(57)【要約】【課題】  一般的なプリンターから出力できる印刷方法にて印刷した画像を三次元の実態像として表示可能にする。【解決手段】三次元面データを渦巻座標に変換して透明印刷媒体に通常の二次元印刷を行い、二次元印刷面を渦巻曲面として巻き込み二次元データを三次元位置に復元して、印刷部位を三次元空間に固定させ、透明印刷媒体を透過する光により三次元実像を表す。  これにより特別な３Ｄプリンターを用いなくとも三次元データより視覚的な立体実像を容易に作成することが可能となった。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
立体実像を表現する手段として、透明印刷媒体に三次元データを渦巻形状に座標変換し二次元化して印刷した後、印刷された印刷媒体を渦巻化して二次元データを三次元データに復元して立体実像表現する二次元印刷による三次元実像。
【請求項２】
二次元印刷時に渦巻角度情報を同時印刷し、角度情報を一致させることにより円周上の位置誤差を防止した請求項１の二次元印刷による三次元実像。
【請求項３】
印刷媒体に間隙を設けて巻き込み、三次元位置復元後に間隙に流体を充填した請求項１の二次元印刷による三次元実像。
【請求項４】
印刷媒体端面より光を照射し、内部を透過した光を印刷部にて散乱させて印刷部の反射光によって三次元実像を発光させる構造とした請求項１の二次元印刷による三次元実像。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、立体を二次元の印刷により三次元実像形状として視覚表現する三次元印刷に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来，三次元実像形状として視覚表現するには、ラピッドプロトタイピングまたは３Ｄプリンターと呼ばれる三次元造形にて物体を加工するか、透明媒体に複数の印刷物を積層して実像形状表現をしていた。
【０００３】
ラピッドプロトタイピングでは実像が作成できるが、フルカラー印刷するには手法が限られ、作成コスト及び手間もかかっていた。
【０００４】
三次元データより２次元のスライスデータを複数の透明媒体に印刷して、複数の印刷物を位置決め積層して立体像を作成することができるが、複数の印刷物を位置決め接着することは専用装置を要するか、非常に手間のかかる手段であった。  
（たとえば特許文献１）    
【０００５】
また、複数の印刷物に間隙を持たせて積層して、簡易的に立体表現するものも有るが実態像とするには擬似的なものにしかなっていなかった。
（たとえば特許文献２）    
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−１８８５４８号公報      透明立体プリンタ装置
【０００７】
【特許文献２】特開２０１２−１５３０５０号公報      立体絵図およびその製造法
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
解決しようとする問題点は、二次元データを三次元空間に容易に配置する方法である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、色彩を含めて三次元データを渦巻座標に変換して、二次元の印刷の後に巻き上げることにより二次元データを元の三次元の配置とするものである。
【００１０】
三次元座標を二次元化するには、特願２０１３−１８８７３５に記載の渦巻座標（θｒ）、（Ｚ）で表される数値座標変換法を基本とする。
【００１１】
渦巻座標は、一般的に用いられる直交座標におけるＸＹＺの三次元値を、円筒座標における角度θにＸはＹの関数として（θｒ）、（Ｚ）の２次元で表す座標であり、二次元化して印刷後に渦巻状に変形させることにより元の三次元座標を復元させる座標変換法である。
【００１２】
三次元座標を渦巻座標の角度（θｒ）を円周長さとしてＸ座標、（Ｚ）をＹ座標として長尺透明印刷媒体に色情報を含めて点状あるいは線状として印刷した後に、渦巻座標の角度データに合わせて巻き込みをすることにより、二次元印刷された座標情報は変換前の三次元座標として復元されて立体印刷となる。
【００１３】
渦巻座標で表した二次元情報は、二次元データを平面に印刷後に渦巻座標となるように平面を曲面に巻き、二次元印刷されたＸ方向の長さは渦巻座標の角度と一致して渦巻状の二次元座標が三次元座標となり変換前の三次元座標が正確に復元される。
【００１４】
渦巻座標の（θｒ）は印刷媒体の厚みを定数として含んでいるので、渦巻座標の角度（θｒ）を円周長さとしてＸ座標とするときに印刷媒体の厚み及び印刷位置誤差が生じると三次元に復元された時に歪を生じるため、Ｘ座標と供に渦巻座標の角度（θｒ）が一巻き毎に同じ角度となるようにインデックスを同時印刷して、インデックスが同じ角度となるように巻き込みの調整をすると三次元位置の誤差を吸収することが可能となる。
【００１５】
巻き込み時に角度インデックスを合わせることにより、厚み定数が実厚みと相関がなくなり、媒体の厚み精度及び空隙を含めた巻き込みをしても正確に三次元座標が復元可能となり、三次元データの粗密にあわせて間隙を変化させることも可能となる。
【００１６】
渦巻座標の厚み定数を可変とすることは、巻ピッチを可変とすることであり、元の三次元データにより緻密な表現が必要な場所は巻ピッチを密にし、表現が荒くて良い場所は巻ピッチを荒くして印刷媒体の使用量を最適化することが可能となる。
【００１７】
角度インデックスを合わせることにより、複数の渦巻を一体化することも可能であり、長尺となる印刷媒体を短くして印刷することが可能となり、データの粗密に合わせて重ね合わせも可能となる。
【００１８】
また、角度インデックスのみ合わせれば良いので、巻ピッチが不等であっても可能であるから、渦巻の基礎形状を楕円、多角形等の自由な形状とすることも可能となり、厚みのある印刷媒体を用いて曲げ難い場合は多角形とすることで製作が容易となる。
【００１９】
角度インデックスを３６０度毎に三分割以上に設けると、渦巻曲面は半円以下の円弧としてインデックスに固定され巻きピッチもこれにより固定され、インデックスを空間固定すれば印刷媒体の剛性により形成される渦巻曲面も空間に固定され、スペーサー等がなくても規定の空間を保って固定化される。
【００２０】
インデックスの固定法は、円周４分割にて９０度毎のインデックスを設けインデックスに穴を開け、巻き込み時または巻き込み後にインデックス穴に軸を通せば固定され、渦巻は解けなくなり、十字に通された軸により円弧の二点が円弧長により位置決めされ間隙も調整される。
【００２１】
また、インデックスは位置さえ固定できればよいので、櫛歯のような切り込みによってもよく、巻き込み後に固定用櫛歯をこれに噛み合わせて行うことでも容易に行うことが出来、インデックスを通る紐状の柔軟な素材に張力を与えて形状を保持することも可能である。
【００２２】
また、インデックスは渦巻のピッチを固定すれば良いので、印刷媒体に留め具のような噛みあい結合構造を付加しても行うことが可能である。
【００２３】
印刷媒体に柔軟な材料を用いる場合は、媒体の剛性のみでは形状を固定不能となるので、渦巻の上下と終端を機密として空気などの圧力にて風船状とすることで内圧により形状保持可能となり、巨大な造形などではインフレータブル構造として取り扱いも容易となる。
【００２４】
また印刷媒体が層による光の反射屈折にて視覚情報が失われる場合は、媒体と同じ程度の屈折率の流体で間隙を満たせば視覚情報がより正確になり、簡易的には水に浸積するだけで印刷層の乱反射等の外乱要因が除外できる。
【００２５】
また、屈折率が同じような流体で間隙を満たす場合は、印刷媒体は面である必要もなく、網状またはすだれ状の媒体に印刷しても、透過光の散乱が小さくなるので視覚情報が失われなくなる。
【００２６】
また、印刷媒体の端面からの光源にて透明印刷媒体の内部全反射を利用して、印刷部の光散乱による局部発色により三次元の発光点として構成させることも可能であり、点滅による立体ネオンサインも可能である。
【００２７】
印刷部を蛍光インクで印刷すれば、紫外線を照射するだけでも印刷部を光らせる事もでき、全反射が得られない印刷媒体でも効果的な発光立体像とすることも可能である。
【発明の効果】
【００２８】
以下に項目別に効果を説明する。
【００２９】
二次元印刷による効果は、一般的に普及しているインクジェット、レーザーなどのプリンターで特別な装置無しにて印刷が可能であり、データ加工のみできれば家庭でも容易に作成できる。
【００３０】
角度情報のインデックスによる効果は、特別な装置がなくとも正確な三次元データの復元が可能となる。
【００３１】
印刷媒体に間隙を設けることにより、印刷媒体の使用量を削減することが可能となり、
間隙に流体による圧力にて形状保持することで折りたたみ構造ともなる。
【００３２】
印刷媒体に光を通して印刷部位を光らせることにより、低コストにて三次元実像を光る映像として視覚効果を大きくでき、光らせる印刷部の光源をスイッチングすれば擬似的に動く実像としても表現ができる。
【００３３】
以上の様な利点があり、用途に応じ適宜最適組み合わせにて利用する。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】展開印刷図  （実施例１）
【図２】巻き込み外観図（実施例１）
【図３】複数巻断面図（実施例２）
【図４】光輝構造断面図（実施例３）
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
本発明の１実施形態を示すものであり、基本的構成である。  
【実施例１】
【００３６】
図１に展開印刷図と図２に巻き込み外観図（実施例１）を示し、これを説明する。
【００３７】
図１にて、印刷媒体１に印刷部２に立体データを渦巻座標に変換して後、２次元プリンターより二次元印字し、同時に渦巻座標の角度指標となるインデックス３を同時に印刷する。
【００３８】
印刷後にインデックス３にインデックスロッド４を通すための穴加工を施し、左端より巻き込みインデックスロッド４を通す。
【００３９】
インデックスロッド４の一本は印刷媒体１を一巻き毎に通すことができるので、巻きながら形状を整えることも可能で、巻き込み完了後に十字方向にインデックスロッド４を通すと印刷媒体１は自らの弾性にて円弧状に湾曲し、円弧端を位置決めされて所定の形状の渦巻となる。
【００４０】
図２にて、印刷媒体１を巻き上げて得られる視覚図形を表し、上面から見ると印刷媒体１が渦になったものしか見えないが、正面では星形の図形が印刷媒体１の中に浮いて見える。
【００４１】
印刷媒体１に印字されたデータは厚みを持った星形の三次元ソリッドデータを元にしたものであり、図１の状態では、その内部情報は視認出来ないが図２の状態によって元の三次元図形が三次元で復元される。
【００４２】
印刷媒体１として、OHPシートに図１の図形を印刷して、図２の形状にしたところ、OHPシートの透過度と面の乱反射により、ぼやけた実像が観察でき、さらに水に浸漬して外乱要因を少なくすると明瞭に三次元実像として観察できた。
【００４３】
上面からの狭い角度範囲においては渦しか観察し得ないが、少し角度を変えると全方向から実像として立体形状を観察できた。
【００４４】
プリンターによる印字精度に問題があっても、渦巻角度のインデックス３により補正されて立体形状を再現するのでプリンター自体に高精度を要求せず、印刷媒体１の収縮等による誤作要因もこれにより補正される。
【００４５】
また、インデックス３の間隔をうずまきピッチ可変して伸張すれば、インデックスロッド４により固定された渦巻きは可変ピッチ渦巻形状となり、印刷分解能に応じた立体像とすることが出来る。
【実施例２】
【００４６】
図３に複数巻断面図（実施例２）を示し、これを説明する。
【００４７】
これは、印刷媒体１を４枚にて一つの実像形成するようにしたもので、４枚の印刷媒体１を９０度位相をずらして配置したものである。
【００４８】
各印刷媒体１に個別のデータを印刷しても、印刷分解能を高める部所のみ多重としてもよく、印刷長さに制限のある場合は枚数を限りなく多くすることも可能である。
【００４９】
また、渦巻ピッチをそれぞれ可変として、データの粗密に合わせて配置も可能であり、必要に応じて渦巻形状を多角形等が含まれる自由な組み合わせが可能となる。
【実施例３】
【００５０】
図４に光輝構造断面図（実施例３）を示し、これを説明する。
【００５１】
印刷媒体１端部より発光器５からの光が端面から入射されるように遮光板６にて光を制限して印刷媒体１内部にて光路を形成し、印刷媒体１の間隙と屈折率の変化を大きく取り、内部光路が全反射により光の漏れがないように形成する。
【００５２】
全反射して内部通過する内部反射光７は、印刷部２に当たると印刷色の散乱光８となり、三次元空間上の光源となる。
【００５３】
これを外部より見ると、立体実像が印刷色により自らが発光しているように見える。
【００５４】
また、印刷部２を蛍光インクを用いることに事により、外部照明として紫外線を用いても容易に同様の効果を得ることも可能である。
【００５５】
また、複数の印刷媒体１に異なるデータの印刷を施し、それぞれの印刷媒体１の光源をコントロールすれば、異なる光映像として現れ簡易的な動画とすることも可能である。
【００５６】
以上のように用途により、実施例を単独及び複合して構成する。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明により構成された製品は、構造が簡単で特別な専用装置を必要とせず、フルカラーでの視覚的な立体実像を実現し、小型から大型までの各種モデリング、各種装飾に低コストで効果的な視覚効果を得ることが出来る。
【符号の説明】
【００５８】
１  印刷媒体
２  印刷部
３  インデックス
４  インデックスロッド
５  発光器
６  遮光板
７  内部反射光
８  散乱光
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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