(57)【要約】【課題】種々のパラメータを設定することなく、簡便な操作でありながら仮想３次元モデルをリアルにシェーディング処理する。【解決手段】現物の試料を撮影するシェーディング情報取得装置１と、シェーディング情報取得装置１が取得した画像を用いてシェーディング情報を算出し、算出したシェーディング情報を画像撮影時の撮影条件を含むパラメータと対応付けてシェーディング情報記憶部１０１に記憶させるシェーディング情報算出部２０１と、仮想３次元モデルの所定の位置におけるパラメータを算出するパラメータ算出部２０３と、算出したパラメータに対応するシェーディング情報をシェーディング情報記憶部１０１が読み出すシェーディング情報読出部２０４と、読み出したシェーディング情報及びテクスチャ記憶部１０３が記憶するテクスチャとを用いて、仮想３次元モデルの注目位置ＨＰの輝度値を算出するシェーディング処理部２０６とを備える。【選択図】      図６
2004152015.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
仮想３次元空間内に作成された仮想３次元モデルをレンダリングする画像処理装置であって、
現物の試料に対する少なくとも撮影方向及び光の照射方向を含む撮影条件をパラメータとし、当該パラメータを変化させて撮影された前記現物の試料の画像を基に、パラメータ毎に算出されたシェーディング情報を取得するシェーディング情報取得手段と、
取得したシェーディング情報を前記パラメータと対応づけて記憶するシェーディング情報記憶手段と、
前記仮想３次元空間内に設定された仮想カメラの位置、仮想光源の位置及び前記仮想３次元モデルの任意の部位の形状を基に、当該部位に対応する前記所定のパラメータを算出するパラメータ算出手段と、
取得されたパラメータに対応するシェーディング情報を前記シェーディング情報記憶手段から読み出して、読み出したシェーディング情報を基に、前記仮想３次元モデルの対応する部位の輝度値を算出するシェーディング処理手段とを備えることを特徴とする画像処理装置。
【請求項２】
前記シェーディング情報取得手段は、
台座と、
前記台座の上に配設され、前記現物の試料を載置する試料テーブルと、
前記現物の試料に対して第１の方向から光を照射する発光手段と、
前記現物の試料を第２の方向から撮影する撮影手段とを備え、
前記発光手段は、前記第１の方向が変動可能に構成され、前記撮影手段は、前記第２の方向が変動可能に構成されていることを特徴とする請求項１記載の画像処理装置。
【請求項３】
前記シェーディング情報取得手段は、前記第１の方向と第２の方向が重なる場合の前記発光手段及び前記撮影手段の位置を予め重なり位置として記憶する記憶手段を備え、
前記重なり位置に隣接する位置によって特定されるシェーディング情報を補間処理することにより、前記重なり位置によって特定されるシェーディング情報を算出することを特徴とする請求項２に記載の画像処理装置。
【請求項４】
前記発光手段は、
前記試料テーブルの上側に向けて円弧状に形成され、上側の端部に光源が配設された光源アームを備え、
前記第１の方向は、前記光源アームを前記試料テーブルのテーブル面に対する垂線に直交する線を回転軸として回転させた場合の回転位置と、前記垂線を回転軸として前記試料テーブルを回転させたときの回転位置又は前記光源アームを前記垂線を回転軸として回転させたときの回転位置とによって特定されることを特徴とする請求項２又は３に記載の画像処理装置。
【請求項５】
前記発光手段は、前記光源から射出された光を平行光に変換するレンズを備えることを特徴とする請求項４記載の画像処理装置。
【請求項６】
前記撮影手段は、前記試料テーブルの上側に向けて円弧状に形成され、上側の端部に撮影装置が取り付けられた撮影アームを備え、
前記第２の方向は、前記撮影アームを前記試料テーブルのテーブル面に対する垂線に直交する線を回転軸として回転させたときの回転位置と、前記垂線を回転軸として前記試料テーブルを回転させたときの回転位置又は前記垂線を回転軸として前記撮影アームを回転させたときの回転位置とによって特定されることを特徴とする請求項２〜５のいずれかに記載の画像処理装置。
【請求項７】
前記パラメータは、前記撮影方向に対する前記現物の試料の繊維方向の角度を含むことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の画像処理装置。
【請求項８】
前記仮想３次元モデルにマッピングするテクスチャを記憶するテクスチャ記憶手段をさらに備え、
前記シェーディング情報取得手段は、撮影した現物の試料の画像内に所定の領域を設定し、設定した領域内での輝度の平均値、最大値及び最小値をシェーディング情報として算出し、
前記シェーディング処理手段は、読み出したシェーディング情報と、テクスチャ記憶手段が記憶するテクスチャとを基に、前記仮想３次元モデルの任意の部位における輝度値を算出するための所定の関数を算出し、算出した関数を用いて、前記任意の部位における輝度値を算出することを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の画像処理装置。
【請求項９】
前記シェーディング処理手段は、読み出したシェーディング情報に含まれる輝度の最大値、最小値及び平均値が、それぞれ前記テクスチャの輝度の最大値、最小値及び平均値と対応するように、読み出したシェーディング情報に含まれる輝度の最大値、最小値及び平均値に対して所定の補間処理を施すことにより、前記所定の関数を算出することを特徴とする請求項８記載の画像処理装置。
【請求項１０】
コンピュータを用いて仮想３次元空間内に作成された仮想３次元モデルをレンダリングする際に使用されるシェーディング情報を記憶するシェーディング情報記憶手段のデータ構造であって、
前記シェーディング情報は、現物の試料の少なくとも撮影方向及び光の照射方向を含む撮影条件をパラメータとし、当該パラメータを変化させて撮影された前記現物の試料の画像に基づいてパラメータ毎に取得されたものであり、前記現物の試料の撮影画像と、前記パラメータとが対応づけられたデータであることを特徴とするデータ構造。
【請求項１１】
コンピュータを用いて仮想３次元空間内に作成された仮想３次元モデルをレンダリングする際に使用されるシェーディング情報を取得するシェーディング情報取得装置であって、
台座と、
前記台座の上に配設され、現物の試料を載置する試料テーブルと、
前記現物の試料に対して第１の方向から光を照射する発光手段と、
前記現物の試料を第２の方向から撮影する撮影手段とを備え、
前記発光手段は、前記第１の方向が変動可能に構成され、前記撮影手段は、前記第２の方向が変動可能に構成されていることを特徴とするシェーディング情報取得装置。
【請求項１２】
仮想３次元空間内に作成された仮想３次元モデルをレンダリングするための画像処理プログラムであって、
前記仮想３次元空間内に設定された仮想カメラの位置、仮想光源の位置及び前記仮想３次元モデルの任意の部位の形状を基に、当該部位に対応する所定のパラメータを算出するパラメータ算出手段、
現物の試料に対する少なくとも撮影方向及び光の照射方向を含む撮影条件をパラメータとし、当該パラメータを変化させて撮影された前記現物の試料の画像を基に、パラメータ毎に算出されたシェーディング情報を、前記パラメータと対応づけて記憶するシェーディング情報記憶手段、
前記算出したパラメータに対応するシェーディング情報を前記シェーディング情報記憶手段から読み出し、読み出したシェーディング情報を基に、前記仮想３次元モデルの対応する部位の輝度値を算出するシェーディング処理手段としてコンピュータを機能させることを特徴とする画像処理プログラム。
【請求項１３】
仮想３次元空間内に作成された仮想３次元モデルをレンダリングするための画像処理プログラムを記録する記録媒体であって、
前記仮想３次元空間内に設定された仮想カメラの位置、仮想光源の位置及び前記仮想３次元モデルの任意の部位の形状とを基に、当該部位に対応する所定のパラメータを算出するパラメータ算出手段、
現物の試料に対する少なくとも撮影方向及び光の照射方向を含む撮影条件をパラメータとし、当該パラメータを変化させて撮影された前記現物の試料の画像を基に、パラメータ毎に算出されたシェーディング情報を、前記パラメータと対応づけて記憶するシェーディング情報記憶手段、
前記算出したパラメータに対応するシェーディング情報を前記シェーディング情報記憶手段から読み出し、読み出したシェーディング情報を基に、前記仮想３次元モデルの対応する部位の輝度値を算出するシェーディング処理手段としてコンピュータを機能させる画像処理プログラムを記録することを特徴とするコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【請求項１４】
仮想３次元空間内に作成された仮想３次元モデルをレンダリングする画像処理方法であって、
コンピュータが、前記仮想３次元空間内に設定された仮想カメラの位置、仮想光源の位置及び前記仮想３次元モデルの任意の部位の形状を基に、当該部位に対応する所定のパラメータを算出するステップと、
コンピュータが、現物の試料に対する少なくとも撮影方向及び光の照射方向を含む撮影条件をパラメータとし、当該パラメータを変化させて撮影された前記現物の試料の画像を基に、パラメータ毎に算出されたシェーディング情報を、前記パラメータと対応付けて記憶するステップと、
コンピュータが、前記算出したパラメータに対応するシェーディング情報を前記シェーディング情報記憶手段から読出し、読み出したシェーディング情報を基に、前記仮想３次元モデルの対応する部位の輝度値を算出するステップとを備えることを特徴とする画像処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コンピュータ上に仮想的に作成された仮想３次元モデルのレンダリングの技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
コンピュータ上に設定された仮想３次元空間内で作成された仮想３次元モデルは、３次元空間内に設定された仮想カメラ及び光源の位置、光源から仮想的に照射される光の仮想３次元空間内における反射や屈折などの影響を考慮して、仮想３次元空間内の所定の位置に設定された仮想スクリーン上に描画（レンダリング）され、その仮想スクリーン上で描画された画像がディスプレイ上に表示される。仮想３次元モデルをレンダリングする場合、仮想光源から照射される光の影響や仮想３次元モデルの材質などを考慮して、シェーディング処理が行われるが、従来の画像処理装置では、このシェーディング処理は、オペレータがパラメータを設定することにより行われていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、リアルなシェーディング処理を行うためには、パラメータの設定を的確に行わなければならず、熟練した技能が要求されため、初心者には困難であるとともに、熟練者であっても膨大な時間及び労力を費やさなければならないという問題があった。
【０００４】
特に、布のような繊維状の構造体は、光の当たる角度により光の反射率や拡散などが変化する光学異方性を有しており、このような構造体からなる仮想３次元モデルをリアルにシェーディング処理するためには、仮想３次元空間内の環境光（アンビエント）、発散光（ディフューズ）及びスペキュラ（反射光）といった種々のパラメータをより的確に設定することが要求され、初心者はもとより熟練者であっても、膨大な時間及び労力を費やさなければリアルなシェーディング処理を行うことができないという問題があった。
【０００５】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、種々のパラメータを設定するという煩雑な作業を行うことなく、簡便な操作でありながら仮想３次元モデルをリアルにシェーディング処理する画像処理装置、データ構造、シェーディング情報取得装置、画像処理プログラム、そのプログラムを記録した記録媒体及び画像処理方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明に係る画像処理装置は、仮想３次元空間内に作成された仮想３次元モデルをレンダリングする画像処理装置であって、現物の試料に対する少なくとも撮影方向及び光の照射方向を含む撮影条件をパラメータとし、当該パラメータを変化させて撮影された前記現物の試料の画像を基に、パラメータ毎に算出されたシェーディング情報を取得するシェーディング情報取得手段と、取得したシェーディング情報を前記パラメータと対応づけて記憶するシェーディング情報記憶手段と、前記仮想３次元空間内に設定された仮想カメラの位置、仮想光源の位置及び前記仮想３次元モデルの任意の部位の形状を基に、当該部位に対応する前記所定のパラメータを算出するパラメータ算出手段と、取得されたパラメータに対応するシェーディング情報を前記シェーディング情報記憶手段から読み出して、読み出したシェーディング情報を基に、前記仮想３次元モデルの対応する部位の輝度値を算出するシェーディング処理手段とを備えることを特徴とする。
【０００７】
本画像処理装置によれば、撮影条件を含むパラメータを変化させて現物の試料を撮影することにより得られた画像を基にシェーディング情報が取得され、取得されたシェーディング情報は、現物の試料の少なくとも撮影条件を含むパラメータと対応付けてシェーディング情報記憶手段に記憶される。そして、仮想３次元モデルの任意の部位に対応する所定のパラメータが算出され、算出されたパラメータに対応するシェーディング情報がシェーディング情報記憶手段から読み出され、読み出されたシェーディング情報を基に、所定の部位における輝度値が算出されシェーディング処理が施される。
【０００８】
そのため、煩雑なパラメータ設定作業を行うことなく簡便な操作によりシェーディング処理を行うことができるとともに、それぞれ異なる撮影条件下において現物の試料を撮影することにより得られた画像を基に取得されたシェーディング情報を用いてシェーディング処理が行われているため、光の干渉光などの影響による素材の質感や布の光学異方性などを表現することが可能となり、仮想３次元モデルをよりリアルにシェーディング処理することができる。
【０００９】
また、前記シェーディング情報取得手段は、台座と、前記台座の上に配設され、前記現物の試料を載置する試料テーブルと、前記現物の試料に対して第１の方向から光を照射する発光手段と、前記現物の試料を第２の方向から撮影する撮影手段とを備え、前記発光手段は、前記第１の方向が変動可能に構成され、前記撮影手段は、前記第２の方向が変動可能に構成されていることが好ましい。
【００１０】
この場合、光源から現物の試料に対する光の照射方向である第１の方向、撮影装置から現物の試料に対する撮影方向である第２の方向がそれぞれ変動可能に構成されているため、撮影条件を変化させて現物の試料を撮影することが容易となり、複数のシェーディング情報を効率よく取得することができる。
【００１１】
また、前記シェーディング情報取得手段は、前記第１の方向と第２の方向が重なる場合の前記発光手段及び前記撮影手段の位置を予め重なり位置として記憶する記憶手段を備え、前記重なり位置に隣接する位置によって特定されるシェーディング情報を補間処理することにより、前記重なり位置によって特定されるシェーディング情報を算出するシェーディング情報補間手段を備えることが好ましい。
【００１２】
第１及び第２の方向が重なると、発光手段から射出された光は撮影手段によって遮られるため、現物の試料が正確に照射されない、あるいは撮影方向である第２の方向前方に発光手段が存在するために、現物の試料が正確に撮影されない。そのため、正確なシェーディング情報を取得することができない。本画像処理装置では、第１及び第２の方向が重なり位置におけるシェーディング情報が、その重なり位置に隣接する位置によって特定されるシェーディング情報を用いて補間処理することにより算出されるため、重なり位置における正確なシェーディング情報が算出される。
【００１３】
また、前記発光手段は、前記試料テーブルの上側に向けて円弧状に形成され、上側の端部に光源が配設された光源アームを備え、前記第１の方向は、前記光源アームを前記試料テーブルのテーブル面に対する垂線に直交する線を回転軸として回転させた場合の回転位置と、前記垂線を回転軸として前記試料テーブルを回転させたときの回転位置又は前記光源アームを前記垂線を回転軸として回転させたときの回転位置とによって特定されることが好ましい。
【００１４】
この場合、現物の試料に対する光の照射方向である第１の方向が２つの自由度によって特定されるため、現物の試料を様々な角度から照射することができ、より詳細なシェーディング情報を取得することができる。
【００１５】
また、前記発光手段は、前記光源の照射側に光を平行光に変換するレンズを備えることが好ましい。この場合、光源から照射された光は、レンズにより平行光に変換されて、試料へと導かれるため、現物の試料全体をほぼ均一な光量で照射することができる。
【００１６】
また、前記撮影手段は、前記試料テーブルの上側に向けて円弧状に形成され、上側の端部に撮影装置が取り付けられた撮影アームを備え、前記第２の方向は、前記撮影アームを前記試料テーブルのテーブル面に対する垂線に直交する線を回転軸として回転させたときの回転位置と、前記垂線を回転軸として前記試料テーブルを回転させたときの回転位置又は前記垂線を回転軸として前記撮影アームを回転させたときの回転位置とによって特定されることを特徴とするが好ましい。
【００１７】
この場合、現物の試料の撮影方向である第２の方向が、２つの自由度によって決定されるため、現物の試料を様々な方向から撮影することができ、より細かなシェーディング情報を取得することができる。
【００１８】
また、前記パラメータは、前記撮影方向に対する前記現物の試料の繊維方向の角度を含むことが好ましい。
【００１９】
この場合、繊維方向に対する撮影方向の角度をパラメータとし、このパラメータを変化させて撮影された現物の試料の画像を基に、シェーディング情報が算出されるため、仮想３次元モデルの光学異方性をよりリアルに表現することができる。
【００２０】
また、前記仮想３次元空間の表面にマッピングするテクスチャを記憶するテクスチャ記憶手段をさらに備え、前記シェーディング情報取得手段は、撮影した現物の試料の画像内に所定の領域を設定し、設定した領域内での輝度の平均値、最大値及び最小値をシェーディング情報として算出し、前記シェーディング処理手段は、読み出したシェーディング情報と、テクスチャ記憶手段が記憶するテクスチャとを基に、前記仮想３次元モデルの任意の部位における輝度値を算出するための所定の関数を算出し、算出した関数を用いて、前記任意の部位における輝度値を算出することが好ましい。
【００２１】
この場合、仮想３次元モデルの任意の部位にマッピングするテクスチャの輝度値が決定されると、シェーディング情報処理部が算出した所定の関数を用いて、そのテクスチャの輝度値を引数として、任意の部位における輝度値が算出されシェーディング処理が施される。このように、テクスチャとシェーディング情報とを用いてシェーディング処理を行うことで、仮想３次元モデルのミクロな質感を再現することができる。
【００２２】
また、前記シェーディング処理手段は、読み出したシェーディング情報に含まれる輝度の最大値、最小値及び平均値が、それぞれ前記テクスチャの輝度の最大値、最小値及び平均値と対応するように、読み出したシェーディング情報に含まれる輝度の最大値、最小値及び平均値に対して所定の補間処理を施すことにより、前記所定の関数を算出することが好ましい。
【００２３】
この場合、輝度の最大値、最小値及び平均値がそれぞれテクスチャの輝度の最大値、最小値及び平均値と対応づけられているため、全てのテクスチャの輝度値に対して、仮想３次元モデルの輝度値が算出され、データの欠落がなくなり、よりリアルなシェーディング処理を行うことができる。また、シェーディング処理手段は、読み出したシェーディング情報に含まれる輝度の最大値、最小値及び平均値の３つの値を補間処理することにより、所定の関数を算出しているため、所定の関数を高速に算出することができる。
【００２４】
本発明に係るデータ構造は、コンピュータを用いて仮想３次元空間内に作成された仮想３次元モデルをレンダリングする際に使用されるシェーディング情報を記憶するシェーディング情報記憶手段のデータ構造であって、前記シェーディング情報は、現物の試料の少なくとも撮影方向及び光の照射方向を含む撮影条件をパラメータとし、当該パラメータを変化させて撮影された前記現物の試料の画像に基づいてパラメータ毎に取得されたものであり、前記現物の試料の撮影画像と、前記パラメータとが対応づけられたデータであることを特徴とする。
【００２５】
本データ構造によれば、撮影条件パラメータとし、このパラメータを変化させて撮影された現物の試料の画像を基に算出されたシェーディング情報が、そのパラメータと対応付けて記憶されているため、仮想３次元モデルの任意の部位に対応するパラメータとシェーディング情報が対応づけられ、仮想３次元モデル上にシェーディング情報を容易にマッピングすることが可能となる。さらに、このシェーディング情報は、撮影された現物の試料の画像を基に算出されたものであるため、仮想３次元モデルに対してよりリアルなシェーディング処理を施すことができる。
【００２６】
本発明に係るシェーディング情報取得装置は、コンピュータを用いて仮想３次元空間内に作成された仮想３次元モデルをレンダリングする際に使用されるシェーディング情報を取得するシェーディング情報取得装置であって、台座と、前記台座の上に配設され、現物の試料を載置する試料テーブルと、前記現物の試料に対して第１の方向から光を照射する発光手段と、前記現物の試料を第２の方向から撮影する撮影手段とを備え、前記発光手段は、前記第１の方向が変動可能に構成され、前記撮影手段は、前記第２の方向が変動可能に構成されていることを特徴とする。
【００２７】
本シェーディング情報取得装置によれば、光源から現物の試料に対する光の照射方向である第１の方向、撮影装置から現物の試料に対する撮影方向である第２の方向がそれぞれ変動可能に構成されているため、撮影条件を変化させて現物の試料を撮影することが容易となり、複数のシェーディング情報を効率良く取得することができる。
【００２８】
本発明に係る画像処理プログラムは、仮想３次元空間内に作成された仮想３次元モデルをレンダリングするための画像処理プログラムであって、前記仮想３次元空間内に設定された仮想カメラの位置、仮想光源の位置及び前記仮想３次元モデルの任意の部位の形状を基に、当該部位に対応する所定のパラメータを算出するパラメータ算出手段、現物の試料に対する少なくとも撮影方向及び光の照射方向を含む撮影条件をパラメータとし、当該パラメータを変化させて撮影された前記現物の試料の画像を基に、パラメータ毎に算出されたシェーディング情報を、前記パラメータと対応づけて記憶するシェーディング情報記憶手段、前記算出したパラメータに対応するシェーディング情報を前記シェーディング情報記憶手段から読み出し、読み出したシェーディング情報を基に、前記仮想３次元モデルの対応する部位の輝度値を算出するシェーディング処理手段としてコンピュータを機能させることを特徴とする。
【００２９】
本画像処理プログラムによれば、仮想３次元モデルの所定の位置に対応する所定のパラメータが算出され、算出されたパラメータに対応するシェーディング情報が、シェーディング情報を予め所定のパラメータと対応付けて記憶するシェーディング情報記憶手段から読み出され、対応する任意の部位における輝度値が算出される。そのため、煩雑なパラメータ設定作業を行うことなくシェーディング処理を行うことができるとともに、それぞれ異なる撮影条件下で現物の試料を撮影した画像を基に算出されたシェーディング情報を用いて、仮想３次元モデルにシェーディング処理が施されるため、光の干渉光などの影響による素材の質感や布の光学異方性などを表現することが可能となり、仮想３次元モデルをよりリアルにシェーディング処理することができる。
【００３０】
本発明に係る記録媒体は、仮想３次元空間内に作成された仮想３次元モデルをレンダリングするための画像処理プログラムを記録する記録媒体であって、前記仮想３次元空間内に設定された仮想カメラの位置、仮想光源の位置及び前記仮想３次元モデルの任意の部位の形状とを基に、当該部位に対応する所定のパラメータを算出するパラメータ算出手段、現物の試料に対する少なくとも撮影方向及び光の照射方向を含む撮影条件をパラメータとし、当該パラメータを変化させて撮影された前記現物の試料の画像を基に、パラメータ毎に算出されたシェーディング情報を、前記パラメータと対応づけて記憶するシェーディング情報記憶手段、前記算出したパラメータに対応するシェーディング情報を前記シェーディング情報記憶手段から読み出し、読み出したシェーディング情報を基に、前記仮想３次元モデルの対応する部位の輝度値を算出するシェーディング処理手段としてコンピュータを機能させる画像処理プログラムを記録することを特徴とする。
【００３１】
本画像処理プログラムを記録する記録媒体によれば、仮想３次元モデルの任意の部位に対応する所定のパラメータが算出され、算出されたパラメータに対応するシェーディング情報が、シェーディング情報を予め所定のパラメータと対応付けて記憶するシェーディング情報記憶手段から読み出され、対応する任意の部位にマッピングされる。そのため、複雑かつ煩雑なパラメータ設定作業を行うことなくシェーディング処理を行うことができるとともに、それぞれ異なる撮影条件下で現物の試料を撮影することにより得られた画像を基に算出されたシェーディング情報を用いて仮想３次元モデルがシェーディング処理されるため、光の干渉光などの影響による素材の質感や布の光学異方性などを表現することが可能となり、仮想３次元モデルをよりリアルにシェーディング処理することができる。
【００３２】
また、本発明に係る画像処理方法は、仮想３次元空間内に作成された仮想３次元モデルをレンダリングする画像処理方法であって、コンピュータが、前記仮想３次元空間内に設定された仮想カメラの位置、仮想光源の位置及び前記仮想３次元モデルの任意の部位の形状を基に、当該部位に対応する所定のパラメータを算出するステップと、コンピュータが、現物の試料に対する少なくとも撮影方向及び光の照射方向を含む撮影条件をパラメータとし、当該パラメータを変化させて撮影された前記現物の試料の画像を基に、パラメータ毎に算出されたシェーディング情報を、前記パラメータと対応付けて記憶するステップと、コンピュータが、前記算出したパラメータに対応するシェーディング情報を前記シェーディング情報記憶手段から読出し、読み出したシェーディング情報を基に、前記仮想３次元モデルの対応する部位の輝度値を算出するステップとを備えることを特徴とする。
【００３３】
本画像処理方法によれば、仮想３次元モデルの所定の位置に対応する所定のパラメータが算出され、算出されたパラメータに対応するシェーディング情報が、シェーディング情報を予め所定のパラメータと対応付けて記憶するシェーディング情報記憶手段から読み出され、対応する任意の部位における輝度値が算出される。そのため、複雑かつ煩雑なパラメータ設定作業を行うことなくシェーディング処理を行うことができるとともに、それぞれ異なる撮影条件下で現物の試料を撮影することにより取得された画像を基に算出されたシェーディング情報を用いて、仮想３次元モデルにシェーディング処理が施されるため、光の干渉光などの影響による素材の質感や布の光学異方性などを表現することが可能となり、仮想３次元モデルをよりリアルにシェーディング処理することができる。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る画像処理装置の一実施形態について説明する。図１は、本実施形態に係る画像処理装置の全体構成を示したブロック構成図である。本画像処理装置は、仮想３次元モデルをレンダリングする際に用いられるシェーディング情報を取得するシェーディング情報取得装置１と、シェーディング情報取得装置１が取得したシェーディング情報を用いてレンダリング等の画像処理を行うパーソナルコンピュータ２とを備えている。
【００３５】
シェーディング情報取得装置１は、光を照射して現物の試料の撮影を行う画像取得機構３と、画像取得機構３の動作を制御する制御部４とを備えている。
【００３６】
図２は、画像取得機構３の側面図を示しており、図３は、図２において矢印Ｋ１方向視における光源アーム１４２の拡大図を示し、図４は画像取得機構３の上面図を示している。画像取得機構３は、台座部１１と、台座部１１に立設された軸１２と、軸１２の上端に軸支された試料テーブル１３と、試料テーブル１３に載置された現物の試料を照射する発光部１４と、試料テーブル１３に載置された試料を撮影する撮影部１５と、装置全体を覆うカバー１６とを備えている。
【００３７】
台座部１１は、中心部に凹部１１１を有する円盤状の部材であり、凹部１１１には、軸１２が内嵌固着されたブラケット１１２が形成されている。さらに、台座部１１の外縁付近の適所には、台座部１１を移動させるための車輪１１３と、台座部１１を地表に対して固定するためのストッパー１１４とが取り付けられている。
【００３８】
試料テーブル１３は、台座部１１よりも小さな径寸法を有する円盤状の部材であり、その中心部には、円柱状の凸部（図略）が、台座部１１側に向けて形成されており、この凸部は、軸１２に対して回転可能に内嵌されている。また、試料テーブル１３の凸部には、試料テーブル１３を水平面上で回転させるためのモータ１３１が取り付けられている。ここで、凸部とモータ１３１とは、凸部の外周部に取り付けられたギアに、モータ軸のギアが噛み合うように取り付けられている。試料テーブル１３はモータの駆動力を受けると所定角度回転し、位置決めされる。
【００３９】
発光部１４は、軸１２の軸方向と直交するように外側に向けて取り付けられたアーム状の連結アーム１４１と、連結アーム１４１の外側の一端において、連結アーム１４１に対して回転可能に取り付けられた光源アーム１４２と、光源アーム１４２の一端に接続された光源１４３とを備えている。
【００４０】
連結アーム１４１の軸１２側の一端には、内部に軸受１４４を備えた筒状の軸受ホルダー１４５が取り付けられており、軸１２は、軸受１４４を介して軸受ホルダー１４５に内挿されている。軸受ホルダー１４５には、連結アーム１４１を水平面上で回転させるモータ１４６が、モータ軸が備えるギア及び軸受ホルダー１４５が備えるギアを介して取り付けられている。
【００４１】
光源アーム１４２は、連結アーム１４１の外側の一端において軸方向と平行に立設された連結部材１４７を介して、連結アーム１４１の長手方向と平行な方向を回転軸ＲＬ１として回転可能に取り付けられている。この光源アーム１４２は、図３に示すように、回転軸ＲＬ１に直交する基準ラインＫＬと光源アーム１４２との角度をαとすると、半時計回り方向を正として、このαの値が−９０°から＋９０°となる範囲内で回転することができる。光源アーム１４２には、光源アーム１４２を連結アーム１４１に対して回転させるモータ１４８が取り付けられており、モータ１４８の駆動力により所定角度回転されて位置決めされる。
【００４２】
光源アーム１４２は、角度αが０度で位置決めされた場合、撮影装置１５３の撮影方向が試料テーブル１３の中心位置Ｏに向かう円弧状の形状を有している。
【００４３】
光源１４３は、光の発光源としてのメタルハラライド光源と、メタルハラライド光源の射出側に取り付けられ、射出された光を平行光に変換する、例えばシリンドリカルレンズなどで構成されており（いずれも図略）、照射する光の方向が試料テーブルの中心位置Ｏに向かう、光源アーム１４２の一端に接続されている。
【００４４】
撮影部１５は、発光部１４とほぼ同一の構成を有しており、連結アーム１５１と、連結アーム１５１に対して、連結アーム１５１の長尺方向と平行な方向である回転軸ＲＬ２を軸として、回転可能に取り付けられた撮影アーム１５２と、撮影アームの一端に接続された撮影装置１５３とを主な構成要素としている。
【００４５】
連結アーム１５１の長手方向の寸法は、連結アーム１４１の長手方向の寸法よりも短い。連結アーム１５１の外側の一端に接続された撮影アーム１５２は、発光部１４と同様に、基準ラインＫＬと撮影アーム１５２との角度をβとすると、半時計回り方向を正として、このβが−９０度から＋９０度の範囲をとるように回転することができる。撮影アーム１５２は、角度βが０度で位置決めされた場合、撮影装置１５３の撮影方向が試料テーブル１３の中心位置Ｏに向かう円弧状の形状を有している。
【００４６】
また、撮影アーム１５２には、連結アーム１５１の外側の一端において、立設された連結部材１５４を介して、モータ１５５が取り付けられており、撮影アーム１５２は、モータ１５５の駆動力を受けて所定角度回転され、位置決めされる。
【００４７】
連結アーム１５１の軸１２側の一端には、筒状のホルダー１５６が取り付けられ、このホルダー１５６には、軸１２が内挿され、さらにホルダー１５６は、キー１５７によって、軸１２に固定されている。
【００４８】
撮影装置１５３は、ＣＣＤカメラ、ズームレンズ及びクローズアップレンズなどを備え（いずれも図略）、撮影方向が試料テーブルの中心位置Ｏに向かうように、撮影アーム１５２の一端に接続されている。
【００４９】
カバー１６は、底なし直方体形状を有しており、側面１６１の底側の断面の適所には、カバー１６を運搬するための車輪１６２が取り付けられているとともに、各車輪１６２の近傍にはカバー１６を地面に対して固定するためのストッパー１６３が取り付けられている。なお、カバー１６は、直方体形状に限らず、例えばドーム形状のように装置全体を覆うことができる形状であれば、どのような形状を有していてもよい。
【００５０】
図５は、画像取得機構３の構造を説明するための斜視図である。図５において、説明の便宜上、試料テーブル１３の中心位置Ｏを原点として、Ｎ、Ｕ及びＶのそれぞれ直交する座標軸を仮想的に設定している。Ｕ軸は、連結アーム１５１の長手方向上に設定されている。試料テーブル１３の回転角度である角度δはＵ軸を基準としている。また、Ｕ軸及び連結アーム１４１間の角度γが発光部１４の水平方向の回転角度である。なお、本実施形態では、試料テーブル１３に、現物の試料として布Ｓを載置するものとし、γ＝０度のときに布Ｓの繊維の方向ＦＬをＵ軸と平行になるように載置するため、Ｕ軸に対する試料テーブル１３の角度γと、Ｕ軸に対する布Ｓの繊維の方向ＦＬの角度とは一致する。
【００５１】
連結アーム１４１は、モータ１４６によって、連結アーム１４１の外側の一端１４１ａがＵ−Ｖ平面上の円周Ｃ１に沿って角度γが０〜３６０度の範囲内をとるように回転されて位置決めされる。光源アーム１４２は、モータ１４８によって、光源１４３がＮ−Ｖ平面上の円弧Ｃ２に沿って、角度αがＮ軸を基準として−９０度〜＋９０度の範囲内で回転されて位置決めされる。撮影アーム１５２は、撮影装置１５３がＮ−Ｖ平面上の円弧Ｃ３に沿って角度βがＮ軸を基準として−９０度〜＋９０度の範囲をとなるように回転されて位置決めされる。なお、これら４種類の角度α、β、γ及びδがパラメータα、β、γ及びδである。
【００５２】
図１に示すように、パーソナルコンピュータ２は、オペレータの操作指令を受け付ける入力装置２１と、パーソナルコンピュータ２を稼動させるための、例えばＢＩＯＳなどの基本プログラムを記録するＲＯＭ（リードオンリーメモリ）２２と、画像処理プログラムを実行するＣＰＵ（中央演算処理装置）２３と、一時的にデータを記憶し、ＣＰＵ２３の作業領域として用いられるＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）２４と、画像処理プログラムや、オペレーティングングシステムなどを記憶する補助記憶装置２５と、ＣＰＵ２３の処理した画像を表示する表示装置２６と、フレキシブルディスク、ＣＤ−ＲＯＭ及びＤＶＤ−ＲＯＭなどの記録媒体に記録されたデータを読み取る記録媒体駆動装置２７とを備えている。
【００５３】
さらに、パーソナルコンピュータ２には、撮影装置１５３が現物の試料を撮影することにより取得した画像を、ＩＥＥＥ１３９４規格に準拠したＤＶ端子に接続されたケーブルＣＡを介して取得するビデオキャプチャボード２８と、ＣＰＵ２３及びモータコントローラ４６間のインタフェイスを図るモータインタフェイス２９とを備えている。
【００５４】
ＲＯＭ２２、ＣＰＵ２３、ＲＡＭ２４、補助記憶装置２５、表示装置２６及び記録媒体駆動装置２７は、バスラインにより相互に接続されている。入力装置２１は、キーボードやマウスなどを含み、パーソナルコンピュータ２本体の背後に備えられた例えばＵＳＢポートなどに接続されている。
【００５５】
本画像処理装置は、パーソナルコンピュータ２を画像処理装置として機能させる画像処理プログラムが記録された例えばＣＤ−ＲＯＭなどの記録媒体を、記録媒体駆動装置２７に装填し、画像処理プログラムを補助記憶装置２５にインストールすることにより、パーソナルコンピュータ２を画像処理装置としている。なお、画像処理プログラムを記憶するＷＥＢサーバーからインターネット回線を介してダウンロードすることにより画像処理プログラムをインストールしてもよい。
【００５６】
また、パーソナルコンピュータ２により種々のデータを入力し、そのデータをインターネット上に配置されたＷＥＢサーバー上で処理し、処理結果をパーソナルコンピュータ２に送信するというように、ＷＥＢサーバー及びパーソナルコンピュータ２間で画像処理プログラムを分散的に実行させてもよい。
【００５７】
制御部４は、パーソナルコンピュータ２からの指示を受けて、試料テーブル１３を回転させるモータ１３１、光源アーム１４２を回転させるモータ１４８、連結アーム１５１を回転させるモータ１５８のそれぞれを制御するモータドライバ４１〜４４と、光源１４３のオン・オフ及び照射される光の強度を制御する光源ドライバ４５と、モータドライバ４１〜４４に対してパルス信号や制御信号などの種々の信号を出力するモータコントローラ４６とを備えている。
【００５８】
モータドライバ４１〜４４は、モータコントローラ４６から出力されたパルス信号やモータの正逆回転を指定するための制御信号などを受信し、受信したパルス信号を電力パルス信号に変換して各モータのコイルを励磁させ、各モータを駆動させる。光源ドライバ４５は、パーソナルコンピュータ２から出力された制御信号を受信し、例えば制御信号の強度に応じたレベルの駆動電流を生成し、光源１４３を点灯させる。モータコントローラ４６は、モータインタフェイス２９を介して、後述する撮影機構制御部２０８から種々の信号を受信し、その信号に応じてモータドライバ４１〜４４を駆動するための種々の信号を出力する。
【００５９】
図６は、本画像処理装置の機能ブロック図を示している。本画像処理装置は、主にＲＡＭ２４から構成される記憶部１００と、主にＣＰＵ２３から構成されるプログラム実行部２００とを備えている。記憶部１００は、シェーディング情報記憶部１０１と、３次元モデル記憶部１０２と、テクスチャ記憶部１０３とを備え、プログラム実行部２００は、シェーディング情報算出部２０１と、ジオメトリ情報取得部２０２と、パラメータ算出部２０３と、シェーディング情報読出部２０４と、補間処理部２０５と、シェーディング処理部２０６と、撮影機構制御部２０８とを備えている。
【００６０】
シェーディング情報算出部２０１は、画像取得機構３が撮影した現物の試料の画像を受信し、受信した画像上の所定の位置（例えば、中心位置）を重心として、縦にｎピクセル横にｍピクセルの四角形の領域を設定し、設定した領域の輝度の平均値、最大値及び最小値を算出し、算出した輝度の平均値、最大値及び最小値をシェーディング情報とし、受信した画像の撮影時のパラメータα、β、γ及びδと対応づけてシェーディング情報記憶部１０１に記憶させる。
【００６１】
図７及び図８は、シェーディング情報記憶部１０１のデータ構造を概念的に示した図である。シェーディング情報記憶部１０１は、第１及び第２のテーブルからなる２種類のテーブルを備えており、図７は、第１のテーブルを示し、図８は第２のテーブルを示している。
【００６２】
第１のテーブルは、光源アームの垂直方向の回転角度である角度αの欄と、試料テーブル１３の回転角度である角度δの欄とから構成されている。角度αの欄には、角度αが−９０度〜＋９０度の範囲内で例えば１０度毎に記載されており、角度δの欄には、角度δが０度〜３６０度の範囲内で例えば１５度毎に記載されている。第１のテーブルの各セルには、角度α及びδによって特定される第２のテーブルを表すインデックスが記憶されている。図７では、アルファベットＴに各セルを行番号及び列番号添え字として表したものを第２のテーブルのインデックスとしている。例えば、インデックスＴ００は０行０列にセルに記憶されたインデックスであるため、添え字として「００」が記載されている。
【００６３】
第２のテーブルは、複数のテーブルから構成され、各テーブルは、インデックスが付与されており、このインデックスは、第１のテーブルの各セルに記載されたインデックスと対応づけられている。第２のテーブルは、それぞれ撮影アーム１５２の回転角度である角度βの欄と、連結アーム１４１の回転角度である角度γの欄とから構成されている。角度βの欄は、角度βが、−９０度〜＋９０度の範囲内で例えば１０度毎に記載されている。角度γの欄には、角度γが０度〜３６０度の範囲で例えば１５度毎に記載されている。第２のテーブルの各セルには、シェーディング情報が記憶されている。
【００６４】
なお、図７及び図８では、角度α及び角度βの刻み幅を１０度毎に角度δ及び角度γの刻み幅を１５度毎に設定しているが、これに限定されず、より細かな刻み幅にしてもよいし、より大きな刻み幅にしてもよいし、さらには、例えば、０〜４５度の範囲では５度刻み、４５度〜９０度の範囲では、１０度刻みというように角度範囲に応じて、刻み幅を適宜変更してもよい。
【００６５】
シェーディング情報補間部２０９は、光源１４３の光軸上に撮影装置１５３が位置する（以下、「重なり位置」といい、重なり位置は複数存在する。）場合に取得されたシェーディング情報を、その重なり位置に隣接する複数の位置で取得されたシェーディング情報を補間処理して、その重なり位置における正規のシェーディング情報を算出する。なお、重なり位置は、画像取得機構３の構造によって決定されるものであり、予め特定することができるため、予め記憶部１００に記憶されている。
【００６６】
３次元モデル記憶部１０２は、コンピュータ上に設定された仮想３次元空間内でオペレータが予め作成した仮想３次元モデルの形状を特定するための種々のデータ、例えば、仮想３次元モデル表面に張られた複数の３角形または４角形等からなるポリゴンの各々の頂点の座標等を記憶するとともに、仮想３次元空間内に設定された仮想光源及び仮想カメラの座標を記憶する。
【００６７】
テクスチャ記憶部１０３は、仮想３次元モデルにマッピングするテクスチャを記憶する。テクスチャ記憶部１０３は、複数のテクスチャが予め記憶されており、オペレータは、これら複数のテクスチャの中から仮想３次元モデルにマッピングするテクスチャを選択する。さらに、テクスチャ記憶部１０３は、オペレータが作成したテクスチャを記憶することもできる。
【００６８】
図９及び図１０は、ジオメトリ情報取得部２０２及びパラメータ算出部２０３が行う処理を説明するための模式図である。ジオメトリ情報取得部２０２は、仮想３次元モデルの表面の所定の位置に注目位置ＨＰを設定し、注目位置ＨＰを含むポリゴンの各頂点の座標、仮想カメラＶＣの座標及び仮想光源ＶＬの座標から、設定した注目位置ＨＰにおける法線ベクトルＮ´と、注目位置ＨＰから仮想光源ＶＬへ向かう光源ベクトルＬと、注目位置ＨＰから仮想カメラＶＣへ向かう視点ベクトルＣＶとを算出する。ジオメトリ情報取得部２０２は、この注目位置ＨＰを仮想３次元モデルの全体にわたって順次設定していく。
【００６９】
パラメータ算出部２０３は、注目位置ＨＰにおいて、法線ベクトルＮ´と光源ベクトルＬとの間の角度（光源の垂直角度Ｚ）及び法線ベクトルＮ´と視点ベクトルＣＶとの間の角度（視点角度Ｘ）を算出する。なお、図５を参照すれば分かるように光源の垂直角度Ｚは角度αに対応しており、視点角度Ｘは角度βに対応している。
【００７０】
また、パラメータ算出部２０３は、図１０に示すように、注目位置ＨＰを含むポリゴンの表面上に、それぞれ直交するＵ´軸及びＶ´軸を設定し、光源ベクトルＬのＵ´−Ｖ´平面上への正射影ベクトル（正射影光源ベクトルＬＨ）と、Ｕ´軸との間の角度を光源の水平角度Ｙとして算出する。ここで、図５に示すＵ軸及びＶ軸とＵ´軸及びＶ´軸とを対応させるために、Ｕ´軸は視点ベクトルＣＶのＵ´−Ｖ´平面上への正射影ベクトルＣＨ上に設定している。この光源の水平角度Ｙは、図５に示す角度γに対応している。
【００７１】
また、パラメータ算出部２０３は、ポリゴンの表面にマッピングされる仮想布の繊維方向ＦＬ´とＵ´軸との間の角度を試料角度Ｗとして算出する。この試料角度Ｗは図５に示す試料テーブル１３の回転角度である角度δに対応している。
【００７２】
シェーディング情報読出部２０４は、パラメータ算出部２０３が算出した光源の垂直角度Ｚ、視点角度Ｘ、光源の水平角度Ｙ及び試料角度Ｗをパラメータとして、シェーディング情報記憶部１０１を参照し、これらのパラメータに対応するするシェーディング情報を読み取る。ここで、パラメータ算出部２０３が算出したパラメータに対応するシェーディング情報が、シェーディング情報記憶部１０１に存在しない場合、シェーディング情報読出部２０４は、算出したパラメータに最も近いパラメータに対応するシェーディング情報を読み取る。
【００７３】
補間処理部２０５は、パラメータ算出部２０３が算出したパラメータと、シェーディング情報読出部２０４が読み取ったシェーディング情報に対応するパラメータとが一致しない場合、読み取ったシェーディング情報を補間処理して、算出したパラメータに対応するシェーディング情報を算出する。例えば、パラメータ算出部２０３が算出した視点角度Ｘが４２度であり、視点角度Ｘに対応する角度βを４０度としてシェーディング情報を読み取った場合、読み取ったシェーディング情報を記憶するセルに隣接するセルに記憶されたシェーディング情報を用いて、視点角度Ｘが４２度に対応するシェーディング情報を算出する。
【００７４】
シェーディング処理部２０６は、シェーディング情報読出部２０４が読み取ることにより、又は補間処理部２０５が補間することにより取得したシェーディング情報と、テクスチャ記憶部１０３が記憶するテクスチャとを用いて、そのテクスチャの輝度の最大値が、取得したシェーディング情報の輝度の最大値に、テクスチャの輝度の最小値が、取得したシェーディング情報の輝度の最小値に、テクスチャの輝度の平均値が、取得したシェーディング情報の輝度の平均値に対応するように、取得したシェーディング情報の輝度の最大値、最小値及び平均値をスプライン補間して、取得したシェーディング情報とテクスチャとの相関関数を算出し、算出した相関関数を用いて、仮想３次元モデルの注目位置ＨＰにおける輝度値を算出する。
【００７５】
レンダリング処理部２０７は、仮想３次元空間内に設定された仮想スクリーン上に、例えばレイトレーシング等の手法を用いて仮想３次元モデルをレンダリングする。そして、レンダリングした画像を表示装置２６に出力して表示させる。
【００７６】
撮影機構制御部２０８は、モータコントローラ４６に制御信号を出力することにより、モータコントローラ４６に試料テーブル１３、発光部１４及び撮影部１５をそれぞれ所定タイミングで所定角度移動させることにより位置決めさせ、試料テーブル１３、発光部１４及び撮影部１５を制御する。また、撮影機構制御部２０８は、光源１４３を所定タイミング、例えば、現物の試料を撮影する直前に、所定光量で点灯させるために駆動電流を供給し、光源１４３を点灯させ、撮影終了時に、光源１４３を消灯させて光源１４３を制御する。
【００７７】
図１１は、本画像処理装置が、試料テーブル１３に載置された現物の試料を撮影した画像を用いてシェーディング情報を算出する処理を示したフローチャートである。なお、試料テーブル１３の中心位置Ｏには（図５参照）、縦及び横に所定の長さ寸法を有する四角形状に裁断された布が、現物の試料として予め載置されているものとする。
【００７８】
ステップＳ１において、撮影開始が指示されると、撮影機構制御部２０８は、モータ１３１を駆動させることにより試料テーブル１３を所定角度、例えば１５度回転させ、試料テーブル１３の角度δを設定する。
【００７９】
ステップＳ２において、撮影機構制御部２０８は、モータ１４６を駆動させることにより、連結アーム１４１を所定角度、例えば１５度回転させ、発光部１４の水平方向の角度γを設定する。
【００８０】
ステップＳ３において、撮影機構制御部２０８は、モータ１４８を駆動させることにより、光源アーム１４２を所定角度、例えば１０度回転させ、発光部１４の垂直方向の角度αを設定する。
【００８１】
ステップＳ４において、撮影機構制御部２０８は、モータ１５５を駆動させることにより、撮影アーム１５２を所定角度、例えば１０度回転させ、撮影部１５の角度βを設定する。
【００８２】
なお、ステップＳ１〜Ｓ４において、角度δ及びγは、１５度単位で位置決めされ、角度α及びβは、１０度単位で位置決めされているが、これらの値は、入力装置２１を介して予めオペレータにより設定された値であり、これらの値は、適宜変更することができる。
【００８３】
ステップＳ５において、撮影機構制御部２０８は、光源１４３を所定光量で点灯させ、撮影装置１５３により、試料テーブル１３に載置された現物の試料を撮影させる。そして、撮影が終了すると、光源１４３を消灯させる。なお、撮影機構制御部２０８は、試料テーブル１３、発光部１４及び撮影部１５の位置決めがされる毎に光源１４３を点灯させているが、シェーディング情報取得装置１が稼動している間、常時光源１４３を点灯させてもよい。
【００８４】
ステップＳ６において、シェーディング情報算出部２０１は、撮影装置１５３が撮影した現物の試料の画像をケーブルＣＡを介して受信し、受信した画像に所定の領域を設定し、設定した領域の輝度の最大値、最小値及び平均値を算出し、算出したこれらの値をシェーディング情報とする。
【００８５】
ステップＳ７において、シェーディング情報算出部２０１は、ステップＳ６で算出したシェーディング情報をその撮影条件（角度α、β、γ及びδ）と対応づけてシェーディング情報記憶部１０１に記憶させる。この場合、シェーディング情報補間部２０９は、予め記憶部１００に記憶された重なり位置におけるシェーディング情報を、隣接する複数の位置のシェーディング情報を用いて補間処理し、正確なシェーディング情報を算出する。
【００８６】
ステップＳ８において、撮影機構制御部２０８により、撮影部１５の角度βが所定の最終角度であるか否かが判断され、最終角度である場合（Ｓ８でＹＥＳ）ステップＳ９に進み、最終角度でない場合（Ｓ８でＮＯ）、ステップＳ４に戻り、再度、撮影部１５の角度βの設定が行われる。なお、本実施形態では、撮影部１５の角度βは、初期値として−９０度が設定されており、＋９０度まで１０度単位で順次変更されていく。
【００８７】
ステップＳ９において、撮影機構制御部２０８により、光源１４３の垂直方向の角度αが所定の最終角度であるか否かが判断され、最終角度である場合（Ｓ９でＹＥＳ）ステップＳ１０に進み、最終角度でない場合（Ｓ９でＮＯ）ステップＳ３に戻り、再度、発光部１４の角度αが設定が行われる。なお、本実施形態では、角度αは、初期値として−９０度が設定されており、＋９０度まで１０度単位で順次変更されていく。したがって、最終角度は＋９０度となる。
【００８８】
ステップＳ１０において、撮影機構制御部２０８により、発光部１４の水平方向の角度γが所定の最終角度でるか否かが判断され、最終角度である場合（Ｓ１０でＹＥＳ）、ステップＳ１１に進み、最終角度でない場合（Ｓ１０でＮＯ）、ステップＳ２に戻り、再度、発光部１４の角度γの設定が行われる。なお、本実施形態では、角度γは、初期値として、０度が設定されており、３６０度まで１５度単位で順次変更されていく。したがって、最終角度は３６０度となる。
【００８９】
ステップＳ１１において、撮影機構制御部２０８により、試料テーブル１３の角度が最終角度であるか否かが判断され、最終角度である場合（Ｓ１１でＹＥＳ）処理が終了され、最終角度でない場合（Ｓ１１でＮＯ）、ステップＳ１に戻り、再度、試料テーブル１３の角度δの設定が行われる。なお、本実施形態では、角度δは、初期値として、０度が設定されており、３６０度まで、１５度単位で順次変更されていく。したがって、最終角度は３６０度となる。
【００９０】
図１２は、本画像処理装置が行うシェーディング処理を示したフローチャートである。ステップＳ２１において、ジオメトリ情報取得部２０２は、図９に示すように、３次元モデル記憶部１０２に記憶されたデータを読出し、仮想カメラＶＣの座標、仮想光源ＶＬの座標及び仮想３次元モデル表面の所定の注目位置ＨＰの座標から、その注目位置ＨＰにおける法線ベクトルＮ´、光源ベクトルＬ及び視点ベクトルＣＶをそれぞれ算出する。
【００９１】
ステップＳ２２において、パラメータ算出部２０３は、図１０に示すように、ステップＳ２１で算出された法線ベクトルＮ´、光源ベクトルＬ及び視点ベクトルＣＶを用いて、注目位置ＨＰにおける光源の垂直角度Ｚ及び視点角度Ｘを算出する。さらに、パラメータ算出部２０３は、注目位置ＨＰを含むポリゴンの平面上に、Ｕ´軸及びＶ´軸を設定し、Ｕ´軸に対する正射影光源ベクトルＬＨの角度を光源の水平角度Ｙとして算出する。さらに、パラメータ算出部２０３は、Ｕ´軸に対する注目位置ＨＰ上に設定されたポリゴンの表面に設定された仮想布の繊維の方向ＦＬ´の角度を試料角度Ｗとして算出する。
【００９２】
ステップＳ２３において、シェーディング情報読出部２０４は、ステップＳ２２で算出された視点角度Ｘ（角度βに対応）、光源の垂直角度Ｚ（角度αに対応）、光源の水平角度Ｙ（角度γに対応）及び試料角度Ｗ（角度Ａに対応）の４つのパラメータに対応するシェーディング情報をシェーディング情報記憶部１０１から読み出す。なお、シェーディング情報読出部２０４は、ステップＳ２２で算出した４つのパラメータに対応するシェーディング情報がシェーディング情報記憶部１０１に存在しない場合、４つのパラメータに最も近いパラメータに対応するシェーディング情報をシェーディング情報記憶部１０１から読み出す。
【００９３】
ステップＳ２４において、ステップＳ２３で読み出されたシェーディング情報が近似されたパラメータに対応するものである場合、補間処理が必要とされて（Ｓ２４でＹＥＳ）、ステップＳ２５に進み、ステップＳ２３で読み出されたシェーディング情報が、ステップＳ２２で算出されたパラメータに対応するものである場合、補間処理は必要ないため、ステップＳ２６に進む。
【００９４】
スタップＳ２５において、補間処理部２０５は、ステップＳ２２で算出されたパラメータと、ステップＳ２３で読み出したシェーディング情報に対応するパラメータとの差分から、読み出したシェーディング情報を補間して算出したパラメータに対応するシェーディング情報を算出する。
【００９５】
ステップＳ２６において、オペレータによって、シェーディングに用いる色の指定がされている場合（Ｓ２６でＹＥＳ）、ステップＳ２７に進み、シェーディング処理部２０６により、シェーディング情報に対して設定された所定の色が付され、シェーディングに用いる色の指定がされていない場合は（Ｓ２６でＮＯ）ステップＳ２８に進む。
【００９６】
ステップＳ２８において、オペレータによって、シェーディングに対して透明度が設定されている場合（ステップＳ２８でＹＥＳ）、ステップＳ２９に進み、シェーディング処理部２０６により、シェーディング情報に透明度が設定され、透明度が設定されていない場合（ステップＳ２８でＮＯ）、ステップＳ３０に進む。
【００９７】
ステップＳ３０において、シェーディング処理部２０６は、ステップＳ２３〜Ｓ２９によって設定されたシェーディング情報とテクスチャ記憶部１０３が記憶する複数のテクスチャのうち、オペレータが指定した１つのテクスチャとを用いて、注目位置ＨＰの輝度値を算出する。
【００９８】
図１３は、シェーディング処理部２０６が行う処理を説明するための図であり、（ａ）は輝度値Ｃと、テクスチャの輝度値Ｔとの関係を表すグラフを示し（ｂ）はテクスチャ記憶部１０３が記憶するテクスチャを概念的に示したものである。（ａ）に示す縦軸上に示されたＣｍａｘ、Ｃａｖｅ及びＣｍｉｎは、それぞれ、シェーディング情報に含まれる輝度の最大値、平均値及び最小値を示している。（ｂ）に示すように、テクスチャ記憶部１０３は、１辺を１とする正方形のテクスチャの左上の頂点を原点とし、上辺に沿ってｕ軸、左辺に沿ってｖ軸を設定されており、ｕ及びｖの値を定めると、テクスチャの輝度値Ｔが決定される。
【００９９】
シェーディング処理部２０６は、テクスチャの輝度の最大値Ｔｍａｘが１、平均値Ｔａｖｅが０．５及び最小値Ｔｍｉｎが０となるように、設定されたシェーディング情報に含まれる輝度の最大値Ｃｍａｘ、平均値Ｃａｖｅ及び最小値Ｃｍｉｎと、テクスチャの輝度の最大値Ｔｍａｘ、平均値Ｔａｖｅ及び最小値Ｔｍｉｎとをそれぞれ対応付ける。このような対応付けを行うことで、テクスチャの全ての輝度値Ｔに対応する輝度値Ｃが存在することになり、よりリアルなシェーディング処理を行うことができる。そして、Ｃｍａｘ、Ｃａｖｅ及びＣｍｉｎの３点に対してスプライン補間を施し、かつ、Ｃｍｉｎ＝０となるように輝度値Ｃとテクスチャの輝度値Ｔとの相関関数Ｃ（Ｔ）を算出する。
【０１００】
そして、シェーディング処理部２０６は、注目位置ＨＰにマッピングするテクスチャの輝度値Ｔ（ｕ，ｖ）が決定されると、輝度値Ｔ（ｕ，ｖ）を相関関数Ｃ（Ｔ）に代入して、注目位置ＨＰにおける輝度値Ｃと算出する。そして、順次、注目位置ＨＰを変化させ、各注目位置ＨＰに関して同様の処理を施し、仮想３次元モデルにシェーディング処理を施していく。このようにテクスチャと、現物の試料を撮影することにより取得されたシェーディング情報とを用いてシェーディング処理を行うことにより、布のミクロな質感を再現することが可能となる。
【０１０１】
ステップＳ３１において、レンダリング処理部２０７は、仮想３次元空間内の所定の位置に設定された仮想スクリーン上に、仮想３次元モデルをレンダリングする。レンダリングされた画像は、表示装置２６に表示される。
【０１０２】
図１４は、本画像処理装置おける画像処理の効果を説明するための図であり（ａ）は従来の画像処理装置によりシェーディング処理された画像を示し、（ｂ）は本画像処理装置によりシェーディング処理された画像を示している。図１４（ａ）及び（ｂ）の画像は、いずれも、仮想人体モデルＴＯが赤色のドレスＤＯを着服している。図１４（ａ）に示すように、従来の画像処理装置では、ドレスＤＯは、胴体の側部には多少陰影が表われているものの、表面が全体的に赤一色で着色されて表示されるにとどまり、リアル性に欠ける。一方、図１４（ｂ）に示すように本画像処理装置では、現物の試料を撮影することにより取得された画像を用いて、シェーディング処理を行っているため、布の光学異方性を考慮した陰影を正確に表現することが可能となり、ドレスＤＯの先端部分や胸の部分のプリーツがリアルに表現されていることが分かる。
【０１０３】
なお、本発明は、以下の形態を採用することができる。
【０１０４】
（１）上記実施形態では、画像処理プログラムをパーソナルコンピュータ２にインストールする形態を示したが、これに限定されず、画像処理プログラムをＬＳＩなどのハードウェアにより構成してもよい。
【０１０５】
（２）上記実施形態では、撮影部１５は台座部１１に対し水平方向に回転しないものであったが、これに限定されず、水平方向に回転させてもよい。この場合、連結アーム１５１を軸１２に対して回転可能に取り付け、連結アーム１５１をモータによって駆動させればよい。
【０１０６】
（３）上記実施形態では、テクスチャ記憶部１０３が記憶するテクスチャを用いてテクスチャマッピングする態様を示したが、これに限定されず、テクスチャマッピングを行わない場合も本発明に含まれる。この場合、シェーディング処理部２０６は、シェーディング情報のうち輝度の平均値のみを用い、この輝度の平均値を対応する仮想３次元モデルの注目位置ＨＰの輝度値とすればよい。
【０１０７】
（４）また、本画像処理装置が現物の試料を撮影することにより取得したシェーディング情報は、ＰＴＭ（Ｐｏｌｙｎｏｍｉａｌ  Ｔｅｘｔｕｒｅ  Ｍａｐｐｉｎｇ）によるシェーディング処理に対しても用いることができる。
【０１０８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る画像処理装置によれば、複雑かつ煩雑なパラメータ設定作業を行うことなく簡便な操作によりシェーディング処理を行うことができるとともに、それぞれ異なる撮影条件下において現物の試料を撮影することにより得られた画像を基に取得されたシェーディング情報を用いてシェーディング処理が行われているため、光の干渉光などの影響による素材の質感や布の光学異方性などを表現することが可能となり、仮想３次元モデルをよりリアルにシェーディング処理することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態に係る画像処理装置の全体構成を示したブロック構成図である。
【図２】画像取得機構の側面図である。
【図３】図２において矢印Ｋ１方向視における光源アームの拡大図である。
【図４】画像取得機構の上面図である。
【図５】画像取得機構を模式的に表した斜視図である。
【図６】本画像処理装置の機能ブロック図である。
【図７】シェーディング情報記憶部のデータ構造を概念的に示した図である。
【図８】シェーディング情報記憶部のデータ構造を概念的に示した図である。
【図９】ジオメトリ情報取得部及びパラメータ算出部が行う処理を説明するための模式図である。
【図１０】ジオメトリ情報取得部及びパラメータ算出部が行う処理を説明するための模式図である。
【図１１】本画像処理装置が、試料テーブルに載置された現物の試料を撮影した画像を用いてシェーディング情報を算出する処理を示したフローチャートである。
【図１２】本画像処理装置が行うシェーディング処理を示したフローチャートである。
【図１３】シェーディング処理部が行う処理を説明するための図であり、（ａ）は輝度値Ｃと、テクスチャの輝度値Ｔとの関係を表すグラフを示し（ｂ）はテクスチャ記憶部１０３が記憶するテクスチャを概念的に示したものである
【図１４】本画像処理装置おける画像処理の効果を説明するための図であり（ａ）は従来の画像処理装置によりレンダリングされた画像を示し、（ｂ）は本画像処理装置によりレンダリングされた画像を示している。
【符号の説明】
１  シェーディング情報取得装置
２  パーソナルコンピュータ
３  画像取得機構
４  制御部
１１  台座部
１２  軸
１３  試料テーブル
１４  発光部
１５  撮影部
１６  カバー
２１  入力装置
２５  補助記憶装置
２６  表示装置
２７  記録媒体駆動装置
２８  ビデオキャプチャボード
４１  モータドライバ
４５  光源ドライバ
４６  モータコントローラ
１００  記憶部
１０１  シェーディング情報記憶部
１０２  ３次元モデル記憶部
１１２  ブラケット
１３１  モータ
１４１  連結アーム
１４２  光源アーム
１４３  光源
１４４  軸受
１４５  軸受ホルダー
１４６  モータ
１４７  連結部材
１４８  モータ
１５１  連結アーム
１５２  撮影アーム
１５３  撮影装置
１５４  連結部材
１５５  モータ
１５６  ホルダー
１５８  モータ
２００  プログラム実行部
２０１  シェーディング情報算出部
２０２  ジオメトリ情報取得部
２０３  パラメータ算出部
２０４  シェーディング情報読出部
２０５  補間処理部
２０６  シェーディング処理部
２０７  撮影機構制御部
【図１】
2004152015.tif 000003
【図２】
2004152015.tif 000004
【図３】
2004152015.tif 000005
【図４】
2004152015.tif 000006
【図５】
2004152015.tif 000007
【図６】
2004152015.tif 000008
【図７】
2004152015.tif 000009
【図８】
2004152015.tif 000010
【図９】
2004152015.tif 000011
【図１０】
2004152015.tif 000012
【図１１】
2004152015.tif 000013
【図１２】
2004152015.tif 000014
【図１３】
2004152015.tif 000015
【図１４】
2004152015.tif 000016