(57)【要約】【課題】発光領域に複数個の点光源を配置して表現する場合に、配光を考慮しながらも計算負荷を大幅に低減することが可能な照明シミュレータを提供する。【解決手段】入力部１は、仮想空間を構築する情報と光源を規定する情報とを少なくとも入力する。モデリング部１０は、仮想空間に配置する光源の発光領域を、発光領域の外周縁の全周に亘る外周領域と外周領域に囲まれた内側領域とに分割し、外周領域に点光源を配置する。さらに、光源の発光領域から放射される光線束を、外周領域に配置した点光源から放射される光線束と内側領域から放射される平行光線束とにより表す。【選択図】図１
2011044358.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
３次元の照明空間について実空間と等価な仮想空間をコンピュータで生成し、仮想空間内で照明計算を行うことにより照明環境を評価する照明シミュレータであって、仮想空間を構築する情報と光源を規定する情報とを少なくとも入力する入力部と、仮想空間に配置する光源の発光領域を、発光領域の外周縁の全周に亘る外周領域と外周領域に囲まれた内側領域とに分割し、外周領域に点光源を配置するとともに、光源の発光領域から放射される光線束を、外周領域に配置した点光源から放射される光線束と内側領域から放射される平行光線束とにより表すモデリング部とを備えることを特徴とする照明シミュレータ。
【請求項２】
前記モデリング部は、前記点光源から放射される光線束のうち前記発光領域の外向きに放射される光線束を照明計算に採用することを特徴とする請求項１記載の照明シミュレータ。
【請求項３】
前記モデリング部は、前記入力部の操作により前記発光領域を変形させる形状変更部を備えることを特徴とする請求項１又は２記載の照明シミュレータ。
【請求項４】
前記モデリング部は、前記発光領域の基本形であって複数個の格子点を備えた基準形状をあらかじめ記憶している記憶部を有し、前記形状変更部は、基準形状の外接矩形であるバウンディングボックスを変形させることにより基準形状を変形させる操作と、基準形状に設けた格子点を移動させることにより基準形状を変形させる操作とが可能であることを特徴とする請求項３記載の照明シミュレータ。
【請求項５】
前記モデリング部は、前記点光源の配置間隔が均等化されるように前記外周領域の形状に合わせて点光源の位置を決定する最適化部を備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の照明シミュレータ。
【請求項６】
前記モデリング部は、前記外周領域について前記点光源の１個について前記入力部の操作により配光特性を決定する配置・姿勢設定部と、残りの点光源について配置・姿勢設定部で決定した配光特性を適用する点光源割付部とを備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の照明シミュレータ。
【請求項７】
前記モデリング部は、前記外周領域に配置した前記点光源の光束と、前記内側領域から放射される平行光線束の光束とに境界が生じないように、外周領域と内側領域とに光束を自動的に分配する光束割付部を備えることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の照明シミュレータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンピュータグラフィックスによる３次元の仮想空間を用いて照明空間のシミュレーションを行う照明シミュレータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、コンピュータグラフィックスによる３次元の仮想空間により照明空間のシミュレーションを行う技術が種々提案されている。この種の技術を用いて照明空間における照明状態を可視化することにより、照明環境の設計に際して施工の前に種々の条件での照明状態を検討することが可能になる。
【０００３】
たとえば、特許文献１では、照明空間における光の流れのような照明状態を可視化する照明シミュレータでは、照明空間を小面積単位の単位表面に分割し、単位表面の照度を照明条件に基づいて計算するとともに、照明空間に３次元格子の格子点を設定し、各格子点における照明状態を単位表面の照度値に基づいて計算する技術が提案されている。
【０００４】
特許文献１に記載の技術では、単位表面の照度を、光源の位置、光束、配光などの照明条件に基づいて計算している。また、各格子点の照明状態は、格子点の照度と格子点を通る光の流れとで表しており、格子点の照度は、格子点を中心とする仮想球体を形成し、仮想球体の全表面における照度を合算して求め、また、格子点を通る光の流れは、格子点を中心に等立体角に分割するとともに、各方向のベクトルの大きさを計算して求めている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平７−３６３６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載の技術では、照明空間に光源を配置した例が示されているが、単位表面毎の照度は、光源の位置、光束、配光などの照明条件に基づいて計算することのみが記載されており、照明条件をどのようにして設定するかはとくに記載がない。特許文献１には光源に関する具体的な説明はなく、図から見て直管形蛍光ランプを用いた照明器具を想定していると考えられるが、光束や配光をどのように扱っているかは不明である。
【０００７】
一般に使用されている光源のほとんどは、白熱電球か蛍光ランプであり、電球型、直管形、円環形などの各種形状が採用されている。一方、最近では、発光ダイオードや有機ＥＬのように、白熱電球や蛍光ランプとは発光原理の異なる光源を照明用に用いることが提案されている。この種の光源を用いると、発光領域が線状や面状である自由な形状の照明器具を容易に実現することができる。このように光源の種類が豊富になった現状では、光源に関して照明条件を適正に設定することが、照明空間のシミュレーションにとって欠かせない重要事項と言える。
【０００８】
ところで、コンピュータグラフィックスにおいて光源を配置する際には、点光源または面光源とし、ラジオシティなどの手法を用いて３次元空間内の照度を計算することが考えられている。点光源や面光源は、理想化されており、点光源では光束を全方向に均一に放射するものとして表現される。
【０００９】
たとえば、面光源は、図２０のように、発光領域Ｄ０に点光源Ｓ１を一定間隔で配置することによって表現される。したがって、発光領域Ｄ０は、正面方向に光束を均一に放射する完全拡散面と等価に扱うことができる。
【００１０】
このような発光領域Ｄ０に配光特性を付与しようとすれば、発光領域Ｄ０を構成している各点光源Ｓ１に配光特性を付与することが考えられるが、発光領域Ｄ０に含まれるすべての点光源Ｓ１に対して個別に配光特性を付与すると、計算負荷が非常に大きくなる。
【００１１】
とくに、発光領域Ｄ０の位置や形状の条件を変更するとすれば、少数の条件を変更するだけでも、発光領域Ｄ０を形成している各点光源Ｓ１のすべてを対象として再計算を行わなければならないから、計算負荷が非常に大きくなり、長時間の計算が必要になるという問題が生じる。この問題は面光源だけではなく、線光源であっても同様に生じる。
【００１２】
本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、線光源や面光源のように広がりを持つ光源を複数個の点光源の集合により表現する場合に、配光を考慮しながらも従来技術に比較して計算負荷を大幅に低減することが可能な照明シミュレータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、上記目的を達成するために、３次元の照明空間について実空間と等価な仮想空間をコンピュータで生成し、仮想空間内で照明計算を行うことにより照明環境を評価する照明シミュレータであって、仮想空間を構築する情報と光源を規定する情報とを少なくとも入力する入力部と、仮想空間に配置する光源の発光領域を、発光領域の外周縁の全周に亘る外周領域と外周領域に囲まれた内側領域とに分割し、外周領域に点光源を配置するとともに、光源の発光領域から放射される光線束を、外周領域に配置した点光源から放射される光線束と内側領域から放射される平行光線束とにより表すモデリング部とを備えることを特徴とする。
【００１４】
モデリング部は、点光源から放射される光線束のうち発光領域の外向きに放射される光線束を照明計算に採用するのが望ましい。
【００１５】
また、モデリング部は、入力部の操作により発光領域を変形させる形状変更部を備えることが望ましい。
【００１６】
この場合、モデリング部は、発光領域の基本形であって複数個の格子点を備えた基準形状をあらかじめ記憶している記憶部を有し、形状変更部は、基準形状の外接矩形であるバウンディングボックスを変形させることにより基準形状を変形させる操作と、基準形状に設けた格子点を移動させることにより基準形状を変形させる操作とが可能であることが望ましい。
【００１７】
さらに、モデリング部は、点光源の配置間隔が均等化されるように外周領域の形状に合わせて点光源の位置を決定する最適化部を備えることが望ましい。
【００１８】
加えて、モデリング部は、外周領域について点光源の１個について入力部の操作により配光特性を決定する配置・姿勢設定部と、残りの点光源について配置・姿勢設定部で決定した配光特性を適用する点光源割付部とを備えることが望ましい。
【００１９】
また、モデリング部は、外周領域に配置した点光源の光束と、内側領域から放射される平行光線束の光束とに境界が生じないように、外周領域と内側領域とに光束を自動的に分配する光束割付部を備えることが望ましい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の構成によれば、光源の発光領域を外周領域と内側領域とに分け、外周領域については点光源を配置することによりモデル化し、発光領域から放射される光線束を、点光源から放射された光線束と、内側領域から放射された平行光線束とにより表すから、照明計算の際に、発光領域については、外周領域に配置される少数の点光源の特性と、内側領域から放射される一様な平行光線束との特性について考慮するだけでよく、多数個の点光源について特性を考慮する従来構成に比較すると、計算負荷が大幅に低減されることになる。また、計算負荷が低減される結果、照明条件を変更したときの照明計算を短時間で行うことが可能であり、コンピュータの計算能力にもよるが、照明計算を実時間で行うことも可能である。
【００２１】
点光源から放射される光線束のうち発光領域の外向きに放射される光線束を照明計算に採用するようにすれば、点光源から放射されるすべての光線束を照明計算に用いる場合に比較して計算負荷をさらに低減することができる。
【００２２】
また、入力部の操作により発光領域を変形させることを可能にすることで、各種形状の発光領域を仮想空間に配置することが可能になる。
【００２３】
とくに、複数個の格子点を備えた基準形状を、バウンディングボックスの変形あるいは格子点の移動によって変形させることにより発光領域を形成する構成を採用すると、発光領域を簡単な操作で自由形状に形成することが可能になる。
【００２４】
点光源の配置間隔を自動的に均等化する構成では、外周領域を点光源で代用しているにもかかわらず、１個の連続した光源とみなすことが可能になり、発光領域として用いるモデルの精度が高くなる。すなわち、計算負荷を低減しながらも、精度のよい照明計算が可能になる。
【００２５】
また、外周領域の１個の点光源について決定した配光特性を残りの点光源に適用する構成では、１個の点光源のみ配光特性を調整するだけで、外周領域の配光特性を決定することができるから、発光領域のモデルを生成する作業が簡単になる。
【００２６】
外周領域と内側領域との光束に境界が生じないように光束を分配する構成では、発光領域の周部のみで光束が低減したり光束が増加したりすることによる不自然感を生じることがない。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】実施形態を示すブロック図である。
【図２】同上の動作説明図である。
【図３】同上に用いる基本形状の例を示す図である。
【図４】同上に用いる座標系の説明図である。
【図５】同上における基本形状の変形方法を説明する図である。
【図６】同上における基本形状の変形例を示す図である。
【図７】同上における基本形状の変形例を示す図である。
【図８】同上における最適化部の動作を説明する図である。
【図９】同上における点光源の配置例を説明する図である。
【図１０】同上における点光源の配置例を説明する図である。
【図１１】同上における配光特性の設定例を説明する図である。
【図１２】同上における角度の定義を説明する図である。
【図１３】同上における水平角度の有効範囲を説明する図である。
【図１４】同上における垂直角度の有効範囲を説明する図である。
【図１５】同上における垂直角度の有効範囲を説明する図である。
【図１６】同上における垂直角度の有効範囲を説明する図である。
【図１７】同上における外周領域と内側領域との光束の関係を説明する図である。
【図１８】同上を線光源に適用した例を示す図である。
【図１９】同上を両面に光線束を放射する発光領域に適用した例を示す図である。
【図２０】従来構成におけるモデルを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
本発明は、コンピュータを用いて照明空間のシミュレーションを行うにあたり、実空間と等価な仮想空間における光源の形状、配光、位置、光束の設定を容易にすることを目的にしている。以下に説明する実施形態において、「光源」という用語は、光線束を放射する機能を有した面の意味で用いる。したがって、本発明における「光源」の定義には、理想化された点光源や線光源は含まれない。
【００２９】
このように「光源」から点光源および線光源を除外しても、実空間における光源は一般に発光領域に面積を有しているから差し支えない。ただし、本発明では、仮想空間に点光源や線光源を配置することを除外するのではなく、仮想空間内に１個の点光源を単独で配置すれば点光源を表すことができ、仮想空間に複数個の点光源を線上（直線上でも曲線上でもよい）に並べて配置すれば線光源を表すことができる。また、「光源」は、ランプの発光面だけではなく、照明器具の発光面であってもよく、また物体表面のように光の反射により光線束を放射する面を「光源」として扱うことも可能である。
【００３０】
本発明では、上記目的の達成のために、図８に示すように、光源の発光領域Ｄ０（図８（ａ））を、図８（ｂ）のような発光領域Ｄ０の外周縁の全周に亘る外周領域Ｄ１と、図８（ｃ）のような外周領域Ｄ１に囲まれた内側領域Ｄ２とに２分し、内側領域Ｄ２からは一様な平行光線束を放射し、外周領域Ｄ１は発光領域Ｄ０の外周縁に沿って配置した複数個の点光源Ｓから光線束を放射する構成を有する構成として扱う。要するに、発光領域Ｄ０を、外周領域Ｄ１と内側領域Ｄ２とを有する構成にモデル化して照明計算を行う。
【００３１】
発光領域の配光は、外周領域Ｄ１と内側領域Ｄ２との各光束Ｅ１，Ｅ２の放射方向に配光特性を付与することにより決定することができる。また、外周領域Ｄ１の光束Ｅ１は、外周領域Ｄ１に設けた点光源Ｓから放射される光線束の合成として決定され、内側領域Ｄ２の光束Ｅ２は、平行光線束の光度と内側領域Ｄ２の面積とで決定される。したがって、発光領域Ｄ０の全光束Ｅ０は、外周領域Ｄ１から放射される光束Ｅ１と内側領域Ｄ２から放射される光束Ｅ２との合算で表される。
【００３２】
本発明は、実空間の照明空間に対応する仮想空間を設定する段階と、仮想空間において照明空間のシミュレーションの計算を行う段階との間の段階で、照明条件を規定する段階の技術に関するものであり、コンピュータでプログラムを実行することにより以下の機能が実現される。
【００３３】
プログラムの実行によりコンピュータで実現される機能を図１に示す。図１は光源の照明条件を設定する要素を示している。仮想空間を構築する機能は、入力部１において必要に応じて実現される。また、仮想空間内の物体表面における照度を計算する機能、仮想空間内の光線束の流れを算出する機能は、計算部９において必要に応じて実現される。これらの機能は、先行技術文献などに記載された周知の技術を用いて実現することができる。本発明の特徴は、仮想空間に配置する光源の発光領域Ｄ０を計算部９での照明計算が容易になるようにモデル化することであり、発光領域Ｄ０のモデル化のためにモデリング部１０が設けられる。
【００３４】
入力部１は、仮想空間における照明条件（光源の形状、配光、位置、光束）などの光源に関する必要事項を入力する機能を有する。具体的には、コンピュータにおけるモニタ装置１１の画面に表示された入力フィールドやチェックボックスに、キーボードやマウスを用いて必要事項を入力することにより、照明条件を対話的に入力する。ただし、仮想空間における光源の条件に関する設計データなどの別途のデータが存在する場合には、それらのデータを読み込むことによって照明条件を入力してもよい。
【００３５】
まず、本実施形態のモデリング部１０における照明条件の設定手順の概略を図２を用いて簡単に説明する。入力部１では、幾何学的に規定されている基準形状を選択し（Ｓ１）、その後、形状変更部２において、入力部１の操作により基準形状から所望形状に変形し、所望の形状の発光領域Ｄ０に形成する（Ｓ２）。もちろん、発光領域Ｄ０の所望形状が基準形状に一致している場合には変形は不要である。形状変更部２の具体的な動作は後述する。
【００３６】
形状変更部２において発光領域Ｄ０の形状が決定されると、上述したように、光源の発光領域Ｄ０が外周領域Ｄ１と内側領域Ｄ２とに２分される。外周領域Ｄ１と内側領域Ｄ２とに分ける処理は最適化部３において行い、最適化部３では、さらに外周領域Ｄ１に複数個の点光源Ｓを配置する（Ｓ３）。すなわち、最適化部３では、外周領域Ｄ１に配置する点光源Ｓの個数と間隔とを決定する。
【００３７】
次に、姿勢設定部４において、外周領域Ｄ１に配置された点光源Ｓのうちの１個について、入力部１で指示された照明条件に従って、光線束の広がりが決定されるとともに（Ｓ４）、光線束を放射する向きが決定される（Ｓ５）。このようにして姿勢設定部４において１個の点光源Ｓから放射する光線束の向きと広がりとが決定されると、点光源割付部５において、外周領域Ｄ１に配置されたすべての点光源について光線束の向きおよび広がりが決定される（Ｓ６）。
【００３８】
外周領域Ｄ１に配置する各点光源Ｓについて、光線束の向きと広がりとの特性が決定されると、方向設定部６では、内側領域Ｄ２の平行光線束の向きを、姿勢設定部４において決定した点光源Ｓからの光線束の向き（最大光度の向き）に一致させる（Ｓ７）。このようにして、外周領域Ｄ１と内側領域Ｄ２との光線束の向きおよび広がりが決定される。さらに、方向設定部６では、照明計算に必要な向きに放射される光束に関するデータのみを有効なデータとして抽出する（Ｓ８）。
【００３９】
その後、光束割付部７において、入力部１から入力された照明条件（発光領域Ｄ０の全光束）に基づいて、外周領域Ｄ１のすべての点光源Ｓと内側領域Ｄ２の平行光線束とのそれぞれに必要な光束を分配し（Ｓ９）、さらに、各点光源Ｓから放射する光束と、平行光線束の単位面積あたりの光束とを決定する（Ｓ１０）。
【００４０】
本実施形態の照明シミュレータは記憶部８を備え、記憶部８には、光源の発光領域Ｄ０に関する基準形状、外周領域Ｄ１に配置する点光源Ｓの配光特性、照明計算に用いる仮想空間、照明計算を行った結果などの種々のデータが格納される。記憶部８に格納されるデータは、あらかじめ登録されているデータのほか、上述の処理過程で生じる各種データがある。記憶部８に保存されているデータは、必要に応じて読み出されて利用される。上述の処理過程において一時的に保存されるデータは、不要になった時点で消去される。
【００４１】
以下では、図１に示した各要素の機能について詳述する。上述したように入力部１から照明条件を入力するとともに、入力部１の操作により光源の発光領域Ｄ０の形状を決めるための幾何学的に規定された基準形状を選択する。基準形状Ｔは、単純な幾何学形状であって、本実施形態では、図３（ａ）に示すような正方形と図３（ｂ）に示すような円形とのいずれかの形状から選択される。基準形状Ｔの内側は、複数の部分に規則的に分割される。
【００４２】
図３（ａ）のように基準形状Ｔが正方形である場合は、各辺に沿った複数本ずつの直線により網目状に分割される。図３（ｂ）のように基準形状が円形の場合は、基準形状Ｔの中心を通る複数本の直線と複数個の同心円とにより網目状に分割される。このように、基準形状Ｔの内側を網目状に分割することにより、基準形状Ｔには複数個の格子点Ｇが設けられる。基準形状Ｔが正方形の場合は、互いに直交する直線の交点と、基準形状Ｔの頂点と、基準形状Ｔの各辺と直線との交点とがそれぞれ格子点Ｇになる。また、基準形状Ｔが円形の場合は、基準形状Ｔおよび同心円と各直線との交点がそれぞれ格子点Ｇになる。基準形状Ｔを分割する際には、隣接する格子点Ｇの間隔が、実空間において比較的小さい寸法（たとえば、最大５〔ｃｍ〕程度）になるように分割の際の寸法が規定される。
【００４３】
各基準形状Ｔの大きさは、入力部１を通して利用者が所望値を指示するか、形状変更部２が、初期値として規定寸法（たとえば、１０〔ｃｍ〕四方など）の基準形状Ｔをモニタ装置１１に提示した後に、利用者に寸法の調整をさせる。また、形状変更部２は、入力部１を通して利用者に基準形状Ｔの縦横比を変更させる機能を有しており、基準形状Ｔが正方形であれば長方形に変形させることが可能であり、基準形状Ｔが円形であれば楕円形に変形させることが可能である。
【００４４】
以下では、説明を容易にするために、座標系を設定して説明する。図４に示すように、基準形状Ｔの発光領域Ｄ０について、基準形状Ｔに平行である平面をｘｚ平面とし、ｙ軸方向の負の向きに光線束Ｅを放射するように座標系が設定されているものとする。この座標系の原点の位置は仮想空間の適宜の位置に設定される。
【００４５】
形状変更部２では、基準形状Ｔの外形を変形させるか、基準形状Ｔに含まれる各格子点Ｇの位置を移動させることにより、基準形状Ｔを変形させる。
【００４６】
基準形状Ｔには、図５に示すように、外接矩形であるバウンディングボックスＢＢが規定されており、モニタ装置１１の画面上で基準形状Ｔを選択すると（基準形状Ｔにマウスカーソルを合わせてクリックすると）、図５のように、モニタ装置１１の画面上に、当該基準形状Ｔを囲むバウンディングボックスＢＢが表示される。バウンディングボックスＢＢの各頂点位置とバウンディングボックスＢＢの各辺の中央とには、それぞれアンカーポイントＡＰが表示される。これらのアンカーポイントＡＰをマウス（ポインティングデバイス）で操作すると（ドラッグを行うと）、バウンディングボックスＢＢを変形させることができ、結果的に基準形状Ｔを変形させることが可能になる。
【００４７】
アンカーポイントＡＰの操作は、コンピュータグラフィックスにおけるドローで一般に用いられている操作と同様である。すなわち、８個のアンカーポイントＡＰが表示されている状態では、図５（ａ）のようにバウンディングボックスＢＢの頂点位置のアンカーポイントＡＰのドラッグを行うと、バウンディングボックスＢＢの縦横の寸法を同時に変更することができる。また、バウンディングボックスＢＢの上辺または下辺の中央に位置するアンカーポイントＡＰをドラッグすると、バウンディングボックスＢＢの縦寸法の変更することができ、バウンディングボックスＢＢの左辺または右辺の中央に位置するアンカーポイントＡＰをドラッグすると、バウンディングボックスＢＢの横寸法の変更することができる。
【００４８】
さらに、マウスのクリックなどによってモードを切り換えると、バウンディングボックスＢＢの頂点位置の４個のアンカーポイントＡＰのみが表示される状態になり、図５（ｂ）のようにアンカーポイントＡＰのドラッグによりアンカーポイントＡＰの位置を自由に移動させることが可能になる。すなわち、図５（ａ）のモードでは、バウンディングボックスＢＢは矩形に保たれるが、図５（ｂ）のモードでは、バウンディングボックスＢＢは任意形状の四角形に変形させることが可能になる。
【００４９】
格子点Ｇを移動させる場合は、所望の格子点Ｇを選択し（マウスでクリックを行い）、入力部１から座標位置を指定するか、所望の格子点Ｇにマウスカーソルを合わせてドラッグを行う。後者の場合、格子点Ｇの位置を直感的に操作することができるが、格子点Ｇの座標位置はモニタ装置１１の画面上の適宜の領域（たとえば、ステータスバーあるいはパレット）に表示される。ここに、格子点Ｇは多数個存在するから、選択した格子点Ｇのみの座標位置が表示される。
【００５０】
たとえば、図６（ａ）の基準形状Ｔについて、格子点Ｇを移動させることにより、図６（ｂ）のような形状の発光領域Ｄ０を形成することが可能になる。なお、格子点Ｇの座標位置だけではなく、バウンディングボックスＢＢの変形後の寸法や形状をモニタ装置１１の画面上に表示する機能を付加してもよい。また、後述する円形の場合と同様に、格子点Ｇをｙ軸方向に移動させることにより、基準形状Ｔをｙ軸方向に変形させることもできる。
【００５１】
上述の例は、基準形状Ｔが正方形である場合を示したが、基準形状Ｔが円形である場合には、ｘｚ平面に平行な面内では、格子点Ｇの移動は行われず、基準形状Ｔの変形は、バウンディングボックスＢＢの変形のみによって行われる。一方、バウンディングボックスＢＢは、ｘｚ平面に平行な面内で設定されているから、ｙ軸方向については、バウンディングボックスＢＢによって基準形状Ｔを変形させることはできない。そこで、ｙ軸方向については、格子点Ｇを移動させることにより、基準形状Ｔを変形させる。
【００５２】
したがって、図７（ａ）（ｂ）に示すように、モニタ装置１１には、ｘｚ平面に平行である面内の形状と、ｘｙ平面に平行である面内の形状とが示され、ｘｚ平面に平行な面内ではバウンディングボックスＢＢのみによる基準形状Ｔの変形を行い、ｚｙ平面に平行な面内では格子点Ｇの移動のみによる基準形状Ｔの変形を行う。
【００５３】
バウンディングボックスＢＢは、基準形状Ｔが円形である場合も、基準形状Ｔが正方形である場合と同様に外接矩形となるように設定される。すなわち、基準形状Ｔが円形である場合は、図７（ａ）のように、ｘｚ平面に平行な面内では変形後も不連続点のない閉曲線で囲まれることになる。
【００５４】
なお、基準形状Ｔが円形である場合に、ｘｚ平面に平行な面内で格子点Ｇの移動を行わないのは次の理由による。すなわち、基準形状Ｔが円形である場合に格子点Ｇを移動させると、部分円弧を格子点Ｇで不連続に連結した形になり、しかも、隣接する一対の格子点Ｇの距離は実空間において比較的小さい寸法（たとえば、５〔ｃｍ〕程度）に設定しているから、格子点Ｇの間の曲線を直線で近似しても光源の形状に大きな誤差は生じないと言える。このように、格子点Ｇを連結する曲線を直線で近似した形状は、基準形状Ｔを正方形として変形させた形状でも実現できる形状であるから、円形の基準形状Ｔから格子点Ｇを移動させて変形させる意味がない。したがって、基準形状Ｔが円形である場合には、ｘｚ平面に平行な面内での格子点Ｇの移動は行わないようにしているのである。
【００５５】
１．点光源の配置
形状変更部２で基準形状Ｔから生成した光源の形状は、最適化部３に与えられる。最適化部３では、図８に示しているように、まず、光源の発光領域Ｄ０を外周領域Ｄ１と内側領域Ｄ２とに２分する。外周領域Ｄ１は発光領域Ｄ０の外周縁を意味し、内側領域Ｄ２は発光領域Ｄ０の外周縁以外の領域を意味する。したがって、内側領域Ｄ２は実質的に光源の発光領域Ｄ０の全面を占めていることになる。最適化部３では、外周領域Ｄ１に点光源Ｓ（図８参照）を配置し、内側領域Ｄ２は平行光線束を放射する発光面として扱う。
【００５６】
最適化部３は、発光領域Ｄ０を外周領域Ｄ１と内側領域Ｄ２とに分割した後、外周領域Ｄ１に点光源Ｓを配置する。つまり、外周領域Ｄ１に配置する点光源Ｓの個数と間隔とを決定し、各点光源Ｓの座標位置を決定する。最適化部３は、外周領域Ｄ１における点光源Ｓの座標位置を以下の手順に従って定める。点光源Ｓの座標位置を定める手順は、基準形状Ｔが正方形である場合と円形である場合とで異なっている。
【００５７】
ａ．基準形状Ｔが正方形の場合
基準形状Ｔからの変形に際して、バウンディングボックスＢＢのみで変形させた場合には光源は四角形になり、格子点Ｇを移動させた場合には光源は多角形（凸多角形と凹多角形とのどちらもある）になる。どちらの場合であっても、以下の手順で点光源Ｓの位置を決定することができる。
【００５８】
（１）光源の頂点の位置に点光源Ｓを配置するとともに、各辺ごとに長さ寸法Ｂｎ（ｎ＝１，２，…）を求める。
【００５９】
（２）最短辺の長さ寸法Ｂｍｉｎを用い、点光源Ｓによる最短辺の分割数Ｍを以下の関係で決定する。分割数Ｍは、光源の頂点を除いて最短辺に配置される点光源Ｓの個数をｍとすれば、Ｍ＝ｍ＋１になる。
ａ×（Ｍ−１）＜Ｂｍｉｎ＜ａ×Ｍ
すなわち、Ｍ＝［Ｂｍｉｎ／ａ］＋１である。ここに、［ｘ］はｘの商を意味しており、定数ａは、点光源Ｓの間隔の最大値として与えられる規定値であって、たとえば実空間で５〔ｃｍ〕に相当する値に設定する。
【００６０】
（３）点光源Ｓの間隔の基準値Ｋ′を所定寸法ｂ（たとえば、５ｍｍ）刻みで決定するために、次式を最小にする基準値Ｋ′の値を、｛ａ−ｉｂ，ａ−（ｉ−１）ｂ，…，ａ−ｂ，ａ｝の範囲から求める。ｉは適宜の正整数である。ａ＝５〔ｃｍ〕、ｂ＝５〔ｍｍ〕、ｉ＝８とすれば、基準値Ｋ′は、〔ｃｍ〕を単位として、｛１，１．５，…，４．５，５｝の範囲から求められる。
｜Ｂｍｉｎ／Ｍ−Ｋ′｜
（４）残りの各辺の長さ寸法Ｂｎから、各辺ごとの点光源Ｓの間隔の基準値Ｋｎ′を次式により求める。
Ｋｎ′＝Ｂｎ／［Ｂｎ／Ｋ′］
ここに、［Ｂｎ／Ｋ′］は、当該辺に基準値Ｋ′の間隔で点光源Ｓを配置した場合の当該辺の分割数に相当する。したがって、間隔の基準値Ｋｎ′は、当該辺における点光源Ｓの仮の間隔ということができる。
【００６１】
（５）基準値Ｋ′と基準値Ｋｎ′との差分の大きさに基づいて、各辺に点光源Ｓを配置する間隔Ｋｎを以下のように決定する。
Ｋｎ′−Ｋ′＞ｂならば、Ｋｎ＝Ｂｎ／（［Ｂｎ／Ｋ′］＋１）  …（規則１）
−ｂ≦Ｋｎ−Ｋ′≦ｂならば、Ｋｎ＝Ｋｎ′                    …（規則２）
Ｋｎ−Ｋ′＜−ｂならば、Ｋｎ＝Ｂｎ／（［Ｂｎ／Ｋ′］−１）  …（規則３）
このようにして、各辺における点光源Ｓの間隔のばらつきが±ｂの範囲内になるように、各辺ごとの点光源Ｓの間隔Ｋｎを決定する。
【００６２】
上述の手順（２）において、点光源Ｓの間隔の最大値を規定する定数ａは、外周領域Ｄ１に配置される複数個の点光源Ｓを連続した１個の光源の代用とすることができる程度の大きさに設定される。したがって、定数ａを小さい値にすれば光源のシミュレーションの精度を高めることができるが、実用上では、上述の例のように、ａ＝５〔ｃｍ〕と設定すれば条件を満足することができる。
【００６３】
（１）〜（５）の手順により点光源Ｓの間隔Ｋｎを決定する具体例を以下に示す。この例では、形状変更部２により形成された発光領域Ｄ０が図９（ａ）の形状を有しているものとする。図９（ａ）は、外周領域Ａ１の各頂点の位置に点光源Ｓを配置した状態を示している。また、各辺の長さは、Ｂ１＝１４．５〔ｃｍ〕、Ｂ２＝１７．０〔ｃｍ〕、Ｂ３＝７．８〔ｃｍ〕、Ｂ４＝９．２〔ｃｍ〕であり、上述した定数ａが５〔ｃｍ〕、所定寸法ｂが５〔ｍｍ〕であるものとする。
【００６４】
この例では、最短辺の長さ寸法Ｂｍｉｎは、Ｂｍｉｎ＝Ｂ３＝７．８〔ｃｍ〕であるから、最短辺の分割数Ｍは、Ｍ＝［７．８／５］＋１＝１＋１＝２になる。すなわち、Ｂｍｉｎ／Ｍ＝７．８／２＝３．９であるから、点光源Ｓの間隔の基準値Ｋ′は、｛１，１．５，…，４．５，５｝の範囲から｜Ｂｍｉｎ／Ｍ−Ｋ′｜＝｜３．９−Ｋ′｜を最小にする値として選択すれば、Ｋ′＝４〔ｃｍ〕になる。
【００６５】
したがって、他辺における点光源Ｓの間隔の基準値Ｋ１′，Ｋ２′，Ｋ４′は、それぞれ以下のように求められる。
Ｋ１′＝１４．５／［１４．５／４］＝１４．５／３≒４．８３３
Ｋ２′＝１７／［１７／４］＝１７／４＝４．２５
Ｋ４′＝９．２／［９．２／４］＝４．６
よって、Ｋ１′−Ｋ′≒０．８３３であり、上述した（規則１）の条件を満たすから、Ｋ１＝１４．５／（［１４．５／４］＋１）＝１４．５／４＝３．６２５になる。また、Ｋ２′−Ｋ′＝０．２５であり、上述した（規則２）の条件を満たすから、Ｋ２＝４．２５になる。さらに、Ｋ４′−Ｋ′＝０．６であり、（規則１）の条件を満たすから、Ｋ４＝９．２／（［９．２／４］＋１）＝３．０６７になる。
【００６６】
以上の手順により、図９（ｂ）のように、各辺上に配置される点光源Ｓの個数は、それぞれ３個、３個、１個、２個になる。したがって、外周領域Ａ１に配置する点光源Ｓの個数は、各頂点にそれぞれ配置された点光源Ｓと合わせて合計１３個になる。
【００６７】
なお、上述の例では、Ｋ２＝４．２５〔ｃｍ〕、Ｋ４＝３．０６７〔ｃｍ〕であって、異なる辺上に配置される点光源Ｓの間隔の最大値と最小値との間に、１〔ｃｍ〕以上の差があるから、間隔Ｋ２あるいは間隔Ｋ４の再計算を行うことで、最大値と最小値との差が小さくなるように調整してもよい。たとえば、間隔Ｋ２を調整する場合には、図９（ｃ）のように、点光源Ｓの個数を１個増やして、Ｋ２＝１７／（［１７／４］＋１）＝１７／５＝３．４〔ｃｍ〕とすればよい。このように、間隔Ｋ２を調整すれば、点光源Ｓの間隔の最大値と最小値との差は、Ｋ３−Ｋ４＝３．９−３．０６７＝０．８３３〔ｃｍ〕になり、点光源Ｓの間隔のばらつきを減少させることができる。
【００６８】
上述のように、各辺に配置される点光源Ｓの間隔のばらつきが規定値（たとえば、１〔ｃｍ〕）を超える場合に、適宜の辺上の点光源Ｓの個数を増加させる作業を繰り返せば、点光源Ｓの間隔のばらつきを低減させることが可能である。ただし、点光源Ｓを追加することによって点光源Ｓの間隔が最小値以下になると、間隔の最大値と最小値との差が拡大することになる。
【００６９】
たとえば、上述の例では、最短辺（図の右辺）に点光源Ｓを１個加えると、Ｋ３＝７．８／３＝２．６〔ｃｍ〕になる。ここで、上述のように、Ｋ２＝３．４〔ｃｍ〕に調整した後であれば（図９（ｃ）参照）、点光源Ｓの間隔の最大値はＫ１＝３．６２５〔ｃｍ〕であるから、間隔の最大値と最小値との差は、３．６２５−２．６＝１．０２５〔ｃｍ〕になり、結局、間隔の最大値と最小値との差が拡大することになる。
【００７０】
したがって、点光源Ｓを追加する際は、最短辺における点光源Ｓの個数を増加させず、点光源Ｓの間隔が最大である辺に点光源Ｓを追加するとともに、点光源Ｓの間隔が最小値以下になるか否かを判断し、最小値以下になる場合には点光源Ｓの追加を終了する必要がある。
【００７１】
ところで、点光源Ｓを規定するパラメータは、表１のように、点光源Ｓを区別するための識別子と、点光源Ｓの３次元の座標位置と、後述する点光源Ｓの光軸の向き（最大光度の向き）と、後述する水平有効範囲および鉛直有効範囲と、後述する範囲内光度との組で表される。これらのパラメータは記憶部８に格納される。最適化部３では座標位置が決定されるから、最適化部３での処理後には、表１のパラメータのうち識別子と座標位置のみが記憶部８に格納される。
【００７２】
【表１】
2011044358.tif 000003
基準形状Ｔが正方形である場合に、点光源Ｓの間隔を決定するにあたって、上述の手順のほか、以下の手順を採用することも可能である。すなわち、上述の手順では、最短辺の長さ寸法Ｂｍｉｎに基づいて各辺における点光源Ｓの間隔を順に決定しているが、すべての辺について点光源Ｓの間隔を同時に決定する手順を採用することも可能である。
【００７３】
（１）は上述の手順と同様である。
【００７４】
（２）点光源Ｓについて仮の間隔Ｊｎを設定し、辺の長さ寸法Ｂｎに対して、Ｂｎ／Ｊｎの商である分割数Ｍｎ′と剰余Ｒｎとを求める（Ｊｎ×Ｍｎ′＋Ｒｎ＝Ｂｎ）。ここで、規定値ｃに対して、Ｒｎ／Ｍｎ′＜ｃになれば、Ｊｎ＋Ｒｎを点光源Ｓの間隔の候補とする。規定値ｃは、たとえば５ｍｍに設定する。また、仮の間隔Ｊｎは、最大間隔ｄから始めて所定寸法ｅ刻みで減少させる。たとえば、最大間隔ｄを５〔ｃｍ〕とし、所定寸法ｅを５〔ｍｍ〕とすれば、間隔Ｊｎを、５．０〔ｃｍ〕，４．５〔ｃｍ〕，４．０〔ｃｍ〕，…と変化させることになる。ここに仮の間隔Ｊｎは、すべての辺について同じ値を適用して、各辺ごとに「Ｒｎ／Ｍｎ′＜ｃ」か否かの条件判断を行う。
【００７５】
（３）仮の間隔Ｊｎがある値になった時点で、光源のすべての辺について点光源Ｓの間隔の候補が求められると、間隔の候補の検出を終了する。上述したように、仮の間隔Ｊｎを次第に減少させて間隔の候補を求めているから、仮の間隔Ｊｎは、この時点で最小値Ｊｍｉｎになっている。ここで、点光源Ｓの間隔の候補の個数は、各辺で一致するとは限らないが、各辺ごとに最低１個の候補が求められる。
【００７６】
（４）各辺について求めた点光源Ｓの間隔の候補（Ｊｎ＋Ｒｎ）のうちの最小値を求めて間隔の基準値に用い、基準値を求めた辺を除く他辺については、当該辺について求めた候補のうち、基準値との差が最小になる候補を選択する。
【００７７】
（５）このようにして選択した各辺における点光源Ｓの間隔の候補の差（最大値と最小値との差）が規定値ｃ未満であれば、各辺における点光源Ｓの間隔の候補（Ｊｎ＋Ｒｎ）を当該辺における点光源Ｓの間隔として採用する。
【００７８】
手順（５）において、各辺における点光源Ｓの間隔の候補の差が規定値ｃ以上である場合には、仮の間隔Ｊｎの最小値Ｊｍｉｎから規定値ｃを減算した値を仮の間隔Ｊｎに用いて（つまり、Ｊｎ＝Ｊｍｉｎ−ｃを用いて）、間隔の候補（Ｊｎ＋Ｒｎ）を求める。ただし、仮の間隔Ｊｎには最小値ｄが規定されており、最小値ｄを用いても各辺における点光源Ｓの候補の間隔の差が規定値ｃ未満にならない場合には、各辺について求めた点光源Ｓの間隔の候補の差が、規定値ｃ以上であっても、間隔の候補の差が最小になる間隔の候補を、各辺における点光源Ｓの間隔として採用する。
【００７９】
ｂ．基準形状Ｔが円形の場合
上述したように、基準形状Ｔが円形である場合、ｘｚ平面に平行な面内ではバウンディングボックスＢＢを用いる変形のみが可能であるから、変形後の光源の外周領域Ｄ１は閉じた曲線になる。この曲線に対して、図１０のように外接円Ｃｃを設定し、外接円Ｃｃの中心を通る直線を一定角度間隔ωで設定し、各直線と外周領域Ｄ１との交点を点光源Ｓの配置位置とする。外接円Ｃｃの半径をｒとし、点光源Ｓの所望の間隔をｅとするときに、角度間隔ωは、ｒω≦ｅとなるように設定される。間隔ｅは、たとえば５〔ｃｍ〕に設定される。
【００８０】
図１０では外周領域Ｄ１が円形ではないが、外周領域Ｄ１が円形である場合も同様であって、外周領域Ｄ１が外接円Ｃｃに一致することになる。なお、光源の外周領域Ｄ１が楕円形である場合には、楕円の式を用いれば弧の長さを正確に求めることが可能であるが、計算負荷を低減して高速な演算を可能にするために、点光源Ｓの間隔のばらつきを許容している。ただし、点光源Ｓの間隔ｅを適宜に設定しておけば、複数個の点光源Ｓを連続した１個の光源の代用とすることができるから点光源Ｓの間隔に多少のばらつきがあっても実用上差し支えない。
【００８１】
また、仮想空間内において、曲線は短い直線群で近似されており、外接円Ｃｃを分割した各扇形は三角形で近似される。
【００８２】
なお、光源の発光領域Ｄ０の形状は適時に変更することが可能であって、発光領域Ｄ０の形状を変更した場合や、発光領域Ｄ０の面積を変更した場合には、最適化部３により点光源Ｓの配置を再設定することが必要である。
【００８３】
２．配光特性の設定
最適化部３において、光源の発光領域Ｄ０を外周領域Ｄ１と内側領域Ｄ２とに分割し、外周領域Ｄ１における点光源Ｓの配置位置を決定した後、姿勢設定部４、点光源割付部５、方向設定部６により、発光領域Ｄ０の配光を決定する。発光領域Ｄ０の配光を決定するには、まず、姿勢設定部４において外周領域Ｄ１に配置した１個の点光源Ｓについて配光特性（光線束の向きと広がり）を決定し、その後、点光源割付部５においてすべての点光源Ｓの配光特性を決定し、さらに、方向設定部６において内側領域Ｄ２の平行光線束の向きを決定する。
【００８４】
まず、姿勢設定部４の動作について具体的に説明する。
【００８５】
（１）最適化部３で位置を決定した点光源Ｓから図１１（ａ）のように適宜の１個の点光源Ｓを選択する。点光源Ｓの選択は、利用者が入力部１の操作によって行うことができるが、表１のように記憶部８に格納されている先頭位置の点光源Ｓを採用するか、仮想空間に設定した適宜の視点位置から最短距離である点光源Ｓを採用することにより、点光源Ｓを自動的に選択するようにしてもよい。
【００８６】
（２）１個の点光源Ｓが選択されると、入力部１を用いて利用者が当該点光源Ｓの配光特性を指定する。ここに、点光源Ｓは、光線束を全周に亘って等方的に放射するものではなく、光線束の放射に指向性を有するものとする。したがって、光軸（最大光度の向きを示す仮想軸）と、光軸に対する光度の分布とにより点光源Ｓの配光特性が表される。
【００８７】
選択された点光源Ｓの配光特性を決めるために、姿勢設定部４では、仮想空間内での点光源Ｓの３次元の位置、および仮想空間内での点光源Ｓの光軸の向きを決定する。図１２のように、点光源Ｓの位置は、仮想空間に規定した座標系での３次元の座標位置（ｘ，ｙ，ｚ）で表され、光軸Ａｘの向きは、光源Ｓの位置を原点として仮想空間に規定した座標系の各座標軸に平行な３本の直線のそれぞれに対して光軸Ａｘがなす角度（α，β，γ）で表される。なお、点光源Ｓの位置は最適化部３において決定されているから、姿勢設定部４では、点光源Ｓの光軸の向きを決定する。
【００８８】
光軸の向きを決定する際には、モニタ装置１１の画面には、図１１（ａ）のように点光源Ｓの配光曲線が示される。この状態で、入力部１から数値入力を行うか、入力部１を用いて光軸Ａｘのドラッグを行うことにより、光軸Ａｘの向きを調節する。決定された光軸Ａｘの向きは、表１のように点光源Ｓの識別子に対応付けて記憶部８に格納される。
【００８９】
点光源Ｓの配光特性は、光軸Ａｘをｙ軸方向の負の向きに規定した状態でのデフォルト値が表２のような形式で記憶部８に登録されており、これらの配光特性の中から必要なものを選択する。なお、配光特性は、必要に応じて記憶部８に追加登録ができる。また、入力部１から数値入力を行うか、入力部１を用いて配光曲線のドラッグを行うことにより、配光特性を変更することができる。ドラッグにより配光曲線を変形するには、光源について基準形状Ｔを変形させた場合と同様にバウンディングボックスを用いるのが望ましい。
【００９０】
【表２】
2011044358.tif 000004
表２では、点光源Ｓの配光特性を、鉛直角度と水平角度との光度との組み合わせにより表している。すなわち、図１２のように、点光源Ｓの位置を原点として仮想空間における光線Ｌの方向を、当該方向がｙ軸となす角度φ（鉛直角度）と、当該方向をｘｚ平面に投影した写像（直線）がｘ軸となす角度θ（水平角度）との組で表し、角度φと角度θとの組で表される光線Ｌの方向ごとに光度ｑを対応付けることにより点光源Ｓの配光特性を表している。
【００９１】
したがって、点光源Ｓを原点とする極座標を用いて点光源Ｓの配光特性を表していることになる。鉛直角度φは、［０°，１８０°］の変域を有し、水平角度θは、ｙ軸周りにおいてｘ軸からｚ軸に向かう向きを正として［０°，３６０°］の変域を有している。φはｙ軸の負方向を０°、ｙ軸の正方向を１８０°とする。また、表２において、鉛直角度φおよび水平角度θは、それぞれ一定角度（たとえば、５°）刻みで設定してある。
【００９２】
表２に示す点光源Ｓの配光特性はデフォルト値であり、上述のように、点光源Ｓについて配光曲線を変形させると配光特性も変化する。変更後の配光特性は記憶部８に格納される。
【００９３】
（３）選択した点光源Ｓの配光特性が決定されると、姿勢設定部４は、図１１（ｂ）のように、他の点光源Ｓに同じ配光特性を適用する。すなわち、外周領域Ｄ１に配置された各点光源Ｓに同じ配光特性が設定される。また、この状態において、点光源Ｓの配光曲線の重ね合わせにより内側領域Ｄ２が囲まれることになる。また、この段階において、記憶部８には、表１のように、各光源Ｓの光軸Ａｘの角度（α，β，γ）が登録される。
【００９４】
（４）外周領域Ｄ１における点光源Ｓの配光特性が設定された後、内側領域Ｄ２に関する平行光線束の向きが設定される。平行光線束の向きを決めるには、まず（２）で求めた点光源Ｓの配光特性（表２のデフォルト値に基づいて設定され記憶部８に格納された配光特性）について、鉛直角度φと光度ｑとから求められるｑ・ｃｏｓφの値が最大になる鉛直角度φ（ただし、０°≦φ≦９０°）を、基準鉛直角度φｓとして求める。また、基準鉛直角度φｓに対応する水平角度θを、基準水平角度θｓとして求める。
【００９５】
上述のようにして求めた基準鉛直角度φｓおよび基準水平角度θｓは、記憶部８に格納され、内側領域Ｄ２の平行光線束の向きとして用いられる。
【００９６】
（５）上述のようにして外周領域Ｄ１と内側領域Ｄ２とについて配光が決定されると、外周領域Ｄ１と内側領域Ｄ２とにそれぞれ光度を設定することにより照明計算を行うことが可能であるが、本実施形態では、計算負荷をさらに低減するために、仮想空間において点光源Ｓからの光を利用する範囲を制限している。
【００９７】
具体的には、光源の発光領域Ｄ０から外向きに放射される光線束であって、光源の発光領域Ｄ０からｙ軸方向の負の向きに放射される光線束のみを有効な光線束として扱い、発光領域Ｄ０の内向きに放射される光線束や発光領域Ｄ０からｙ軸方向の正の向きに放射される光線束は無効として無視する。
【００９８】
点光源Ｓの配光特性は、表２のように、鉛直角度φと水平角度θと光度ｑとの組で表されているから、水平方向θについて外周領域Ｄ１の各辺との関係を評価すれば発光領域Ｄ０から外向きに放射される光線束か否かを判断することができ、また、鉛直方向φを評価すれば発光領域Ｄ０からｙ軸方向の正の向きに照射される光線束か否かを判断することができる。
【００９９】
まず、発光領域Ｄ０から外向きに放射される光線束か否かを判断するために、図１３（ａ）に示すように、光源の外周領域Ｄ１の各辺に向きを持たせて各辺をベクトル＜Ｃｎ＞（図示例では、ｎ＝１，２，３，４）として扱い、外周領域Ｄ１に配置した各点光源Ｓを中心とする単位ベクトルとの外積を求める。外周領域Ｄ１の各辺に向きを持たせるベクトル＜Ｃｎ＞は、ｙ軸方向の正の向きから発光領域Ｄ０を見込んだときに時計回りとなる向きを正の向きとｓする。また、図１３（ｂ）に示すように、単位ベクトル＜Ｕａ＞は、各点光源Ｓの位置を中心として一定角度（たとえば、５°）刻み、かつ［０°，３６０°］の範囲で設定される。なお、単位ベクトル＜Ｕａ＞の角度刻みは、配光特性を規定する角度刻みと一致させておく。
【０１００】
外周領域Ｄ１の各辺に規定したベクトル＜Ｃｎ＞と、各点光源Ｓの周りに設定した単位ベクトル＜Ｕａ＞との外積（＜Ｃｎ＞×＜Ｕａ＞）は、単位ベクトル＜Ｕａ＞が発光領域Ｄ０の外側に向いていればｙ軸方向の正の向きになり、内側に向いていればｙ軸方向の負の向きになるから、各点光源Ｓの配光特性の水平角度θのうち、上記外積の向きがｙ軸方向の正の向きになる水平角度θの範囲を有効範囲として利用する。
【０１０１】
ここにおいて、外周領域Ｄ１の頂点位置の点光源Ｓについては、外積の向きが負から正に変化する角度と、正から負に変化する角度との両方を求める必要があるが、外周領域Ｄ１の辺上の点光源Ｓについては、外積の向きが負から正に変化する角度と正から負に変化する角度との一方がわかれば、当該角度と１８０°異なる角度との間で外積の向きが正になる側が水平角度θの有効範囲になる。図１３（ｃ）に各光源Ｓに関する水平角度θの有効範囲を斜線で示す。水平角度θの有効範囲［θｉ１，θｉ２］は、表１のように点光源Ｓに対応付けて記憶部８に登録される。
【０１０２】
なお、水平角度θとして、表２に示すような点光源Ｓの配光特性を表すデータを用いる場合、発光領域Ｄ０がｘｚ座標軸に対して傾斜していれば、各点光源Ｓの位置における発光領域Ｄ０の傾斜角度に応じて水平角度θを補正することが必要である。
【０１０３】
（６）（５）では、水平角度θについて有効範囲を制限しているが、鉛直角度φについては、以下のようにして有効範囲を制限する。すなわち、基準水平角度θｓ（０°≦θｓ＜３６０°）と基準鉛直角度φｓ（０°≦φｓ≦１８０°）と（５）で求めた水平角度θの有効範囲との関係から、鉛直角度φの有効範囲が以下の（イ）（ロ）の条件で決定される。有効範囲は、表１の鉛直角度の有効範囲として記憶部８に登録される。
【０１０４】
（イ）水平角度θの有効範囲に基準水平角度θｓが含まれている場合（すなわち、点光源Ｓの光軸Ａｘの向きが外向きである場合）は、鉛直角度φの有効範囲として、φｓ≦φ≦９０°の領域を用いる。
【０１０５】
（ロ）水平角度θの有効範囲に基準水平角度θｓが含まれてない場合（すなわち、点光源Ｓの光軸Ａｘの向きが内向きである場合）は、水平角度θが有効範囲である領域（発光領域Ｄ０の外側の領域）については鉛直角度φの有効範囲を０°≦φ≦９０°とし、水平角度θが有効範囲ではない領域（発光領域Ｄ０の内側の領域）については鉛直角度φの有効範囲を０°≦φ≦φｓとする。
【０１０６】
なお、面光源は表裏の一面からのみ光線束を放射する場合を想定しているから、鉛直角度φの上限を９０°としている。光源の形状によっては、鉛直角度φが９０°より大きい角度であっても光線束を放射する場合があるが、本実施形態では、鉛直角度φが９０°を超える領域の光線束は利用しない。
【０１０７】
図１４（ａ）の斜線部のように水平角度θの有効領域が決定されていると、（イ）の条件により、鉛直角度φの有効領域は図１４（ｂ）の斜線部のようになる。また、図１５（ａ）の斜線部のように水平角度θの有効領域が決定されていると、（ロ）の条件により、鉛直角度φの有効領域は図１５（ｂ）の斜線部のようになる。両者をまとめると、鉛直角度φについては、（イ）の条件で図１６の左側の斜線部が有効範囲になり、（ロ）の条件で図１６の右側の斜線部が有効範囲になる。鉛直角度φの有効範囲［φｉ１，φｉ２］は、表１のように点光源Ｓに対応付けて記憶部８に登録される。すなわち、図１６の斜線部の光線束のみが照明計算に利用される。
【０１０８】
（７）各点光源Ｓに関して水平角度θと鉛直角度φとの有効範囲が決定されると、光束を決定する前に外周領域Ｄ１に配置する各点光源Ｓの光束の比率を求める。そのため、各点光源Ｓに関して、表２のような配光特性を用いることにより、それぞれ有効範囲における光度を合計した有効光束Ｅｉを求める。また、点光源Ｓに有効範囲を設定しない場合の光度を合計した全光束Ｅｔを求める。全光束Ｅｔは、各点光源Ｓについて同じ値を用いる。有効光束Ｅｉおよび全光束Ｅｔは、光度を所定の範囲について合算した値であるから光束に相当する。
【０１０９】
有効光束Ｅｉの全光束Ｅｔに対する比は、各点光源Ｓの光束の目安になるから、表１の光束比として記憶部８に格納する。
【０１１０】
以上のようにして、光源の形状が決定されると、外周領域Ｄ１における点光源Ｓの配置位置、各点光源Ｓの配光特性、内側領域Ｄ２の平行光線束の向き、各点光源Ｓから放射する光線束のうち利用する光線束の範囲および光束比が求められる。したがって、各点光源Ｓから放射する光線束と内側領域Ｄ２の平行光線束とについて、光束の絶対値を決定すれば、光源の発光領域の特性が決定され照明計算が可能になる。
【０１１１】
なお、点光源Ｓから放射される光線束の有効範囲を規定しない場合、上述した（４）〜（７）の手順は省略することができる。
【０１１２】
３．光源の光の強度設定
上述のようにして、方向設定部６において、外周領域Ｄ１に配置した各点光源Ｓの配光特性および内側領域Ｄ２の平行光線束の向きが決定されると、光束割付部７において、仮想空間での照明計算を行うために、点光源Ｓの光の強度を設定する。光束割付部７では、以下の手順に従って所要の光束Ｅを、外周領域Ｄ１の各点光源Ｓと内側領域Ｄ２とに振り分けて設定する。光束Ｅは、利用者が入力部１を操作することにより光束割付部７に与えることができるが、表２に示した１個の点光源Ｓに関する配光特性のデータに基づいて、光源の発光領域Ｄ０全体の光束を算出し、算出した値をデフォルトとして用いてもよい。
【０１１３】
（１）光源の発光領域Ｄ０から放射される全光束Ｅを、外周領域Ｄ１の各点光源Ｓと内側領域Ｄ２とに振り分ける。ここでは、外周領域Ｄ１の全光束と内側領域Ｄ２の全光束とが１対１に分配されるように次式を用いる。
Ｅ＝ｘ（外周領域の全光束）＋ｘ（内側領域の全光束）
外周領域の全光束＝ΣＥｉ
内側領域の全光束＝Ａ×ｑ０／４π
ただし、ｘは強度倍率、Ｅｉは点光源Ｓごとの有効光束、ｑ０は点光源Ｓの最大光束（基準水平角度θｓと基準鉛直角度φｓとに対応する光束ｃ）、Ａは発光領域Ｄ０の面積である。
【０１１４】
上述の設定により、点光源Ｓの最大光度ｑ０の向きは内側領域Ｄ２の平行光線束の向きと一致しているから、外周領域Ｄ１に設けた点光源Ｓから放射する光束と内側領域Ｄ２の平行光線束の光束とを１対１に設定することにより、外周領域Ｄ１と内側領域Ｄ２との間に光束の相違による境界が生じるのを防止できる。
【０１１５】
（２）点光源Ｓごとの有効光束Ｅｉは、個々の点光源Ｓで異なっており、外周領域Ｄ１の全光束はｘΣＥｉになる。言い換えると、各点光源Ｓの有効範囲内の有効光束Ｅｉに強度倍率ｘを乗じた値が各点光源Ｓの光束の設定値になる。なお、強度倍率ｘは、表２に示した点光源Ｓの配光特性から求められる有効範囲内の有効光束Ｅｉに対して設定される。このようにして求めた光量ｘＥｉの点光源Ｓが外周領域Ｄ１に配置され、各点光源Ｓごとに有効範囲から光が放射されているとみなすことにより、外周領域Ｄ１の全体ではｘΣＥｉの光束になる。なお、各点光源Ｓに有効範囲が規定されていなければ、外周領域Ｄ１の点光源Ｓから放射される光束は互いに等しくなる。
【０１１６】
（３）内側領域Ｄ２の平行光線束における単位面積当たりの光束は、外周領域Ｄ１に配置した各点光源Ｓの最大光度ｑ０の向きの単位面積当たりの光束と等しくなるように設定されており、点光源Ｓにおける最大光度ｑ０から単位面積当たりの光度を求めるとｑ０／４πになる。したがって、内側領域Ｄ２の面積Ａを、ｑ０／４πに乗じると、内側領域Ｄ２の全光束が、Ａ×ｑ０／４πとして算出される。したがって、ｘ・Ａ・ｑ０／４πが、光束を分配した後の内側領域Ｄ２の光束になる。
【０１１７】
外周領域Ｄ１と内側領域Ｄ２との光束を上述の関係で設定することにより、図１７のように、内側領域Ｄ２から放射される平行光線束の単位面積当たりの光束と、点光源Ｓの単位面積当たりの光束とが等しくなり（図１７では光束を矢印の長さで示している）、外周領域Ｄ１の点光源Ｓと内側領域Ｄ２との明るさの境界が生じないように仮想空間に光源を形成することが可能になる。
【０１１８】
上述のようにして発光領域Ｄ０の配光特性および光束を外周領域Ｄ１と内側領域Ｄ２とについてそれぞれ設定した後、仮想空間内において発光領域Ｄ０の位置、向きを調整し、必要に応じて光源から出射する光束を再調整する。光束を再調整したときには、調整前の全光束Ｅｖと調整後の全光束Ｅｐとの関係を用いて、外周領域Ｄ１の点光源Ｓと内側領域Ｄ２とに乗じる強度倍率を、ｘ（Ｅｐ／Ｅｖ）とするだけでよく、光束割付部７での再計算は不要である。
【０１１９】
また、光源の位置や向きが調整されたときには、外周領域Ｄ１に配置した点光源Ｓと内側領域Ｄ２の平行光線束とにもそれぞれ反映させることにより、発光領域Ｄ０の設定値の変更に見合う変更を行う。利用者は入力部１を用いて光源の位置や向きを調整する際に、発光領域Ｄ０に対する調整のみが可能であり、各点光源Ｓや平行光線束に対する調整は、利用者の指示によらずに自動的に行われる。
【０１２０】
光源の配光特性を変更する場合は、外周領域Ｄ１に配置した点光源Ｓの配光特性をあらためて設定し、点光源Ｓの基準鉛直方向φｓを設定した後、平行光線束の向きの調整、光束の分配などの手順を繰り返して行う。ただし、点光源Ｓの位置および光軸の向きはすでに定められ、有効範囲も配光特性の変更前と同じでよい場合には、配光特性に応じて変更が必要になる光度や光束などの値のみの再計算を行えばよく、光源の配光特性の変更に伴う計算負荷は少なくなる。
【０１２１】
光源の配光特性の変更を行うには、モニタ装置１１の画面にプロパティダイアログを提示するなどして、光源の配光特性が変更されたときのにみ、プロパティダイアログをポップアップさせて、必要なデータの入力を可能にするようにしておく。また、光源の形状を変更する場合は、光源の形状の作成からの手順を繰り返す。また、同じ光源を仮想空間に複数個配置する場合や、光源の配光特性のみを変更する場合には、光源に関して設定したデータに適宜の名称を付与して一括して記憶部８に保存しておけばよい。
【０１２２】
４．他の動作例
ａ．線光源の場合
上述した構成例では、光源が面光源である場合を例示したが、光源の縦横比が所定値（たとえば、３０：１）以上であって、かつ短辺が所定寸法（たとえば、２〔ｃｍ〕）以下である場合には、実質的に線光源とみなし、外周領域Ｄ１と内側領域Ｄ２とに分離せず、図１８のように、光源の発光領域Ｄ０における長手方向に沿った中心線Ｌｃ上に点光源Ｓを配列すればよい。点光源Ｓを配置する間隔は、点光源Ｓが等間隔で配置され、かつ当該間隔と所定寸法（たとえば、５〔ｃｍ〕）との差分が規定値（たとえば、５〔ｍｍ〕）以下になるように設定する。
【０１２３】
この処理は、最適化部３において、光源の最短辺に点光源Ｓを配置する際の間隔を設定する処理と同様である。すなわち、光源が面光源である場合の処理を光源が線光源である場合にも適用することができる。また、光源が線光源である場合には、各点光源Ｓには水平角度θに対する有効範囲を設定しない。したがって、有効範囲を制限することによる計算負荷の低減はないが、点光源Ｓで配光特性を表現することによる計算負荷の低減が可能になる。
【０１２４】
光源が線光源である場合に、短辺が所定寸法以下であれば、長手方向に沿った中心線Ｌｃと長辺との長さ寸法を等寸法として扱ってもよいから、長手方向に沿った中心線Ｌｃ上に点光源Ｓを配置するほか、一方の長辺に点光源Ｓを配列してもよい。すなわち、最適化部３は、外周領域Ｄ１の点光源Ｓを等間隔に配置することを目的としているのではなく、計算負荷を増大させることなく１個の光源とみなすことができるように配置することを目的としているので、点光源Ｓが発光領域Ｄ０に対して対称的な配置であることは必須ではなく、計算負荷を低減しながらも誤差が少ない照明計算が可能となる配置を容認しているのである。
【０１２５】
ｂ．光源の発光領域が表裏両面である場合
上述した構成例では、光源の一面にのみ発光領域Ｄ０を設ける例を説明したが、ｙ軸方向の正の向きに光線束を放射する（鉛直角度が９０°〜１８０°の範囲に光線束を放射する）場合も上述の技術を採用することが可能である。
【０１２６】
すなわち、図１９に示すように、発光領域Ｄ０について、鉛直角度φが０°≦φ≦９０°である下側範囲Ｄｗと、鉛直角度φが９０°＜φ≦１８０°である上側範囲Ｕｐとに分けて配光特性の設定を行う。設定した配光特性は、下側範囲Ｄｗと上側範囲Ｕｐとについて、それぞれ記憶部８に保存する。基準水平角度θｓと基準鉛直角度φｓとについても、下側範囲Ｄｗと上側範囲Ｕｐとでそれぞれ求める。その後、下側範囲Ｄｗと上側範囲Ｕｐとについて、それぞれ平行光線束の向きの指定、有効範囲の設定、光束の設定を行う。
【０１２７】
なお、点光源の基準鉛直角度φｓは、下側範囲Ｄｗと上側範囲Ｕｐとで異なる場合がある。下側範囲Ｄｗではｑ・ｃｏｓφの値が最大になる鉛直角度φ（ただし、０°≦φ≦９０°）を、基準鉛直角度φｓとして求め、上側範囲Ｕｐではｑ・ｃｏｓφが最小になる鉛直角度φ（ただし、９０°＜φ≦１８０°）を、基準鉛直角度φｓとして求める。
【０１２８】
また、光束の設定に関しては、上側範囲Ｕｐと下側範囲Ｄｗとを合わせて発光領域Ｄ０の全光束になるから、光源の光の強度設定を行う際に、発光領域Ｄ０の全光束Ｅは、次式で表される。
Ｅ＝ｘ１Σ（下側範囲の外周領域の全光束）＋ｘ１（下側範囲の内側領域の全光束）＋ｘ２Σ（上側範囲の外周領域の全光束）＋ｘ２（上側範囲の内側領域の全光束）
下側範囲の外周領域の全光束＝ΣＥ１ｉ
下側範囲の内側領域の全光束＝Ａ×ｑ１０／４π
上側範囲の外周領域の全光束＝ΣＥ２ｉ
上側範囲の内側領域の全光束＝Ａ×ｑ２０／４π
ただし、ｘ１は下側範囲Ｄｗに適用する強度倍率、ｘ２は上側範囲Ｕｐに適用する強度倍率、Ｅ１ｉは下側領域の点光源Ｓごとの有効光束、Ｅ２ｉは上側領域の点光源Ｓごとの有効光束、ｑ１０は下側範囲Ｄｗの点光源Ｓの最大光束、ｑ２０は上側範囲Ｕｐの点光源Ｓの最大光束Ａは発光領域Ｄ０の面積である。なお、Ｅ１ｉ，Ｅ２ｉは、点光源Ｓごとの有効光束である。
【符号の説明】
【０１２９】
１  入力部
２  形状変更部
３  最適化部
４  配置・姿勢設定部
５  点光源割付部
６  方向設定部
７  光束割付部
８  記憶部
９  計算部
１０  モデリング部
ＢＢ  バウンディングボックス
Ｄ０  発光領域
Ｄ１  外周領域
Ｄ２  内側領域
Ｇ  格子点
Ｓ  点光源
Ｔ  基準形状
【図１】
2011044358.tif 000005
【図２】
2011044358.tif 000006
【図３】
2011044358.tif 000007
【図４】
2011044358.tif 000008
【図５】
2011044358.tif 000009
【図６】
2011044358.tif 000010
【図７】
2011044358.tif 000011
【図８】
2011044358.tif 000012
【図９】
2011044358.tif 000013
【図１０】
2011044358.tif 000014
【図１１】
2011044358.tif 000015
【図１２】
2011044358.tif 000016
【図１３】
2011044358.tif 000017
【図１４】
2011044358.tif 000018
【図１５】
2011044358.tif 000019
【図１６】
2011044358.tif 000020
【図１７】
2011044358.tif 000021
【図１８】
2011044358.tif 000022
【図１９】
2011044358.tif 000023
【図２０】
2011044358.tif 000024