(57)【要約】【課題】エッジが適切に表現された３次元物体を造形する。【解決手段】３次元空間を表すボクセル毎に階調値が割り当てられた３次元データについて、物体を構成しないボクセルに対して当該ボクセルの近傍にある物体を構成するボクセルの階調値を用いて階調値を割り当ててエッジ検出器を適用することでエッジを検出する画像処理装置とする。【選択図】図１９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
３次元空間を表すボクセル毎に階調値が割り当てられた３次元データについて、物体を構成しないボクセルに対して当該ボクセルの近傍にある物体を構成するボクセルの階調値を用いて階調値を割り当ててエッジ検出器を適用することでエッジを検出するエッジ検出手段を備えることを特徴とする画像処理装置。
【請求項２】
前記エッジ検出手段は、物体を構成しないボクセルに対して当該ボクセルの最近傍にあるボクセルの階調値を当該ボクセルの階調値として割り当てることを特徴とする請求項１に記載の画像処理装置。
【請求項３】
前記エッジ検出手段は、物体を構成しないボクセルに対して当該物体の表面の法線方向に沿って当該ボクセルの最近傍にあるボクセルの階調値を当該ボクセルの階調値として割り当てることを特徴とする請求項１に記載の画像処理装置。
【請求項４】
前記エッジ検出手段においてエッジが検出されたボクセルに対して階調値を補正する階調補正手段を備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の画像処理装置。
【請求項５】
前記エッジ検出器は、
エッジ検出の対象となる注目ボクセルを通る第１軸と前記第１軸に直交する第２軸とからなる平面に含まれるボクセル群を対象とする第１エッジ検出器と、
前記第１軸及び前記第２軸に直交する第３軸と前記第１軸とからなる平面に含まれるボクセル群を対象とする第２エッジ検出器と、
前記第２軸と前記第３軸とからなる平面に含まれるボクセル群を対象とする第３エッジ検出器と、
をからなることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の画像処理装置。
【請求項６】
前記エッジ検出器は、
エッジ検出の対象となる注目ボクセルを含む立体に含まれるボクセル群を対象とするサブエッジ検出器と、前記立体を所定の軸に沿って９０°、１８０°、２７０°回転させた立体に含まれるボクセル群を対象とするサブエッジ検出器と、からなることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の画像処理装置。
【請求項７】
コンピュータを、
３次元空間を表すボクセル毎に階調値が割り当てられた３次元データについて、物体を構成しないボクセルに対して当該ボクセルの近傍にある物体を構成するボクセルの階調値を用いて階調値を割り当ててエッジ検出器を適用することでエッジを検出するエッジ検出手段として機能させることを特徴とする画像処理プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像処理装置及び画像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。また、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】
【０００４】
【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】
【０００５】
ところで、３次元造形装置において３次元物体を造形する際に、物体表面にある文字や線等のエッジのぼけを改善して明確に再現したいという要望がある。２次元の画像に対しては、エッジ部分の画素とエッジ部分でない画素とで適用する画像処理を変えることでエッジを強調させる方法が開示されている。しかしながら、３次元物体の表面におけるエッジを適切に処理する方法は知られていない。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の１つの態様は、３次元空間を表すボクセル毎に階調値が割り当てられた３次元データについて、物体を構成しないボクセルに対して当該ボクセルの近傍にある物体を構成するボクセルの階調値を用いて階調値を割り当ててエッジ検出器を適用することでエッジを検出するエッジ検出手段を備えることを特徴とする画像処理装置である。
【０００７】
また、本発明の別の態様は、コンピュータを、３次元空間を表すボクセル毎に階調値が割り当てられた３次元データについて、物体を構成しないボクセルに対して当該ボクセルの近傍にある物体を構成するボクセルの階調値を用いて階調値を割り当ててエッジ検出器を適用することでエッジを検出するエッジ検出手段として機能させることを特徴とする画像処理プログラムである。
【０００８】
ここで、前記エッジ検出手段は、物体を構成しないボクセルに対して当該ボクセルの最近傍にあるボクセルの階調値を当該ボクセルの階調値として割り当てることが好適である。
【０００９】
また、前記エッジ検出手段は、物体を構成しないボクセルに対して当該物体の表面の法線方向に沿って当該ボクセルの最近傍にあるボクセルの階調値を当該ボクセルの階調値として割り当てることが好適である。
【００１０】
また、前記エッジ検出手段においてエッジが検出されたボクセルに対して階調値を補正する階調補正手段を備えることが好適である。
【００１１】
また、前記エッジ検出器は、エッジ検出の対象となる注目ボクセルを通る第１軸と前記第１軸に直交する第２軸とからなる平面に含まれるボクセル群を対象とする第１エッジ検出器と、前記第１軸及び前記第２軸に直交する第３軸と前記第１軸とからなる平面に含まれるボクセル群を対象とする第２エッジ検出器と、前記第２軸と前記第３軸とからなる平面に含まれるボクセル群を対象とする第３エッジ検出器と、をからなることが好適である。
【００１２】
また、前記エッジ検出器は、エッジ検出の対象となる注目ボクセルを含む立体に含まれるボクセル群を対象とするサブエッジ検出器と、前記立体を所定の軸に沿って９０°、１８０°、２７０°回転させた立体に含まれるボクセル群を対象とするサブエッジ検出器と、からなることが好適である。
【発明の効果】
【００１３】
この発明によれば、表面におけるエッジを明確にした３次元物体を造形することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【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エッジ検出器の構成を説明する図である。
【図９】本発明の実施の形態におけるエッジ検出器の例を示す図である。
【図１０】本発明の実施の形態におけるエッジ検出器の別例を示す図である。
【図１１】本発明の実施の形態におけるエッジ検出器の別例を示す図である。
【図１２】本発明の実施の形態におけるエッジ検出器の別例を示す図である。
【図１３】本発明の実施の形態におけるエッジ検出器の構成を説明する図である。
【図１４】本発明の実施の形態におけるエッジ検出器の分解図である。
【図１５】本発明の実施の形態におけるエッジ検出器の分解図である。
【図１６】本発明の実施の形態におけるエッジ検出器の分解図である。
【図１７】本発明の実施の形態におけるエッジ検出器の分解図である。
【図１８】３次元物体の表面構造の例を示す図である。
【図１９】本発明の実施の形態における３次元物体の表面周辺のボクセルに階調値を割り当てる方法を説明する図である。
【図２０】本発明の実施の形態における３次元物体の表面を特定する処理を説明する図である。
【図２１】本発明の実施の形態におけるエッジ検出器の構成を説明する図である。
【図２２】本発明の実施の形態におけるエッジ検出器の例を示す図である。
【図２３】本発明の実施の形態におけるエッジ検出器の別例を示す図である。
【図２４】本発明の実施の形態におけるエッジ検出器の別例を示す図である。
【図２５】本発明の実施の形態におけるエッジ検出器の構成を説明する図である。
【図２６】本発明の実施の形態におけるエッジ検出器の分解図である。
【図２７】本発明の実施の形態におけるエッジ検出器の分解図である。
【図２８】３次元物体の表面構造の例を示す図である。
【図２９】本発明の実施の形態における３次元物体の表面周辺のボクセルに階調値を割り当てる方法を説明する図である。
【図３０】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３１】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３２】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３３】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。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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に記憶されている画像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画像や色信号の処理を実現する。これにより、制御部１０４は、画像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、画像処理プログラム、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。
【００２７】
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。
【００２８】
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を介して提供されてもよいし、ＣＤＲＯＭ等の記録媒体によって提供されてもよい。
【００２９】
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、画像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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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し、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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
ステップＳ１８では、エッジ検出処理が行われる。当該処理によって、制御部１０４はエッジ検出手段１５８として機能する。制御部１０４は、各ボクセルについて３次元的にエッジに相当するか否かを検出する。
【００３９】
具体的には、３次元データにおいて物体を構成する各ボクセルを順に注目ボクセルとして、注目ボクセルの近傍にある周辺ボクセルとの関係に基づいて注目ボクセルがエッジ部分に該当するか否かを判定する。図８は、エッジ検出の対象となるボクセルの集合体３００を説明するための図である。集合体３００は、注目ボクセルＡを中心として、Ｘ軸−Ｙ軸平面に沿った９個のボクセルからなる集合体３０２、集合体３０２をＹ軸に沿って回転させた集合体３０４、集合体３０２をＸ軸に沿って回転させた集合体３０６を組み合わせて構成される。
【００４０】
制御部１０４は、注目ボクセルＡに対して、集合体３０２，３０４，３０６毎にエッジ検出処理を適用する。図９は、エッジ検出器の例を示す。図９では、集合体３０２，３０４，３０６のそれぞれについて第１エッジ検出器、第２エッジ検出器及び第３エッジ検出器を適用する。第１エッジ検出器は、集合体３０２において注目ボクセルＡの周辺にある３個のボクセルＢ（左斜線のハッチングを施したボクセル）の階調の和と３個のボクセルＣ（右斜線のハッチングを施したボクセル）の階調の和との差が基準値よりも大きいときに注目ボクセルＡがエッジに該当すると判定する。同様に、第２エッジ検出器及び第３エッジ検出器はそれぞれ集合体３０４及び３０６について、注目ボクセルＡの周辺にある３個のボクセルＢ（左斜線のハッチングを施したボクセル）の階調の和と３個のボクセルＣ（右斜線のハッチングを施したボクセル）の階調の和との差が基準値よりも大きいときに注目ボクセルＡがエッジに該当すると判定する。
【００４１】
図１０〜図１２は、エッジ検出器の別例を示す。図９と同様に、集合体３０２，３０４，３０６において注目ボクセルＡの周辺にある３個のボクセルＢ（左斜線のハッチングを施したボクセル）の階調の和と３個のボクセルＣ（右斜線のハッチングを施したボクセル）の階調の和との差が基準値よりも大きいときに注目ボクセルＡがエッジに該当すると判定する。
【００４２】
なお、各ボクセルの階調は、各ボクセルの色信号（Ｃ１信号、Ｍ１信号、Ｙ１信号）の各々の強度とすることができる。この場合、各ボクセルの各色についてそれぞれエッジに相当するか否かが判定される。また、各ボクセルの階調は、各ボクセルの色信号全体の強度とすることができる。色信号全体の強度は、各色信号（Ｃ１信号、Ｍ１信号、Ｙ１信号）の和や二乗平方根等の値とすればよい。この場合、各ボクセルの色全体の強度についてエッジに相当するか否かが判定される。
【００４３】
図１３は、エッジ検出器の別例を示す。当該例では、立方体３１０を構成する２７個のボクセルについてエッジ検出処理を適用する。注目ボクセルＡは、立方体３１０の中心のボクセルとする。立方体３１０は、注目ボクセルＡを中心として、Ｘ軸−Ｙ軸平面に沿った９つのボクセルからなる最上層の集合体３１２、中間層の集合体３１４及び最下層の集合体３１６を組み合わせて構成される。
【００４４】
制御部１０４は、注目ボクセルＡに対して、集合体３１２，３１４，３１６を組み合わせてエッジ検出処理を適用する。図１４は、エッジ検出器の例を示す。立方体３１０の左上奥の角に位置するボクセルＢ及びそれに隣接する３つのボクセルＢ（左斜線のハッチングを施したボクセル）の階調の和と右下手前の角に位置するボクセルＣ及びそれに隣接する３つのボクセルＣ（右斜線のハッチングを施したボクセル）の階調の和との差が基準値よりも大きいときに注目ボクセルＡがエッジに該当すると判定する。図１５〜図１７は、図１４に示したエッジ検出器をＺ軸に沿って逆時計方向にそれぞれ９０°、１８０°及び２７０°回転させたエッジ検出器を示す。これらのエッジ検出器においても、注目ボクセルＡの周辺にある４つのボクセルＢ（左斜線のハッチングを施したボクセル）の階調の和と４つのボクセルＣ（右斜線のハッチングを施したボクセル）の階調の和との差が基準値よりも大きいときに注目ボクセルＡがエッジに該当すると判定する。
【００４５】
次に、３次元物体の表面に位置するボクセルについてエッジ検出を行う処理について説明する。３次元物体の表面の外に位置するボクセル、すなわち３次元物体を構成しないボクセルは階調値を持たない。したがって、３次元物体の表面では、物体の外のボクセルの影響をうけてエッジ検出が適切にできないおそれがある。そこで、３次元物体の外であって表面近傍に位置するボクセルに表面に位置するボクセルの階調値を拡張して適用したうえでエッジ検出を行う。
【００４６】
図１８は、３次元物体の表面近傍の一部を切り出した構造体３２０を示す図である。構造体３２０は、最上層の構造体３２２、中間層の構造体３２４及び最下層の構造体３２６に分解できる。図１８において、３次元物体を構成するボクセルは実線で示し、３次元物体を構成していないボクセルは破線で示す。
【００４７】
図１９は、３次元物体の表面近傍に位置するボクセルに階調値を割り当てる処理を示す図である。図１９に示すように、３次元物体の外にあるボクセルの階調値は、３次元の表面の法線方向（図１８の例ではＺ軸方向とする）に沿って最も近傍にある３次元物体を構成するボクセルの階調値を拡張して割り当てる。例えば、最上層の構造体３２２の左奥に位置するボクセルＤ１の階調値は、ボクセルＤ１から表面法線方向（Ｚ軸方向）に沿って最も近くに位置する中間層の構造体３２４のボクセルＤ２の値「１」を拡張して割り当てる。また、例えば、最上層の構造体３２２の右手前に位置するボクセルＥ１の階調値は、ボクセルＥ１から表面法線方向（Ｚ軸方向）に沿って最も近くに位置する最下層の構造体３２６のボクセルＥ３の値「１５」を拡張して割り当てる。なお、中間層の構造体３２４の右手前に位置するボクセルＥ２の階調値も、ボクセルＥ２から表面法線方向（Ｚ軸方向）に沿って最も近くに位置する最下層の構造体３２６のボクセルＥ３の値「１５」を拡張して割り当てる。同様に、構造体３２０の外に位置する他のボクセルについても構造体３２０内のボクセルの階調値を割り当てればよい。
【００４８】
このように、３次元物体の外であって表面近傍に位置するボクセルに階調値を割り当てたうえでエッジ検出処理を適用することによって、３次元物体の表面に位置するボクセルについてもエッジであるか否かを判定することができる。
【００４９】
なお、３次元物体の表面は、以下の方法にて判断することができる。所定の大きさの立方体を構成するボクセルを選択し、立方体の６面の各々において最も物体を構成しないボクセルが多い面を表面として判断する。図２０のように、２７個のボクセルからなる立方体３３０を選択した場合、立方体３３０の正面、背面、上面、下面、右側面、左側面のうち最も物体を構成しないボクセルが多い上面が立方体３３０の表面であると判断される。したがって、立方体３３０の表面法線方向は、上面に対して垂直な方向、すなわちＺ軸方向に設定される。
【００５０】
また、エッジ検出器は、上記に挙げた例に限定されるものではない。例えば、図２１に示すボクセルの集合体３４０をエッジ検出の対象としてもよい。集合体３４０は、Ｘ軸−Ｙ軸平面に沿った２５個のボクセルからなる集合体３４２、集合体３４２をＹ軸に沿って回転させて集合体３４４、集合体３４２をＸ軸に沿って回転させた集合体３４６を組み合わせて構成される。
【００５１】
制御部１０４は、注目ボクセルＡに対して、集合体３４２，３４４，３４６毎にエッジ検出処理を適用する。図２２は、エッジ検出器の例を示す。集合体３４２において注目ボクセルＡの周辺にある１０個のボクセルＢ（左斜線のハッチングを施したボクセル）の階調の和と１０個のボクセルＣ（右斜線のハッチングを施したボクセル）の階調の和との差が基準値よりも大きいときに注目ボクセルＡがエッジに該当すると判定する。同様に、集合体３４４及び３４６についても、注目ボクセルＡの周辺にある１０個のボクセルＢ（左斜線のハッチングを施したボクセル）の階調の和と１０個のボクセルＣ（右斜線のハッチングを施したボクセル）の階調の和との差が基準値よりも大きいときに注目ボクセルＡがエッジに該当すると判定する。
【００５２】
図２３は、エッジ検出器の別例を示す。集合体３４２，３４４，３４６において注目ボクセルＡの周辺にある５個のボクセルＢ（左斜線のハッチングを施したボクセル）の階調の和と５個のボクセルＣ（右斜線のハッチングを施したボクセル）の階調の和との差が基準値よりも大きいときに注目ボクセルＡがエッジに該当すると判定する。図２４は、さらにエッジ検出器の別例を示す。集合体３４２，３４４，３４６において注目ボクセルＡの周辺にある３個のボクセルＢ（左斜線のハッチングを施したボクセル）の階調の和と３個のボクセルＣ（右斜線のハッチングを施したボクセル）の階調の和との差が基準値よりも大きいときに注目ボクセルＡがエッジに該当すると判定する。
【００５３】
図２５は、エッジ検出器の別例を示す。当該例では、立方体３５０を構成する１２５個のボクセルについてエッジ検出処理を適用する。注目ボクセルＡは、立方体３５０の中心のボクセルとする。立方体３５０は、注目ボクセルＡを中心として、Ｘ軸−Ｙ軸平面に沿った２５つのボクセルからなる第１層の集合体３５２、第２層の集合体３５４、第３層の集合体３５６、第４層の集合体３５８及び第５層の集合体３６０を組み合わせて構成される。
【００５４】
制御部１０４は、注目ボクセルＡに対して、集合体３５２，３５４，３５６，３５８，３６０を組み合わせてエッジ検出処理を適用する。図２６は、エッジ検出器の例を示す。立方体３５０の左上奥の角に位置するボクセルＢ及びそれに隣接する３つのボクセルＢ（左斜線のハッチングを施したボクセル）の階調の和と右下手前の角に位置するボクセルＣ及びそれに隣接する３つのボクセルＣ（右斜線のハッチングを施したボクセル）の階調の和との差が基準値よりも大きいときに注目ボクセルＡがエッジに該当すると判定する。さらに、当該エッジ検出器をＺ軸に沿って逆時計方向にそれぞれ９０°、１８０°及び２７０°回転させたエッジ検出器を適用してもよい。
【００５５】
図２７は、エッジ検出器の別例を示す。立方体３５０のうち内側の２７個の立方体の左上奥の角に位置するボクセルＢ及びそれに隣接する３つのボクセルＢ（左斜線のハッチングを施したボクセル）の階調の和と右下手前の角に位置するボクセルＣ及びそれに隣接する３つのボクセルＣ（右斜線のハッチングを施したボクセル）の階調の和との差が基準値よりも大きいときに注目ボクセルＡがエッジに該当すると判定する。さらに、当該エッジ検出器をＺ軸に沿って逆時計方向にそれぞれ９０°、１８０°及び２７０°回転させたエッジ検出器を適用してもよい。
【００５６】
図２８は、３次元物体の表面近傍の一部を切り出した構造体３７０を示す図である。構造体３７０は、第１層の構造体３７２、第２層の構造体３７４、第３層の構造体３７６、第４層の構造体３７８及び第５層の構造体３８０に分解できる。図２８において、３次元物体を構成するボクセルは実線で示し、３次元物体を構成していないボクセルは破線で示す。
【００５７】
図２９は、３次元物体の表面近傍に位置するボクセルに階調値を割り当てる処理を示す図である。図２９に示すように、３次元物体の外にあるボクセルの階調値は、３次元の表面の法線方向（図２９の例ではＺ軸方向とする）に沿って最も近傍にある３次元物体を構成するボクセルの階調値を拡張して割り当てる。例えば、第１層の構造体３７２の左奥に位置するボクセルＤ１の階調値は、ボクセルＤ１から表面法線方向（Ｚ軸方向）に沿って最も近くに位置する第３層の構造体３７６のボクセルＤ３の値「１」を拡張して割り当てる。また、第２層の構造体３７４の左奥に位置するボクセルＤ２の階調値も、ボクセルＤ３から表面法線方向（Ｚ軸方向）に沿って最も近くに位置する第３層の構造体３７６のボクセルＤ３の値「１」を拡張して割り当てる。また、例えば、第１層の構造体３７２の右手前に位置するボクセルＥ１の階調値は、ボクセルＥ１から表面法線方向（Ｚ軸方向）に沿って最も近くに位置する第４層の構造体３７８のボクセルＥ４の値「４３」を拡張して割り当てる。なお、第２層の構造体３７４の右手前に位置するボクセルＥ２の階調値も、ボクセルＥ２から表面法線方向（Ｚ軸方向）に沿って最も近くに位置する第４層の構造体３７８のボクセルＥ４の値「４３」を拡張して割り当てる。さらに、第３層の構造体３７６の右手前に位置するボクセルＥ３の階調値も、ボクセルＥ３から表面法線方向（Ｚ軸方向）に沿って最も近くに位置する第４層の構造体３７８のボクセルＥ４の値「４３」を拡張して割り当てる。同様に、構造体３７０の外に位置する他のボクセルについても構造体３７０内のボクセルの階調値を割り当てればよい。
【００５８】
なお、上記のエッジ検出器を組み合わせて使用してもよい。複数種のエッジ検出器を組み合わせて使用することによって、ノイズ等の影響によるエッジの誤検出を抑制することができる。
【００５９】
また、本実施の形態では、ボクセルの階調に対するエッジ検出処理について説明したが、エッジ検出の対象は階調に限定されるものではない。ボクセルの他の属性値についても同様にエッジ検出処理を適用することができる。
【００６０】
ステップＳ２０では、エッジに位置するボクセルに対する補正処理が行われる。当該ステップにおける処理によって、制御部１０４はエッジボクセル補正手段１６０として機能する。エッジ強調処理は、特に限定されるものではないが、例えばステップＳ１８においてエッジであると判定された各ボクセルに対して３次元のエッジ強調フィルタを適用すればよい。
【００６１】
ステップＳ２２では、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１６２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、第２色空間に変換され、エッジ補正処理が適用された色データ（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）への変換処理を行う。
【００６２】
まず、処理部３０は、エッジ補正処理が適用された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）
【００６３】
数式（１）に示されるように、Ｗ２信号は、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、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。
【００６４】
さらに、処理部３０は、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、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。当該処理によって、処理部３０は第２色信号修正手段１６４として機能する。
【００６５】
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）
【００６６】
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３０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３１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。
【００６７】
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）
【００６８】
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）
【００６９】
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）
【００７０】
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３２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３２（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３２（ｂ）は、図３２（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。
【００７１】
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）
【００７２】
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３３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３３（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３３（ｂ）は、図３３（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。
【００７３】
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。処理部３０は、修正ＣＭＹ信号に基づいて各ボクセルに対するインクの色を選択する処理を行う。インクの選択処理は、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）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。
【００７４】
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、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、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インク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インクの選択を行ってもよい。
【００７５】
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。
【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。また、３次元物体におけるエッジを適切に検出し、エッジを強調する処理等を施したうえで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、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  エッジ検出手段、１６０  エッジボクセル補正手段、１６２  色信号生成手段、１６４  色信号修正手段、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、３０２，３０４，３０６  集合体、３１０  立方体、３１２，３１４，３１６  集合体、３２０〜３２６  構造体、３３０  立方体、３４０〜３４６  集合体、３５０  立方体、３５２〜３６０  集合体、３７０〜３８０  構造体。
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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