、年輪が形成された木材の３Ｄモデルを表現する３Ｄ年輪データが格納され、
３Ｄ立体物データ取得手段と、３Ｄ年輪データ取得手段と、配置設定手段と、３Ｄ木目立体物データ作成手段とを備え、
前記３Ｄ立体物データ取得手段は、利用者入力により指定された立体物の前記３Ｄ立体物データを取得し、
前記３Ｄ年輪データ取得手段は、利用者入力により指定された前記３Ｄ年輪データを取得し、
前記配置設定手段は、利用者入力による操作情報を受け付けて、取得した前記３Ｄ年輪データに基づく木材の領域内に、取得した前記３Ｄ立体物データに基づく前記立体物を配置するとともに、当該木材と当該立体物との相対的な配置関係を設定し、
前記３Ｄ木目立体物データ作成手段は、設定された前記木材と前記立体物との相対的な位置関係に基づいて、前記立体物の表面形状に沿う前記年輪を起源とした木目が形成された立体物の３Ｄモデルを表現する３Ｄ木目立体物データを作成する、
ことを特徴とする３Ｄプリンタデータ変更装置としている。
【００１２】
前記３Ｄ木目立体物データは、前記木目が所定幅の溝によって形成された立体物の３Ｄモデルを表現していることとしてもよい。前記３Ｄ木目立体物データには色情報が付帯し、当該３Ｄ木目立体物データは、木目が着色された立体物の３Ｄモデルを表現していることとすることもできる。
【００１３】
前記記憶装置には、木材の外形を記述する一つの第１の円柱と、当該第１の円柱内に配置されて複数の前記年輪のそれぞれを記述する互いに径が異なる複数の第２の円柱とによって前記木材が表現されている前記３Ｄ年輪データが格納されている３Ｄプリンタデータ変更装置とすることもできる。あるいは、前記記憶装置には、前記３Ｄ年輪データとして、複数種類の天然木材のそれぞれの年輪の形状を模した複数の天然木３Ｄ年輪データが、天然木材の種別に対応付けされて格納されている３Ｄプリンタデータ変更装置とすることもできる。前記天然木３Ｄ年輪データには、厚さを有する中空筒状の立体図形によって表現された年輪が含まれ、前記３Ｄ木目立体物データ作成手段は、前記立体物の表面領域と前記中空筒状の立体図形との交差領域に前記厚さに応じた木目が形成されるように前記３Ｄ木目立体物データを作成することとしてもよい。
【００１４】
上記いずれかに記載の３Ｄプリンタデータ変更装置は、前記配置設定手段により設定された前記木材と前記立体物の相対的な位置関係に基づいて、前記木材内に前記立体物が配置された３ＤＣＧ画像をディスプレイに表示させる手段を備えたものとしてもよい。
【００１５】
本発明の範囲には、記憶装置に格納された立体物の３Ｄモデルを表現する３Ｄ立体物データと、年輪が形成された木材の３Ｄモデルを表現する３Ｄ年輪データを参照可能なコンピュータに３Ｄプリンタに立体物を出力させるための３Ｄプリンタデータを作成させる３Ｄプリンタデータ変更プログラムも含まれており、当該プログラムは、
記憶装置に格納された立体物の３Ｄモデルを表現する３Ｄ立体物データと、年輪が形成された木材の３Ｄモデルを表現する３Ｄ年輪データを参照可能なコンピュータに３Ｄプリンタに立体物を出力させるための３Ｄプリンタデータを作成させる３Ｄプリンタデータ変更プログラムであって、
前記コンピュータに、３Ｄ立体物データ取得ステップと、３Ｄ年輪データ取得ステップと、配置設定ステップと、３Ｄ木目立体物データ作成ステップとを実行させ、
前記３Ｄ立体物データ取得ステップでは、利用者入力により指定された立体物の前記３Ｄ立体物データを取得し、
前記３Ｄ年輪データ取得ステップでは、利用者入力により指定された前記３Ｄ年輪データを取得し、
前記配置設定ステップでは、利用者入力による操作情報を受け付けて、取得した前記３Ｄ年輪データに基づく木材の領域内に、取得した前記３Ｄ立体物データに基づく前記立体物を配置するとともに、当該木材と当該立体物との相対的な配置関係を設定し、
前記３Ｄ木目立体物データ作成ステップでは、設定された前記木材と前記立体物との相対的な位置関係に基づいて、前記立体物の表面形状に沿う前記年輪を起源とした木目が形成された立体物の３Ｄモデルを表現する３Ｄ木目立体物データを作成する、
ことを特徴とする３Ｄプリンタデータ変更プログラムとしている。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、自然でリアリティのある木目に極めて近似した模様を有する立体物を３Ｄプリンタに出力させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施形態に係る３Ｄプリンタデータ変更装置の構成を示す図である。
【図２】上記３Ｄプリンタデータ変更装置の記憶装置に格納されている３Ｄ立体物データに基づく立体物の概略を示す図である。
【図３】上記３Ｄプリンタデータ変更装置の記憶装置に格納されている幾何学３Ｄ年輪データに基づく木材の一例を示す図である。
【図４】上記幾何学３Ｄ年輪データに基づく木材のその他の例を示す図である。
【図５】上記３Ｄプリンタデータ変更装置の記憶装置に格納されている天然木３Ｄ年輪データに基づく木材の一例を示す図である。
【図６】上記実施形態に係る３Ｄプリンタデータ変更装置がディスプレイに表示する画面の遷移状態を示す概略図である。
【図７】上記実施形態に係る３Ｄプリンタデータ変更装置がディスプレイに表示する画面の次の遷移状態を示す概略図である。
【図８】上記実施形態に係る３Ｄプリンタデータ変更装置がディスプレイに表示する画面のさらに次の遷移状態を示す概略図である。
【図９】上記天然木３Ｄ年輪データに基づく木材のその他の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明の実施例について、以下に添付図面を参照しつつ説明する。なお以下の説明に用いた図面において、同一または類似の部分に同一の符号を付して重複する説明を省略することがある。ある図面において符号を付した部分について、不要であれば他の図面ではその部分に符号を付さない場合もある。
【００１９】
＝＝＝３Ｄプリンタデータ変更装置＝＝＝
図１に本発明の実施形態に係る３Ｄプリンタデータ変更装置１の構成を示した。当該３Ｄプリンタデータ変更装置１のハードウエアは、一般的なパーソナル・コンピュータからなる利用者端末により構成されている。またこの例では、３Ｄプリンタデータ変更装置１に、３Ｄプリンタが、ＵＳＢ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、有線あるいは無線のイーサネット（登録商標）などの適宜な通信インタフェース３０を介して接続されている。そしてＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭを含むコンピュータ本体である制御部１０、ＨＤＤなどの記憶装置２０、キーボードやマウスなどの入力装置４０、ディスプレイを主体とする出力装置５０、および上記の通信インタフェース３０などを含んで構成されている。
【００２０】
３Ｄプリンタデータ変更装置１における主要なソフトウエアは、制御部１０により実行されるプログラムとして記憶装置２０に格納されている。そして主要なソフトウエアは、３Ｄプリンタデータ変更プログラム２１とプリンタ制御プログラム２２である。３Ｄプリンタデータ変更プログラム２１は、概略的には、３Ｄモデル作成ソフトウエアとして機能を備え、制御部１０が当該３Ｄプリンタデータ変更プログラム２１を実行すると、制御部１０は、当初は木目がなかった立体物の表面に木目に相当する構造や構成（以下、木目とも言う）が形成された立体物の３Ｄプリンタデータ（以下、３Ｄ木目立体物データとも言う）を生成する。また記憶装置２０には、上記のプログラム（２１，２２）に加え、木目がない立体物を表現する３Ｄプリンタデータ（以下、３Ｄ立体物データ２３とも言う）と、仮想的な木材を表現する３Ｄモデリングデータ（以下、３Ｄ年輪データ２４とも言う）が記憶されている。３Ｄ年輪データ２４は、年輪を有する木材を模した木材の外形と、木材の端面から内部にまで及ぶ年輪の形状を定義している。
【００２１】
なお３Ｄ立体物データ２３は、インターネット上にて配布されているものをダウンロードしたものでもよい。３Ｄ立体物データ２３をダウンロードするためには、３Ｄプリンタデータ変更装置１にインターネットを介した通信手段とブラウザを実装しておけばよい。もちろん３Ｄプリンタデータ変更プログラム２１に含まれる３Ｄモデル作成ソフトの機能を使って利用者が作成したものでもよい。あるいは原型となる立体物を３Ｄスキャナでスキャンして作成したものでもよい。
【００２２】
以上の構成を備えた３Ｄプリンタデータ変更装置１では、制御部１０が３Ｄプリンタデータ変更プログラム２１における所定のプログラムユニットを実行することで、当該制御部１０は、後述するデータ取得部１１、３Ｄモデル作成部１２、配置設定部１３、および３Ｄ木目立体物データ生成部１４、プリンタ制御部１５として機能し、入力装置４０に入力された利用者の操作入力情報に基づいてこれら各部（１１〜１５）の機能を連携させながら３Ｄ立体物データ２３と３Ｄ年輪データ２４を処理し、３Ｄ木目立体物データを作成する。また必要に応じてその３Ｄ木目立体物データに基づく立体物を３Ｄプリンタ１００によって出力させることができる。なお作成した３Ｄ木目立体物データを配布する用途にのみ供するのであれば、３Ｄプリンタ１００や３Ｄプリンタ制御プログラム２２は不要である。そして以下では本発明の実施例として、利用者が３Ｄプリンタデータ変更装置１を用いて仏像を模した立体物に木材の年輪に基づく木目を形成する事例を挙げて、当該３Ｄプリンタデータ変更装置１の機能や動作をより詳しく説明する。
【００２３】
＝＝＝実施例＝＝＝
＜３Ｄ立体物データ＞
【００２４】
本発明の実施例では、１本の木材から彫られた一木造の仏像を模した立体物に対応する３Ｄ木目立体物データを作成することとし、表面に木目のない仏像に対応する３Ｄ立体物データを３Ｄ年輪データに基づいて編集する。それによって木材の年輪を起源とした木目が立体物（以下、仏像）の表面形状に沿って形成されるようにしている。図２に３Ｄ立体物データによって表現される木目のない仏像８０の概略図を示した。この例では座禅を組む仏像８０の立体物を示している。
【００２５】
＜３Ｄ年輪データ＞
本実施例において、仏像８０の表面に形成される木目の起源となる３Ｄ年輪データとしては、年輪の形状が幾何学的な図形からなる幾何学３Ｄ年輪データと、天然木から切り出した木材の年輪を忠実に模した天然木３Ｄ年輪データとがある。図３に幾何学３Ｄ年輪データの例を示した。図３（Ａ）は幾何学３Ｄ年輪データの一例を示す図であり、ここでは当該幾何学３Ｄ年輪データによって定義されている木材９０ａを斜視図にして示した。また図３（Ｂ）、（Ｃ）は、それぞれ異なる幾何学３Ｄ年輪データに記述されている木材９０ａの年輪９１ａの形状を示す平面図である。図３（Ｂ）、（Ｃ）に示したように、複数の年輪９１ａは、径が異なる複数の円柱で定義されており、木材９０ａと年輪を表現する円柱は互いに軸方向が平行となっている。ここで木材９０ａの端面９２と平行な面を水平面とし、この水平面上にｘ軸とｙ軸を設定するとともに、端面９２の法線方向、すなわち木材９０ａの外形を表現する円柱の軸方向をｚ軸とすると、図３（Ｂ）に示した３Ｄ年輪データでは、木材９０ａの端面９２において年輪９１ａを表現する円の中心座標（ｘ、ｙ）が同じであり、各年輪９１ａが同心円状に配置されている。図３（Ｃ）に示した３Ｄ年輪データでは、木材９０ａの端面９２において年輪９１ａを表現する円の中心座標（ｘ、ｙ）が異なっている。そして木材９０ａの外形を表現する円柱、および年輪９１ａを表現する複数の円柱はいずれも交差することがないように設定されている。それによって複数の年輪９１ａが、同心円あるいは同心円から偏った状態で配置される。また図３（Ｂ）、（Ｃ）に示したように、複数の年輪同士（９１ａ−９１ａ）の配置を換えることで年輪の態様を変えることができる。
【００２６】
図４（Ａ）、（Ｂ）は円柱以外の幾何学図形で年輪９１ａを表現した３Ｄ年輪データの例であり、図４（Ａ）は木材９０ａと年輪９１ａが楕円柱で表されている。また図４（Ｂ）は木材９０ａの端面９２と年輪９１ａが七芒星形状の多角柱で表現されている。なお年輪９１ａは木材９０ａの両端面（９２−９２）で同じ形状である必要はなく、例えば一方の端面９２と他方の端面９２で径が異なる円錐台や一方の端面９２から他方の端面９２に向けて、例えば円から楕円など、連続的に形状が変化していてもよい。いずれにしても幾何学３Ｄ年輪データは端面９２に平行な面にｘ軸とｙ軸を設定し、端面９２の法線方向にｚ軸を設定したときに、ｚ軸上の位置に応じて年輪を表現する図形がｘとｙの関数で記述されていればよい。
【００２７】
一方天然木３Ｄ年輪データは、木材の端面の輪郭形状や年輪の周回形状をそのまま採用して３Ｄモデリングデータにしたものであり、本実施例では樹木の種類(杉、松、柿など）のそれぞれに対応する複数種類の天然木３Ｄ年輪データが用意されている。なお天然木３Ｄ年輪データは、例えば、実際の木材をスキャンして作成することができる。例えば、端面の輪郭形状と複数の年輪のそれぞれの周回形状をスキャンし、そのスキャンした二次元画像を奥行き方向に延長させて柱状の３Ｄモデルにすることが考えられる。もちろん不特定の利用者や３Ｄプリンタデータの作成業者が実物や写真などを参考にしながら自身のパーソナル・コンピュータや３Ｄプリンタデータ変更装置における３Ｄモデル作成ソフトの機能を使って手作業で作成することもできる。図５に天然木３Ｄ年輪データが表現する仮想的な天然木材９０ｂの一例を示した。図５（Ａ）は当該天然木材９０ｂを示す斜視図であり、図５（Ｂ）は当該天然木材９０ｂの年輪９１ｂの態様を示す平面図である。図５に示した例では天然杉から切り出した木材９０ｂが示されており、天然木材９０ｂの外形や年輪９１ｂを忠実に表現している。もちろん木材９０ｂの外形が円柱で表現され、年輪９１ｂのみが天然木材を模した態様で表現されていてもよい。
【００２８】
＜３Ｄ木目立体物データの作成＞
次に上記の仏像８０の３Ｄ立体物データとある天然木材９０ｂを表現した天然木３Ｄ年輪データを用いて表面に木目模様が形成された仏像の３Ｄ木目立体物データを作成する手順について説明する。
【００２９】
まず、利用者が利用者端末を操作して３Ｄプリンタデータ変更プログラムを起動させると、この利用者端末が３Ｄプリンタデータ変更装置として機能する。３Ｄプリンタデータ変更プログラムが起動して当該プログラムを操作するための初期画面が表示されたならば、利用者は、当該３Ｄプリンタデータ変更プログラムが提供するＧＵＩを用いて３Ｄ木目立体物データを作成する。すなわちマウスを主体とした画面に対する入力操作によって画面の表示状態を変化させる情報入出力手順を繰り返しながら３Ｄ木目立体物データを作成する。図６〜図８に３Ｄプリンタデータ変更装置を用いて３Ｄ木目立体物データを作成する際に３Ｄプリンタデータ変更装置のディスプレイに表示される画面の遷移を示した。そして図６〜図８とともに図１を参照しつつ３Ｄプリンタデータ変更装置１の機能や動作について説明する。
【００３０】
利用者が初期画面に対して所定の操作を行うと、３Ｄプリンタデータ変更装置１は、制御部１０のデータ取得部１１により、図６（Ａ）に示したように、記憶装置２０の所定のフォルダ内のファイルを一覧にした画面４１を表示する。この例では、当該フォルダに格納されている所定のファイル形式（例えば、ＳＴＬ形式）の３Ｄ立体物データ２３がアイコン１２３によって表示されている。ここでは所定のアイコン１２３を指示して「仏像１」の３Ｄ立体物データを選択したものとする。制御部１０は入力装置４０からこの選択操作入力情報を受け取ると、記憶装置２０から該当する３Ｄ立体物データ２３のファイルを読み込み、３Ｄモデル作成部１２により、図６（Ｂ）に示した仏像８０の３ＤＣＧ画像１８０を含んだ画面４２を表示する。
【００３１】
次に仏像８０の３ＤＣＧ画像１８０の表示画面４２に対して所定の操作を行うと、制御部１０のデータ取得部１１により、図７（Ａ）に示したように、仏像８０の表面に形成する木目模様の起源となる木材の３Ｄ年輪データを指定するための画面４３を表示する。この例では、幾何学３Ｄ年輪データと天然木３Ｄ年輪データのそれぞれに対応する木材の選択領域（６０，７０）内に、１０種類ずつの木材が選択可能に用意されている。幾何学３Ｄ年輪データの指定領域６０では、各木材を指定するラジオボタン６１に年輪の幾何学図形の名前が付記されている。各天然木材の指定領域７０には、木材を選択するためのラジオボタン７１に樹木名が付記されている。ここでは利用者が「杉」の天然木３Ｄ年輪データを選択したものとする。なお３Ｄ年輪データを選択するための画面４３に各木材の年輪の平面形状をサムネイル画像で表示してもよい。
【００３２】
制御部１０は、３Ｄ年輪データを選択するための画面４３に対して特定の木材を選択する操作入力を受け付けると、該当する３Ｄ年輪データを記憶装置２０より読み込むとともに、３Ｄモデル作成部１２により、図７（Ｂ）に示したように、先に読み込んだ「仏像１」の３Ｄ立体物データ２３に基づく仏像８０の３ＤＣＧ画像１８０と、指定された天然木材９０ｂの外観形状を表した３ＤＣＧ画像１９０、および年輪９１ｂの平面形状を表現した３ＤＣＧ１９１を含む画面４４を表示する。そして利用者がこの画面４４に対して所定の操作を行うと、制御部１０は、３Ｄモデル作成部１２と配置設定部１３とを連携させることで、図８に示したように、木材９０ｂの中に仏像８０が配置された状態を表現する３ＤＣＧ２００を含む画面４５を表示する。そして木材９０ｂの内部まで含めた年輪９１ｂの座標範囲と仏像８０の表面の座標範囲とが交差する座標位置に木目９３を形成する。なお、この例では木目９３の幅（太さ）が指定可能となっており、３ＤＣＧ画像２００中の仏像８０の表面には指定された幅で木目９３が形成される。また木材９０ｂの端面９２に対する法線２０１、および端面９２と平行な平面上に適宜な方向に延長しつつ互いに直交する二つの直線（２０２，２０３）が、それぞれ３軸の回転軸（２０１〜２０３）として設定されている。また各回転軸（２０１〜２０３）の延長方向が平行移動方向として設定されている。そして、例えば、マウス操作により木材９０ｂを把持しつつ木材９０ｂを任意の軸（２０１〜２０３）周りに回転させたり、任意の軸（２０１〜２０３）方向に平行移動させたりする操作を行うと、制御部１０は、その操作を受け付ける機会ごとに木材９０ｂを回転あるいは平行移動させて仏像８０に対する木材９０ｂの相対位置関係を変化させた３ＤＣＧ画像２００を再生成する。また仏像８０と木材９０ｂの相対位置関係を変化させるのに伴って木目９３の態様も変化させる。それによって利用者は木目９３の状態をリアルタイムで確認することができる。なお３Ｄプリンタデータ変更装置１は、木材９０ｂの外形に対応する座標範囲と仏像８０の表面の座標範囲との相対位置関係を常に監視し、操作入力に伴って相対位置関係を変化させる過程で仏像８０が木材９０ｂの存在領域から逸脱すると判断したときは、利用者の操作入力があっても、木材９０ｂの回転処理や移動処理を禁止する。それによって仏像８０が必ず木材９０ｂの内部に配置されるようになっている。
【００３３】
利用者は、自身の操作入力によって、木材９０ｂと仏像８０との最終的な相対的な位置関係を決めたならば、例えば、木目９３を有する仏像８０の３Ｄ木目立体物データをファイルにして記憶装置２０に保存させたり、あるいは３Ｄプリンタデータに出力させたりするための操作を行う。制御部１０は、この操作を受け付けると、３Ｄ木目立体物データ生成部１４により、その受け付け時点での木目９３のある仏像８０の３ＤモデリングデータをＳＴＬ形式などの所定形式の３Ｄ木目立体物データに変換し、その３Ｄ木目立体物データのファイルを記憶装置２０に格納する。あるいはそのファイルをプリンタ制御部１５に処理させて３Ｄプリンタ１００に木目９３を表現する溝が刻まれた仏像８０の立体物を出力させる。なお本実施例では３Ｄ木目立体物データは、それ自体が３Ｄプリンタ１００によって解釈可能な形式になっているが、ファイルとして保存する場合には３Ｄプリンタデータ変更プログラム２１に固有のデータ形式であってもよい。いずれにしても３Ｄプリンタデータ変更装置１は、３Ｄ木目立体物データを３Ｄプリンタ１００の機種に応じた形式のデータやファイルに変換する機能を備えていればよい。すなわち最終的に３Ｄプリンタに木目を備えた立体物を出力させるための３Ｄ木目立体物データを作成すればよい。
【００３４】
このように本実施形態に係る３Ｄプリンタデータ変更装置によれば、立体物に自然でリアリティのある木目を模した溝を形成して、１本の材木から彫りだした「一木造」の彫刻を模した立体物を３Ｄプリンタに出力することができる。しかも木目の起源となる仮想的な木材と立体物との相対的な位置関係を自在に設定することができ、木目の付き方を自在に変えることができる。すなわち「一点物」の趣がある立体物を出力させることができる。
そのため、本実施形態に係る３Ｄプリンタデータ変更装置によって作成された３Ｄ木目立体物データに基づいて出力された立体物は、それを所有する利用者に大きな満足感を与えることができる。また木造彫刻を模した立体物が自然でリアリティのあるものであれば、貴重な天然資源である木材の消費を多少なりとも減少させることができることから、本実施形態に係る３Ｄプリンタデータ変更装置は、自然環境保護の観点からも有用である。
【００３５】
＝＝＝その他の実施例＝＝＝
上記実施例では、仏像の表面に所定幅の溝を形成することで木目を表現していたが、木目の形成箇所を他の箇所とは異なる色で着色することで木目を形成してもよい。この場合は、２色以上の多色印刷が可能な３Ｄプリンタが解釈可能な色情報を含んだ所定形式（例えば、ＰＬＹ形式、ＶＲＭＬ形式など）の３Ｄ木目立体物データを生成すればよい。３色以上の多色印刷が可能な３Ｄプリンタに対応させて３色以上の色情報を含ませれば、異なる色の木目を形成することができる。あるいは同じ一つの年輪を起源とした木目であっても、部分的に色を変えることもできる。いずれにしても着色された木目が形成されればよい。また上記図８にも示したように（図中、符号４６）、木目９３を溝と着色のいずれかを指定できるＧＵＩを用意しておくこともできる。もちろん３Ｄ木目立体物データが３Ｄプリンタデータ変更プログラムに固有のデータ形式であれば、そのデータを起源として木目の種別を自在に選択することができる。木目の種別が異なる３Ｄ木目立体物データを相互変換できるようにしておいてもよい。
【００３６】
３Ｄ年輪データにおいて、複数の年輪のそれぞれに異なる幅が設定されていてもよい。すなわち立体物に形成される木目を、対応する年輪の幅で形成してもよい。この場合、幾何学３Ｄ年輪データであれば、材木の内部にまで及ぶ個々の年輪の立体形状（円柱など）を定義するデータに幅の指定情報を付帯させておき、３Ｄプリンタデータ変更装置は、その指定情報に基づいて年輪の立体図形の表面と立体物の表面とが交差する座標の１ドット分の幅の曲線状の座標領域を指定された幅に拡幅すればよい。
【００３７】
天然木３Ｄ年輪データについては、各年輪に幅の指定情報を付帯させてもよいが、年輪自体を肉厚が異なる筒状の立体図形として定義しておくことが考えられる。すなわち個々の年輪の肉厚を互いに変えるだけではなく、一つの年輪の周回形状においても幅を部分的に変えるのである。図９に部分的に幅が異なる年輪を備えた天然木３Ｄ年輪データによって表現される天然木材９０ｃの一例を示した。図９に示したように、天然木材９０ｃには、一つの閉じた年輪の周上で部分的に幅が異なる年輪９１ｃと全周にわたって幅が一定の年輪９１ｂとが混在している。また全周にわたって幅が一定の年輪９１ｂについても、幅が広い年輪９１ｂと狭い年輪９１ｂとが混在している。もちろん、全ての年輪に対して幅を部分的に変えることもできる。そしてこのような天然木３Ｄ年輪データを用い、年輪の立体図形の座標領域と立体物の表面の座標領域との交差領域に木目を形成すれば、一つの閉じた年輪がその周上で幅が複雑に変化し、立体物の表面に一つの同じ年輪を起源とした木目が形成された場合でも、その木目の幅が、立体物の部位によって異なることになり、より自然な木目を形成することができる。
【００３８】
上記実施形態に係る３Ｄプリンタデータ変更装置は、パーソナル・コンピュータなど利用者自身が所有、あるいは占有する利用者端末を主なハードウエアとして、そのハードウエアに３Ｄプリンタデータ変更プログラムが実装されていた。もちろんこのような実施形態に限らず、３Ｄプリンタデータ変更プログラムをインターネット上のＡＳＰや周知のＳａａＳ（Software as a Service）など(以下、サーバプログラムとも言う)として用意しておくことも可能である。すなわち、このような実施形態では、利用者端末はインターネットを介してサーバプログラムを利用するための必要最小限のプログラムがインストールされたクライアント端末であり、実質的に入出力装置として機能する。３Ｄプリンタデータ変更装置は、インターネットを介した利用者端末との通信する手段を備え、ＷＷＷサーバー機能や３Ｄプリンタデータ変更プログラムを実装したコンピュータシステムによって構成される。そして３Ｄプリンタデータ変更装置は、利用者による操作入力情報およびディスプレイへの出力情報をインターネットを介して入出力する。このように本発明の実施形態に係る３Ｄプリンタデータ変更装置のハードウエア構成やソフトウエア構成は、適宜に変更することができる。いずれにしても本発明の実施形態は、３Ｄ立体物データと３Ｄ年輪データが格納されている記憶装置にアクセスして３Ｄ立体物データと３Ｄ年輪データを取得することができるコンピュータシステムであり、これらのデータを処理して３Ｄ木目立体物データを作成する機能を備えたものである。
【符号の説明】
【００３９】
１  ３Ｄプリンタデータ変更装置、１０  制御部、１１  データ取得部、
１２  ３Ｄモデル作成部、１３  配置設定部、１４  ３Ｄ木目立体物データ生成部、
２０  記憶装置、２１  ３Ｄプリンタデータ変更プログラム、２３  ３Ｄ立体物データ、２４  ３Ｄ年輪データ、４０  入力装置、４１〜４５  表示画面、５０  出力装置、
８０  立体物（仏像）、９０ａ，９０ｂ，９０ｃ  木材、
９１ａ，９１ｂ，９１ｃ  年輪、１００  ３Ｄプリンタ、
１８０，１９０，２００  ３ＤＣＧ画像
【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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