(57)【要約】【課題】リアルタイムで意匠設計対象の物体の質感や背景の色調補正ができるようにする。【解決手段】開示されるコンピュータ・グラフィックス装置では、制御部１は、まず、物体の質感と背景とに分けてアイ・レイ・トレーシングにおける輝度計算を行って元画像データを得た後、これらの元画像データをレイヤごとに記憶部４に記憶する。次に、制御部１は、記憶部４に記憶されたレイヤごとの元画像データを読み出して、物体の質感の元画像データと背景の元画像データとについてそれぞれ別々に色調補正を行って新画像データを得る。【選択図】        図１
2004246460.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
質感と背景とに分けてアイ・レイ・トレーシングにおける輝度計算を行って元画像データを得るレンダリング手段と、
前記元画像データをレイヤごとに記憶する画像データ記憶手段と、
前記レイヤごとに前記元画像データの色調補正を行って新画像データを得る色調補正手段と
を備えていることを特徴とするコンピュータ・グラフィックス装置。
【請求項２】
部分的に光線を照射する部分光源の影響を受ける物体について、前記物体表面又は画像が表示されると想定される仮想的なスクリーン上を格子状に分割した場合の各格子における視点方向への輝度分布が記憶される輝度バッファのマッピングを行うマッピング手段と、
前記部分光源から出射されたライト・レイが前記輝度バッファに交差した点での前記視点方向から見た輝度計算結果を前記輝度バッファに記憶するライト・レイ・トレーシングを行うライト・レイ・トレーシング手段と、
質感と背景と前記輝度バッファとに分けてアイ・レイ・トレーシングにおける輝度計算を行って元画像データを得るレンダリング手段と、
前記元画像データをレイヤごとに記憶する画像データ記憶手段と、
前記レイヤごとに前記元画像データの色調補正を行って新画像データを得るとともに、前記輝度バッファごとに明度を変更した複数の前記新画像データを得る色調補正手段と、
前記輝度バッファごとの複数の新画像データを連続的に表示して前記部分光源の点滅アニメーションを実行する点滅アニメーション実行手段と
を備えていることを特徴とするコンピュータ・グラフィックス装置。
【請求項３】
前記レンダリング手段は、前記質感について、拡散光成分、正反射光成分、正透過光成分に分離して前記元画像データを得ることを特徴とする請求項１又は２記載のコンピュータ・グラフィックス装置。
【請求項４】
前記元画像データは、１個のピクセルを構成する赤データ、緑データ、青データがそれぞれ所定ビットの絶対値で表現された広範囲輝度画像データであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１に記載のコンピュータ・グラフィックス装置。
【請求項５】
前記色調補正手段は、明度補正及び色度補正を行うことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１に記載のコンピュータ・グラフィックス装置。
【請求項６】
前記色調補正手段は、線形明度補正又はガンマ明度補正を行うことを特徴とする請求項５記載のコンピュータ・グラフィックス装置。
【請求項７】
コンピュータに請求項１乃至６のいずれか１に記載の機能を実現させるための意匠設計プログラム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、自動車等の各種車両、カメラ等の各種精密機器、テレビ受像機等の各種電気製品、あるいは洗剤容器等の各種家庭用品等の様々な工業製品の意匠を設計するためのコンピュータ・グラフィックス装置及び意匠設計プログラムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の画像編集ソフトウェアには、２次元画像を複数の階層（レイヤ：ｌａｙｅｒ）に分割し、レイヤごとに色調補正して合成することができるものがある。ここで、レイヤは、いわば透明なシートのようなものであり、例えば、主たる人物、従たる人物、室内の背景、調度品等をそれぞれ別個のレイヤに描写し、各レイヤを重ね合わせることにより、いつくかの調度品が置かれた室内に複数の人物が存在している画像を合成することができる。この機能によれば、他のレイヤに影響を与えることなく、各レイヤに個別に修正や変更、あるいは上記色調補正を加えることができるため、画像編集に非常に多彩なテクニックを用いることができる（例えば、非特許文献１参照。）。以下、この技術を第１の従来例と呼ぶ。
【０００３】
また、従来のコンピュータ・グラフィックス装置では、デザイナ等が物体の意匠設計をコンピュータ上で対話的に行えるように以下に示す処理を行っている。前提として、このコンピュータ・グラフィックス装置には、光線追跡（レイ・トレーシング：ｒａｙ  ｔｒａｃｉｎｇ）法画像システムが構築されており、その大容量記憶装置には、少なくとも、光源の幾何学的配置及び強度についての情報並びに描写されるべき場面中の物体の幾何学的情報を含む描写されるべき場面の幾何学的特徴を規定するデータが予め記憶されている。また、上記大容量記憶装置には、物体の表面で反射された光線の空間分布を記述するか又は透過された光線の空間分布を記述する双方向散乱分布関数（ＢＳＤＦ）が任意の角度解像度を有する表形式で表された場面情報がデータベースを構成して予め記憶されている。
【０００４】
まず、上記場面情報は、図２０に示すステップＳＰ１のように、上記データベースから上記コンピュータの小容量記憶装置に読み込まれる。次に、上記場面情報に基づいて、光線追跡法により、意匠設計に含まれる１つ又は複数の物体についてＢＳＤＦが与えられている場面が描写され、表示装置に表示されるとともに、上記場面の上記描写の過程において形成される光線履歴の一部を表すデータが上記小容量記憶装置に記憶される（前処理レンダリング（ｒｅｎｄｅｒｉｎｇ）過程、ステップＳＰ２）。これにより、デザイナ等は、表示装置上に表示された描画像を検討し、必要ならば上記描画像の変更を決定する（ステップＳＰ３）。ここで、レンダリングとは、３次元空間内の環境や、そこに置かれたモデリングされた幾何学的な立体の質感などの輝度計算を行い、画像を生成することをいう。
【０００５】
ステップＳＰ３における変更がＢＳＤＦの変更である場合には、上記データベースから少なくとも１つのＢＳＤＦが選択され、上記選択されたＢＳＤＦと上記物体のＢＳＤＦとを含む２つ又はそれ以上の異なるＢＳＤＦを任意の重み付けにより混合するＢＳＤＦモーフィング（ｍｏｒｐｈｉｎｇ）により、質感を含む光学的特徴について上記物体のＢＳＤＦが変更される（ステップＳＰ４）。ここで、質感とは、つるつるやザラザラ、あるいは半透明等の材質の違いなどから受ける感じをいう。そして、この変更されたＢＳＤＦ及びステップＳＰ２において形成された光線履歴の一部を表すデータが使用されて場面が描写され、表示装置に表示される。この場合のレンダリング過程は、ステップＳＰ２において形成された光線履歴の一部を表すデータが使用されているので、前処理レンダリング過程よりも高速化されている（高速化レンダリング過程、ステップＳＰ５）。
【０００６】
一方、ステップＳＰ３における変更が物体の位置、方向、形状等の幾何学的情報の変更又は光源についての幾何学的情報の変更である場合には、これらが変更された後（ステップＳＰ６）、この変更を反映するデータに基づいて上記前処理レンダリング過程が繰り返される（ステップＳＰ２へ戻る）。デザイナ等の所望する描画像が表示装置に表示されるまでステップＳＰ４及びＳＰ５の処理が繰り返された後、所望の描画像が表示装置に表示された場合（ステップＳＰ７）、その描画像を描写するのに使用したＢＳＤＦ又はその描画像の場面を大規模記憶装置に記憶する（ステップＳＰ８）（例えば、特許文献１参照。）。以下、この技術を第２の従来例と呼ぶ。
【０００７】
【特許文献１】
特開平１０−２４７２５６号公報（第６−７頁、第１１−１４頁、図１、図９）
【非特許文献１】
アドビシステムズ株式会社（Ａｄｏｂｅ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ）著、「Ａｄｏｂｅ  Ｐｈｏｔｏｓｈｏｐ  ５．０  ユーザガイド（Ｍａｃｉｎｔｏｓｈ／Ｗｉｎｄｏｗｓ（登録商標）版）」、アドビシステムズ株式会社、１９９８年、ｐ．１０５〜１３３，ｐ．２５９〜２８８
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記した第１の従来例では、質感を変更したい対象だけを自動的に選択することが難しいため、マウス等のポインティングデバイスを用いて手動で質感変更の対象が描写されている範囲を指定してやらなければならない場合が多く、操作性が良くない。また、上記した第１の従来例では、質感を拡散光成分と、正反射光成分と、透過光成分とに分離して色調補正をすることはできない。このため、例えば、図２１に示すように、質感変更の対象（物体Ａ）が他の物体（物体Ｂ）に映り込んでいた場合、物体Ａの質感を変更してもその映り込みまで色調の変更が追従しないため、映り込みが描写されている範囲も手動で選択しなければならないが、映り込みは歪んでいたり、かすかであったりするために、その部分だけが描写されている範囲を選択することは難しい。さらに、上記した第１の従来例では、他の物体（物体Ａ）が映り込んだ側の物体（物体Ｂ）の色調を変更すると、「物体Ａの映り込み」の色調まで変化してしまう。これに対して、物体Ａの色調を変化させても、物体Ｂに映り込んだ「物体Ａの映り込み」の色調は変化しない。この結果、自然な色調補正ができないという欠点があった。
【０００９】
また、上記した第２の従来例では、光線追跡計算や直接照度計算を行わない高速化レンダリング過程を行っているので、デザイナ等が物体の意匠設計において質感の変更をコンピュータ上でほぼ対話的に行うことができる。しかし、リアルタイムでの処理まではできないという欠点があった。意匠設計は、たぶんに直感的な要素が強いため、リアルタイム性が強く要求されるので、上記した第２の従来例では、デザイナ等に良好な意匠設計環境を提供しているとは言いがたい。
以上説明した不都合は、背景の変更や背景の色調補正についても同様にあてはまる。
さらに、上記した第１及び第２の従来例には、例えば、自動車のヘッドライトやテールランプなど、部分的に光線を照射する部分光源が存在する場合、その部分光源の点滅が意匠設計にどのような影響を与えるかについては何ら開示も示唆もされていない。
【００１０】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、第１の目的は、リアルタイムで意匠設計対象の物体の質感や背景の色調補正をすることができるコンピュータ・グラフィックス装置及び意匠設計プログラムを得るものである。
また、第２の目的は、部分的に光線を照射する部分光源が存在する場合にその部分光源の点滅が意匠設計に与える影響を考慮することができるコンピュータ・グラフィックス装置及び意匠設計プログラムを得るものである。
さらに、第３の目的は、意匠設計対象の物体の質感を拡散光成分と、正反射光成分と、透過光成分とに分離してリアルタイムで簡単かつ自然な色調補正をすることができるコンピュータ・グラフィックス装置及び意匠設計プログラムを得るものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１記載の発明に係るコンピュータ・グラフィックス装置は、質感と背景とに分けてアイ・レイ・トレーシングにおける輝度計算を行って元画像データを得るレンダリング手段と、上記元画像データをレイヤごとに記憶する画像データ記憶手段と、上記レイヤごとに上記元画像データの色調補正を行って新画像データを得る色調補正手段とを備えていることを特徴としている。
【００１２】
また、請求項２記載の発明に係るコンピュータ・グラフィックス装置は、部分的に光線を照射する部分光源の影響を受ける物体について、上記物体表面又は画像が表示されると想定される仮想的なスクリーン上を格子状に分割した場合の各格子における視点方向への輝度分布が記憶される輝度バッファのマッピングを行うマッピング手段と、上記部分光源から出射されたライト・レイが上記輝度バッファに交差した点での上記視点方向から見た輝度計算結果を上記輝度バッファに記憶するライト・レイ・トレーシングを行うライト・レイ・トレーシング手段と、質感と背景と上記輝度バッファとに分けてアイ・レイ・トレーシングにおける輝度計算を行って元画像データを得るレンダリング手段と、上記元画像データをレイヤごとに記憶する画像データ記憶手段と、上記レイヤごとに上記元画像データの色調補正を行って新画像データを得るとともに、上記輝度バッファごとに明度を変更した複数の上記新画像データを得る色調補正手段と、上記輝度バッファごとの複数の新画像データを連続的に表示して上記部分光源の点滅アニメーションを実行する点滅アニメーション実行手段とを備えていることを特徴としている。
【００１３】
また、請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載のコンピュータ・グラフィックス装置に係り、上記レンダリング手段は、上記質感について、拡散光成分、正反射光成分、正透過光成分に分離して上記元画像データを得ることを特徴としている。
【００１４】
また、請求項４記載の発明は、請求項１乃至３のいずれか１に記載のコンピュータ・グラフィックス装置に係り、上記元画像データは、１個のピクセルを構成する赤データ、緑データ、青データがそれぞれ所定ビットの絶対値で表現された広範囲輝度画像データであることを特徴としている。
【００１５】
また、請求項５記載の発明は、請求項１乃至４のいずれか１に記載のコンピュータ・グラフィックス装置に係り、上記色調補正手段は、明度補正及び色度補正を行うことを特徴としている。
【００１６】
また、請求項６記載の発明は、請求項５記載のコンピュータ・グラフィックス装置に係り、上記色調補正手段は、線形明度補正又はガンマ明度補正を行うことを特徴としている。
【００１７】
また、請求項７記載の発明に係る意匠設計プログラムは、コンピュータに請求項１乃至６のいずれか１に記載の機能を実現させることを特徴としている。
【００１８】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１におけるコンピュータ・グラフィックス装置を示すものである。
この例のコンピュータ・グラフィックス装置は、制御部１と、操作部２と、表示部３と、記憶部４とから構成されている。
制御部１は、ＣＰＵ（中央処理装置）等からなり、記憶部４を構成するプログラム記憶部４ａ（図２参照）に記憶された意匠設計プログラム等の各種プログラムを実行することにより、意匠設計処理その他の処理を実行し、装置全体を制御する。すなわち、例えば、意匠設計プログラムが記憶部４を構成するプログラム記憶部４ａから読み出されると、制御部１に読み込まれ、制御部１の動作を制御する。制御部１は、意匠設計プログラムが起動されると、意匠設計プログラムの制御により、後述する意匠設計処理を実行するのである。操作部２は、テンキー、エンターキー、あるいはファンクションキー等からなるキーボードや、マウス、タッチパッド、あるいはペンデバイス等のポインティングデバイスなどを有する。表示部３は、ＣＲＴディスプレイ、液晶ディスプレイ、あるいはプラズマディスプレイなどからなる。
【００１９】
記憶部４は、ＲＯＭやＲＡＭ等の半導体メモリ、ＦＤ（フロッピー（登録商標）・ディスク）が装着されるＦＤドライブ、ＨＤ（ハード・ディスク）が装着されるＨＤドライブ、ＭＯ（光磁気）ディスクが装着されるＭＯディスクドライブ、あるいはＣＤ（コンパクト・ディスク）−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ（Ｒｅｃｏｒｄａｂｌｅ）、ＣＤ−ＲＷ（ＲｅＷｒｉｔａｂｌｅ）やＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−Ｒ、ＤＶＤ−ＲＷ等が装着されるＣＤ／ＤＶＤドライブ等からなる。記憶部４は、図２に示すように、プログラム記憶部４ａと、ワーキング記憶部４ｂと、画像データ記憶部４ｃとから構成されている。プログラム記憶部４ａは、ＲＯＭやＨＤが装着されたＨＤドライブからなり、上記した制御部１が実行すべき意匠設計プログラムその他の各種プログラムが予め記憶されている。ワーキング記憶部４ｂは、ＲＡＭからなり、制御部１が上記した意匠設計プログラムその他の各種プログラムを実行する際に作業用として用いられる。
【００２０】
画像データ記憶部４ｃは、ＨＤが装着されたＨＤドライブや、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ又はＤＶＤ−Ｒ、ＤＶＤ−ＲＷ等が装着されたＣＤ／ＤＶＤドライブからなり、以下に示す画像データが記憶される。この画像データは、レンダリングされ、各レイヤごとにライブラリ化された元画像データと、表示部３に表示するために正規化された正規化画像データとからなる。元画像データは、光線追跡（レイ・トレーシング）における輝度計算を、意匠の設計対象である物体の質感（拡散光成分、正反射光成分、透過光成分）と、上記物体の背景と、部分光源が存在する場合にはその部分光源とについて、それぞれレイヤに分けて広範囲（ＨＤＲ：Ｈｉｇｈ  Ｄｙｎａｍｉｃ  Ｒａｎｇｅ）輝度画像データとしたものである。
【００２１】
ここで、輝度は、光源や物体等の輝いている程度を表しており、光源面（観察面）からある方向への光度［ｃｄ］（カンデラ）を、観察方向への光源面の見かけ上の面積（立体角）で除算した値であり、単位は［ｃｄ／ｍｍ２］（カンデラ毎平方ミリメートル）である。この輝度は、物体を観察する方向に依存する、つまり、どの程度の光が視点に入射しているかを示している。また、部分光源とは、例えば、自動車のヘッドライトやテールランプなど、部分的に光線を照射する光源をいう。さらに、ＨＤＲ輝度画像データとは、１個のピクセルを構成する赤（Ｒ）データ、緑（Ｇ）データ、青（Ｂ）データが、例えば、それぞれ３２ビットの単精度浮動小数点型（ＦＬＯＡＴ型）の絶対値［ｃｄ／ｍｍ２］で表現された合計９６ビットの画像データをいう。このＨＤＲ輝度画像データを用いることにより、従来より広範囲の輝度を有する画像を取り扱うことができ、強い光の飽和などを表現することができる。また、「正規化」とは以下に示すことを意味する。すなわち、通常、輝度の値［ｃｄ／ｍｍ２］は、０〜∞［ｃｄ／ｍｍ２］の値を持つが、画像をディスプレイに表示するためには、画像データの輝度の値［ｃｄ／ｍｍ２］を、ディスプレイの表示可能範囲の輝度に強制的に、例えば、０〜２５５［無次元（ｄｉｍｅｎｓｉｏｎｌｅｓｓ）］又は０．０〜１．０［無次元（ｄｉｍｅｎｓｉｏｎｌｅｓｓ）］に変換しなければならない。このように画像データの輝度の値を変換することを正規化という。この例においては、後述するように、「０〜２５５［無次元（ｄｉｍｅｎｓｉｏｎｌｅｓｓ）］」の値への変換を行う。
【００２２】
元画像データは、以下に示すようにレイヤ分けされる。
（１）  質感画像レイヤ
意匠設計の対象である物体の質感ごとに１〜ｎ（ｎは自然数）枚のＨＤＲ輝度画像データからなるレイヤである。ＨＤＲ輝度画像データを構成する各ピクセルの赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の輝度は、例えば、０．０〜３．４０２８２３４６６ｅ３８［ｃｄ／ｍｍ２］の値をとる。３．４０２８２３４６６ｅ３８［ｃｄ／ｍｍ２］は、ＦＬＯＡＴ型で表現することができる最大値である。以下、上記範囲内の値をとる輝度をＲＧＢ輝度と呼ぶことにする。
【００２３】
（２）  背景画像レイヤ
背景ごとに１枚のＨＤＲ輝度画像データからなるレイヤである。背景に関する画像データの場合、例えば、風景をデジタルカメラ等により撮影して得た画像データ（以下、背景実画像データという）と、天空光のようにシミュレーション結果からなる画像データ（以下、背景計算画像データ）とからなる。背景実画像データを構成する各ピクセルのＲＧＢの輝度は、正規化されており、その値の範囲は、例えば、０〜２５５［無次元（ｄｉｍｅｎｓｉｏｎｌｅｓｓ）］（正規化輝度）である。一方、背景計算画像データを構成する各ピクセルのＲＧＢの輝度は、上記したＲＧＢ輝度である。
【００２４】
（３）  輝度バッファ画像レイヤ
ライト・レイ・トレーシングによる１〜ｐ枚（ｐは自然数であって、部分光源の数である。）のＨＤＲ輝度画像データからなるレイヤである。部分光源ごとにＨＤＲ輝度画像データからなるレイヤを設けることによって、部分光源ごとの色調補正が可能となる。ここで、ライト・レイ・トレーシングとは、部分光源からレイ（ライト・レイ）を出射して光線追跡して輝度計算する方法をいう。各ＨＤＲ輝度画像データレイヤは、部分光源ごとに別々に設けても良いが、部分光源ごとに別々に色調補正する必要がない場合には、いくつかの部分光源をまとめて一つのＨＤＲ輝度画像データレイヤとしても良い。例えば、意匠設計対象の物体が自動車の場合、部分光源としてはヘッドライト、フォグランプ、テールランプ、ストップランプ、ウインカ等がある。また、輝度バッファとは、観察者の視点から観察対象である物体の表面又はスクリーン上を観察したとき、当該観察対象を格子状に分割した場合の各格子における視線（アイ・レイ）方向への輝度［ｃｄ／ｍｍ２］の分布が記憶されるバッファをいう。なお、物体の表面だけでなく、スクリーン上にも輝度バッファを設けるのは以下に示す理由による。すなわち、各物体表面に輝度バッファを設ける場合、輝度バッファは、部分光源の数に物体の数を乗算して得られた数だけ必要となるが、スクリーン上に輝度バッファを設けた場合には、最大で部分光源の数だけ輝度バッファを設ければ良いからである。これは、物体表面に輝度バッファを設けても、その輝度バッファに記憶されるのは、結局、視線方向への輝度分布であるため、物体表面でなく、視点の前に置かれたスクリーン上に輝度バッファを設けても同じ効果が得られるためである。また、明度を変更したＨＤＲ輝度画像データを複数枚設けた場合、後述する部分光源の点滅アニメーション画像を高速に生成することが可能となる。ここで、スクリーンとは、例えば、表示部３の具体的な表示画面を意味するのではなく、画像が表示されると想定される仮想的なスクリーンを意味する。
【００２５】
次に、上記構成のコンピュータ・グラフィックス装置における意匠設計処理の概略について説明する。まず、意匠設計プログラムがプログラム記憶部４ａから読み出され、制御部１に読み込まれることにより意匠設計プログラムが起動されると、制御部１は、所定の初期化処理を行った後、図３に示すステップＳＡ１の処理へ進む。ステップＳＡ１では、制御部１は、意匠設計対象である物体の形状データの作成及び修正を行うモデリング処理を実行した後、ステップＳＡ２へ進む。今の場合、意匠設計対象の物体は、自動車の車体であるとする。なお、モデリング処理については、この発明と直接関係しないので、その詳細な説明は省略する。ステップＳＡ２では、制御部１は、意匠設計対象の物体への輝度バッファのマッピングを行った後、ステップＳＡ３へ進む。輝度バッファは、部分光源を点滅させるアニメーションを実行した場合に意匠設計対象の物体においてその影響を受ける部分にマッピングする。図４は、意匠設計対象の物体が自動車の車体であり、この自動車が有する部分光源の１つとしてヘッドライトを例としている。ヘッドライトは、ランプと、リフレクタと、レンズとから概略構成されている。そして、部分光源であるランプの点滅により影響を受けるのは、リフレクタ、レンズ及びヘッドライトの照射範囲内に存在する車体の一部等である。そこで、リフレクタ、レンズ及びヘッドライトの照射範囲内に存在する車体の一部等について、輝度バッファＢＢ１〜ＢＢ３等をマッピングする。
【００２６】
ステップＳＡ３では、制御部１は、すべての部分光源についてライト・レイ・トレーシングを行った後、ステップＳＡ４へ進む。図４を例にとると、部分光源であるランプから出射されたレイ（ライト・レイ）が輝度バッファＢＢ１に交差した場合、その点での視点方向から見た輝度計算結果を輝度バッファＢＢ１に記憶する。ステップＳＡ４では、制御部１は、意匠設計の対象である物体を含めた画像全体のレンダリング処理を実行した後、ステップＳＡ５へ進む。このレンダリング処理の詳細については、後述する。ステップＳＡ５では、制御部１は、デザイナ等が操作部２を操作することにより色調補正を指示したか否かを判断する。この判断結果が「ＹＥＳ」の場合には、制御部１は、ステップＳＡ６へ進む。ステップＳＡ６では、制御部１は、意匠設計の対象である物体を含めた画像全体を構成する各レイヤごとに色調補正処理を実行した後、ステップＳＡ７へ進む。この色調補正処理の詳細については後述する。なお、色調補正後の各レイヤごとの画像データを総称するときは新画像データと呼ぶことにする。
【００２７】
一方、ステップＳＡ５の判断結果が「ＮＯ」の場合、すなわち、デザイナ等が操作部２を用いて色調補正を指示しなかった場合には、制御部１は、ステップＳＡ７へ進む。ステップＳＡ５の判断結果が「ＮＯ」となる場合としては、デザイナ等がレンダリング処理により作成され表示部３に表示された画像で満足した場合がある。ステップＳＡ７では、制御部１は、デザイナ等が操作部２を操作することにより部分光源の点滅アニメーションを指示したか否かを判断する。この判断結果が「ＹＥＳ」の場合には、制御部１は、ステップＳＡ８へ進む。ステップＳＡ８では、制御部１は、当該部分光源の点滅アニメーション処理を所定時間（例えば、１０秒間）実行した後、一連の処理を終了する。この点滅アニメーション処理は、後述する色調補正処理において上記所定時間に表示するのに必要な枚数のフレームについて色調補正を変化させて得られた画像を連続して表示部３に表示して行う。例えば、アニメーション処理を行うのに１秒間に３０枚のフレームが必要だとすると、上記所定時間が１０秒間である場合、上記フレームの必要枚数は、３００枚である。一方、ステップＳＡ７の判断結果が「ＮＯ」の場合、すなわち、デザイナ等が操作部２を用いて部分光源の点滅アニメーションを指示しなかった場合には、制御部１は、何もせず、一連の処理を終了する。
【００２８】
次に、レンダリング処理の詳細について、図５及び図６に示すフローチャートと、図７及び図８に示す概念図を参照して説明する。
制御部１は、まず、図５に示すステップＳＢ１へ進み、図７に示す視点ＰＶからスクリーン上のあるピクセル（例えば、質感画像レイヤＦＭＲ１のピクセルＰＡ参照）を通過するレイ（アイ・レイ）を出射した後、ステップＳＢ２へ進む。ステップＳＢ２では、制御部１は、ステップＳＢ１の処理で出射したレイと交差する物体が存在するか否かを調べ、存在する場合には上記レイと当該物体との交点と視点ＰＶとの距離を計算した後、ステップＳＢ３へ進む。ステップＳＢ３では、制御部１は、ステップＳＢ２の処理で検出した交点に存在する物体（交差物）の種類が個別質感、他質感、輝度バッファ、背景のいずれであるかを判定する。ここで、個別質感とは個別に質感を変更すべき交差物の質感をいい、他質感とは個別質感では指定されない他の交差物の質感をいう。今の場合、個別質感として、自動車の車体の質感と、自動車が載置されている屋外近傍に建っているビルの窓ガラス（半透明体）の質感とを考え、他質感として、上記自動車の窓ガラスやタイヤ等の質感を考える。なお、半透明体も個別質感としているのは、アイ・レイの追跡において、反射光と透過光とについても扱えるということを示すためである。したがって、半透明体を考慮する必要がないシーンの場合には、半透明体を個別質感としなくて良い。また、レイは、各個別質感ごとのＲＧＢ輝度Ｒｍ［１〜ｎ］、他質感ごとのＲＧＢ輝度Ｒｏ［１〜ｎ］、上記したライト・レイ・トレーシングで作成した輝度バッファのＲＧＢ輝度Ｒｐ［１〜ｎ］、背景のＲＧＢ輝度Ｒｂというメンバを有している。
【００２９】
そして、ステップＳＢ３の処理で判定した交差物が個別質感である場合には、制御部１は、ステップＳＢ４へ進む。今の場合、個別質感は、自動車の車体の質感（これを個別質感ＦＭ１とする。）と、自動車が載置されている屋外近傍に建っているビルの窓ガラスの質感（これを個別質感ＦＭ２とする。）とである。ステップＳＢ４では、制御部１は、式（１）及び（２）に示す各個別質感における拡散光成分、すなわち、主光源Ｓの各個別質感における反射光成分のＲＧＢ輝度ＬｐｊＦＭｋ（ｊ，ｋは自然数、１≦ｋ≦ｎ）をレイの各個別質感のＲＧＢ輝度Ｒｍ［ｋ］に加算し、その加算結果を対応する質感画像レイヤＦＭＲｋの当該ピクセルの記憶領域に記憶した後、ステップＳＢ８へ進む。ｊはアイ・レイ・トレーシングの全過程に付与された通し番号、ｋは各個別質感に付与された番号である。
Ｌｐ１ＦＭ１（λ）＝βｒ１（θｉＳ１，θｏＳ１，λ）・ＬＳ（λ）・ｃｏｓθｉＳ１・ｄω［ｃｄ／ｍｍ２］  ・・・（１）
Ｌｐ２ＦＭ２（λ）＝βｒ２（θｉＳ２，θｏＳ２，λ）・ＬＳ（λ）・ｃｏｓθｉＳ２・ｄω［ｃｄ／ｍｍ２］  ・・・（２）
【００３０】
式（１）において、Ｌｐ１ＦＭ１（λ）は、アイ・レイ・トレーシングの過程ｐ１（図７参照）で計算された主光源Ｓの個別質感ＦＭ１における反射光成分の輝度であり、主光源Ｓから照射される光束の波長λの関数である。また、βｒ１（θｉＳ１，θｏＳ１，λ）は、個別質感ＦＭ１における反射の輝度率［１／ｓｒ（ステラジアン）］、すなわち、入射した光束［ｌｍ］（ルーメン）が各反射方向に反射した光度（単位立体角あたりの光束）［ｃｄ］の比であり、主光源Ｓの個別質感ＦＭ１への入射角θｉＳ１［ｒａｄ］と、主光源Ｓの個別質感ＦＭ１からの出射角（反射角）θｏＳ１［ｒａｄ］と、上記した波長λの関数である。ＬＳ（λ）は主光源Ｓの輝度、ｄωはレイの微小立体角［ｓｒ］である。同様に、式（２）において、Ｌｐ２ＦＭ２（λ）は、アイ・レイ・トレーシングの過程ｐ２（図７参照）で計算された主光源Ｓの個別質感ＦＭ２における反射光成分の輝度であり、波長λの関数である。また、βｒ２（θｉＳ２，θｏＳ２，λ）は、個別質感ＦＭ２における反射の輝度率［１／ｓｒ］であり、主光源Ｓの個別質感ＦＭ２への入射角θｉＳ２［ｒａｄ］と、主光源Ｓの個別質感ＦＭ２からの出射角（反射角）θｏＳ２［ｒａｄ］と、波長λの関数である。
【００３１】
一方、ステップＳＢ３の処理で判定した交差物が他質感である場合には、制御部１は、ステップＳＢ５へ進む。今の場合、他質感ＯＦＭは、図７に示すように、自動車の窓ガラスやタイヤ等の質感である。ステップＳＢ５では、制御部１は、他質感における拡散光成分、すなわち、主光源Ｓの他質感における反射光成分のＲＧＢ輝度ＬｐｊＯＦＭ（ｊは自然数）をレイの他質感のＲＧＢ輝度ＲＯに加算し、その加算結果を他質感画像レイヤＯＦＭＲの当該ピクセルの記憶領域に記憶した後、ステップＳＢ８へ進む。ｊはアイ・レイ・トレーシングの全過程に付与された通し番号である。
【００３２】
また、ステップＳＢ３の処理で判定した交差物が輝度バッファである場合には、制御部１は、ステップＳＢ６へ進む。今の場合、輝度バッファは、図７に示す部分光源としてのヘッドライトＬＳ１、フォグランプ（図示略）、テールランプＬＳ２、ストップランプ（図示略）、ウインカ（図示略）ごとに設けられている。ステップＳＢ６では、制御部１は、すべての部分光源についてアイ・レイ・トレーシングを行った後、ステップＳＢ８へ進む。例えば、図４を例にとると、視点から出射されたレイ（アイ・レイ）が輝度バッファＢＢ３に交差した場合、輝度バッファＢＢ３に記憶されている輝度計算結果ＬＬＳ３をレイの輝度バッファのＲＧＢ輝度Ｒｐに加算し、その加算結果を対応する輝度バッファ画像レイヤＬＳＲｘの当該ピクセルの記憶領域に記憶した後、ステップＳＢ８へ進む。ｘは輝度バッファに付与された番号である。図７では、ヘッドライトＬＳ１の輝度バッファ画像レイヤＬＳＲ１と、テールランプＬＳ２の輝度バッファ画像レイヤＬＳＲ２とを示している。
【００３３】
また、ステップＳＢ３の処理で判定した交差物が背景である場合には、制御部１は、ステップＳＢ７へ進む。ステップＳＢ７では、制御部１は、図７に示す背景ＢのＲＧＢ輝度Ｌｐｊｂ（ｊは自然数）をレイのＲＧＢ輝度Ｒｂに加算し、その加算結果を背景画像レイヤＢＲ（図７参照）の当該ピクセルの記憶領域に記憶した後、ステップＳＢ８へ進む。ｊはアイ・レイ・トレーシングの全過程に付与された通し番号である。ステップＳＢ８では、制御部１は、レイのすべての画像レイヤにおいて、正反射方向のＲＧＢ輝度ＬＲＲ及び正透過方向のＲＧＢ輝度ＬＲＴをレイのＲＧＢ輝度ＬＩに加算した後、ステップＳＢ９へ進む。
【００３４】
ステップＳＢ９では、制御部１は、当該交差物が正反射又は正透過がある物体の場合には、正反射方向又は正透過方向を求めてこれらの方向を視線とみなし、当該交点から正反射方向又は正透過方向にレイを出射した後、図６に示すステップＳＢ１０へ進む。ステップＳＢ１０では、制御部１は、レイの追跡深さＲＴＤが所定回数ＣＤ以下であるか否かを判断する。ここで、所定回数ＣＤは、レンダリングの対象物の種類によって異なり、例えば、対象物が自動車の車体の場合は１〜５回程度、対象物が自動車のヘッドライトを構成するレンズやリフレクタ等の光を多重反射するものである場合は５〜８回程度とする。この判断結果が「ＹＥＳ」の場合には、制御部１は、図５に示すステップＳＢ２へ戻り、上記したステップＳＢ２〜ＳＢ９の処理を繰り返す。
【００３５】
この２回目のループのステップＳＢ４では、各個別質感における正反射光成分及び正透過光成分のＲＧＢ輝度ＬｐｊＦＭｋ（λ）が求められるので、以下式（３）〜式（６）で表す。
Ｌｐ３ＦＭ２（λ）＝βｒ１（θｉｒ１，θｏｒ１，λ）・Ｌｐ２ＦＭ２（λ）・ｃｏｓθｉｒ１・ｄω  ［ｃｄ／ｍｍ２］  ・・・（３）
Ｌｐ３Ｂ（λ）＝βｒ１（θｉｒ１，θｏｒ１，λ）・（Ｌｐ４Ｂ（λ）＋Ｌｐ５Ｂ（λ））・ｃｏｓθｉｒ１・ｄω  ［ｃｄ／ｍｍ２］  ・・・（４）
Ｌｐ４Ｂ（λ）＝βｒ２（θｉｒ２，θｏｒ２，λ）・ＬＢ１（λ）・ｃｏｓθｉｒ２・ｄω  ［ｃｄ／ｍｍ２］  ・・・（５）
Ｌｐ５Ｂ（λ）＝βｔ２（θｉｔ２，θｏｔ２，λ）・ＬＢ２（λ）・ｃｏｓθｉｔ２・ｄω  ［ｃｄ／ｍｍ２］  ・・・（６）
【００３６】
式（３）において、Ｌｐ２ＦＭ２（λ）は、アイ・レイ・トレーシングの過程ｐ３（図７参照）で計算された個別質感ＦＭ２からのレイの個別質感ＦＭ１における正反射光成分の輝度であり、波長λの関数である。また、βｒ１（θｉｒ１，θｏｒ１，λ）は、個別質感ＦＭ１における反射の輝度率［１／ｓｒ］であり、個別質感ＦＭ１における正反射光の入射角θｉｒ１［ｒａｄ］と、個別質感ＦＭ１からの正反射光の出射角（反射角）θｏｒ１［ｒａｄ］と、波長λの関数である。Ｌｐ２ＦＭ２（λ）は上記した式（２）で表される過程ｐ２（図７参照）で計算された主光源Ｓの個別質感ＦＭ２における反射光成分のＲＧＢ輝度である。同様に、式（４）において、Ｌｐ３Ｂ（λ）は、アイ・レイ・トレーシングの過程ｐ３（図７参照）で計算された背景Ｂからのレイの個別質感ＦＭ１における正反射光成分の輝度であり、波長λの関数である。また、Ｌｐ４Ｂ（λ）は式（５）で表される過程ｐ４（図７参照）で計算された背景からのレイの個別質感ＦＭ２における正反射光成分の輝度、Ｌｐ５Ｂ（λ）は式（６）で表される過程ｐ５（図７参照）で計算された背景からのレイの個別質感ＦＭ２における正反射光成分の輝度である。
【００３７】
また、式（５）において、βｒ２（θｉｒ２，θｏｒ２，λ）は、個別質感ＦＭ２における反射の輝度率［１／ｓｒ］であり、個別質感ＦＭ２における正反射光の入射角θｉｒ２［ｒａｄ］と、個別質感ＦＭ２からの正反射光の出射角（反射角）θｏｒ２［ｒａｄ］と、波長λの関数である。ＬＢ１（λ）は背景（環境マップ）の位置ｐｓ１（図７参照）における輝度であり、添え字の「１」は背景の各位置ｐｓに付与された番号である。式（６）において、βｔ２（θｉｔ２，θｏｔ２，λ）は、個別質感ＦＭ２における透過の輝度率［１／ｓｒ］、すなわち、入射した光束［ｌｍ］が各透過方向に透過した光度［ｃｄ］の比であり、個別質感ＦＭ２における正透過光の入射角θｉｔ２［ｒａｄ］と、個別質感ＦＭ２からの正透過光の出射角（透過角）θｏｔ２［ｒａｄ］と、波長λの関数である。ＬＢ２（λ）は背景（環境マップ）の位置ｐｓ２（図７参照）における輝度である。
【００３８】
一方、ステップＳＢ１０の判断結果が「ＮＯ」の場合、すなわち、レイの追跡深さＲＴＤが所定回数ＣＤより大きい場合には、制御部１は、ステップＳＢ１１へ進む。ステップＳＢ１１では、制御部１は、上記したスクリーンを構成するすべてのピクセルについてアイ・レイ・トレーシングを終了したか否かを判断する。この判断結果が「ＮＯ」の場合には、制御部１は、図５に示すステップＳＢ１へ戻り、上記したステップＳＢ１〜ＳＢ１０の処理を繰り返す。一方、ステップＳＢ１１の判断結果が「ＹＥＳ」の場合、すなわち、上記したスクリーンを構成するすべてのピクセルについてアイ・レイ・トレーシングを終了した場合には、制御部１は、ステップＳＢ１２へ進む。ステップＳＢ１２では、制御部１は、すべてのレイのすべての画像レイヤから１枚の合成画像（図８に示す合成画像ＡＲ参照）を合成した後、ステップＳＢ１３へ進む。ステップＳＢ１３では、制御部１は、図８に示すように、合成画像ＡＲを正規化して正規化画像ＡＮＲを作成した後、ステップＳＢ１４へ進む。ステップＳＢ１４では、制御部１は、記憶部４を構成する画像データ記憶部４ｃの所定の記憶領域に正規化画像ＡＮＲを記憶した後、図３に示すフローチャートに戻り、ステップＳＡ５へ進む。
【００３９】
次に、色調補正処理の詳細について説明する。ここで、色調補正とは、明度補正（明るさ補正）と色度補正（色補正）との両方を含んで色調（色合）を補正することをいう。明度補正とは、色をＹｘｙ表色系で表現した場合、色度（色味）を変化させることなく、上記値Ｙ、すなわち、明度（明るさ）のみを補正することをいう。今、Ｙｘｙ表色系と、後述するＸＹＺ表色系、Ｌａｂ表色系及びマンセル表色系とについてまとめて説明する。色は元来、主観的なものであるが、色の観察条件を特定化することにより、色を客観化し、色を定量的（心理物理量）に表現することができる。任意に与えられた色に等しく見える色をつくること、又は、二つの色が同じ色に見えることを等色という。ヤング−ヘルムホルツの三原色説によれば、任意の色は三原色を用いて必ず等色とすることができる。そこで、加法混色に用いる三原色の各単位量の物理的特性と、色を観察する条件とを標準化して定めておけば、与えられた色を等色するのに必要な三原色の量で、その色が定義できる。この場合の等色に必要な三原色の量を、その色の刺激値という。三刺激値は心理物理量であるから、これらによって表現される色を心理物理的な色という。心理物理的な色は、一般に、ＣＩＥ（Ｃｏｍｍｉｓｓｉｏｎ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌｅ  ｄｅ  ｌ’Ｅｃｌａｉｒａｇｅ（国際照明委員会））表色系に基づく三刺激値Ｘ、Ｙ、Ｚの値で表現されるので、ＣＩＥ表色系をＸＹＺ表色系とも呼ぶ。なお、Ｒ、Ｇ、ＢからＸＹＺ表色系への変換は、式（７）で表される。
【００４０】
【数１】
2004246460.tif 000003
【００４１】
ＸＹＺ表色系により表示された色の相互関係を表現するために色度座標ｘ、ｙ、ｚ、を式（８）〜式（１１）より求め、Ｙｘｙで表わされた表色系をＹｘｙ表色系という。Ｙは明度、あるいは輝度率を表わし、ｘｙは色度を表わす。
ｘ＝Ｘ／（Ｘ＋Ｙ＋Ｚ）  ・・・（８）
ｙ＝Ｙ／（Ｘ＋Ｙ＋Ｚ）  ・・・（９）
ｚ＝Ｚ／（Ｘ＋Ｙ＋Ｚ）  ・・・（１０）
ｘ＋ｙ＋ｚ＝１  ・・・（１１）
【００４２】
ところで、物体の色がどんな色であるか正確に定めるために色の座標を絶対値的に扱うことも重要であるが、標準色に対して試料色がどういう位置関係にあるか、あるいは標準色と試料色との間に差がないのか、もしあるならばどの位の差なのか等、相対的な関係を把握することが重要である場合がある。このような二色間の差（色差）の量を表すのに作成された色を表現するための座標系を均等色空間（ＵＣＳ：Ｕｎｉｆｏｒｍ  Ｃｏｌｏｒ  Ｓｐａｃｅ）という。均等色空間とは、人に知覚される色差ができるだけ均等になるように定めた色空間をいう。Ｌａｂ表色系は、そのような均等色空間の一つである。Ｌａｂ表色系は、式（１２）〜式（１４）で表される。
【００４３】
【数２】
2004246460.tif 000004
【００４４】
【数３】
2004246460.tif 000005
【００４５】
【数４】
2004246460.tif 000006
【００４６】
式（１２）〜式（１４）において、Ｘ、Ｙ、Ｚは対象とする物体の色の三刺激値、Ｘｎ、Ｙｎ、Ｚｎは照明に用いた光源の標準光の三刺激値であり、Ｙｎ＝１００と規格化される。Ｌ＊は明度を表わし、ａ＊、ｂ＊は色座標を表わす。
【００４７】
最後に、マンセル表色系は、アメリカの画家であり、色彩の教育者であったＡ．Ｈ．Ｍｕｎｓｅｌｌ氏が創案した表色系であり、色を３属性、色相（ＨＵＥ）、明度（ＶＡＬＵＥ）、彩度（ＣＨＲＯＭＡ）でとらえ、それぞれに数字を配したスケールに配列し、記号化したものである。このマンセル表色系では、１つの円（色相環）の円周上に円を５等分するように、Ｒ（赤）、Ｙ（黄色）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）、Ｐ（紫）の５つの色を配列し、これを基本色相とし、さらにそれらの間を分割して１００色相としている。色相は、有彩色で色を他の色と区別するよりどころとなる色の属性であり、赤み、黄み、青みなどをいう。明度は、各色相の明るさを示す属性であり、黒（０）から白（１０）までの明るさを１１段階に分割して表現する。彩度は、色の鮮やかさの程度を示す属性であり、各色相、明度ごとに無彩色（灰色）からもっとも鮮やかな色までを等間隔で区切り数字で表現する。
【００４８】
また、色度補正とは、色をＹｘｙ表色系で表現した場合、明度（明るさ）を変化させることなく、上記色度ｘ及び上記色度ｙ、すなわち、色度（色味）のみを補正することをいう。
上記したように、各画像レイヤには、ＲＧＢ輝度［ｃｄ／ｍｍ２］が記憶されているが、このＲＧＢ輝度を表示部３に表示するためには、例えば、０から２５５までの無次元（ｄｉｍｅｎｓｉｏｎｌｅｓｓ）の値を有するＲＧＢ正規化輝度に明度補正する必要がある。また、ＲＧＢ正規化輝度とは、無次元の正規化輝度にＲＧＢの色情報を付加したものであり、Ｒ、Ｇ、Ｂそれぞれ、例えば、整数（８ビット）で表現される。明度補正の方法には、一般に、線形明度補正、非線形明度補正（ガンマ（γ）補正、対数関数補正、指数関数補正、ヒストグラム補正等）による方法があるが、この例では調整が容易であり表示される画像も比較的自然である線形明度補正とガンマ補正とを採用する。
【００４９】
以下、線形明度補正及びガンマ補正について説明する。
（１）線形明度補正
線形明度補正の場合、ＲＧＢ輝度［ｃｄ／ｍｍ２］からＲＧＢ正規化輝度［無次元（ｄｉｍｅｎｓｉｏｎｌｅｓｓ）］への変換は、図９に示すように、式（１５）を用いて行う。
Ｌｄ＝（Ｉｍａｘ−Ｉｍｉｎ）・（Ｌ−Ｌｍｉｎ）／（Ｌｍａｘ−Ｌｍｉｎ）＋Ｉｍｉｎ  ・・・（１５）
式（１５）において、Ｌｄは変換後のＲＧＢ正規化輝度［無次元（ｄｉｍｅｎｓｉｏｎｌｅｓｓ）］、ＩｍａｘはＨＤＲ輝度画像データ中の全ピクセルにおける最大値［無次元（ｄｉｍｅｎｓｉｏｎｌｅｓｓ）］、ＩｍｉｎはＨＤＲ輝度画像データ中の全ピクセルにおける最小値［無次元（ｄｉｍｅｎｓｉｏｎｌｅｓｓ）］、Ｌは変換前のＲＧＢ輝度［ｃｄ／ｍｍ２］、Ｌｍａｘは利用する輝度範囲の最大値、Ｌｍｉｎは利用する輝度範囲の最小値である。なお、図９において、Ｌ’は式（１６）で表される。
Ｌ’＝（Ｌ−Ｌｍｉｎ）／（Ｌｍａｘ−Ｌｍｉｎ）  ・・・（１６）
【００５０】
輝度Ｌを刺激値Ｙ［無次元（ｄｉｍｅｎｓｉｏｎｌｅｓｓ）］として計算すると、式（１７）〜式（１９）に示すように、変換前のＲＧＢ輝度Ｒ、Ｇ、ＢはＹｘｙ表色系で表される。
（Ｒ，Ｇ，Ｂ）→（Ｙ，ｘ，ｙ）  ・・・（１７）
Ｙ０＝（Ｉｍａｘ−Ｉｍｉｎ）・（Ｌ−Ｌｍｉｎ）／（Ｌｍａｘ−Ｌｍｉｎ）＋Ｉｍｉｎ  ・・・（１８）
（Ｙ０，ｘ，ｙ）→（Ｒ０，Ｇ０，Ｂ０）  ・・・（１９）
また、輝度ＬをＲ、Ｇ、Ｂの各輝度の総和（Ｒ＋Ｇ＋Ｂ）又は最大値ＭＡＸ（Ｒ，Ｇ，Ｂ）として計算すると、式（２０）が求められる。
（Ｒ０，Ｇ０，Ｂ０）＝｛（Ｉｍａｘ−Ｉｍｉｎ）・（Ｌ−Ｌｍｉｎ）／（Ｌｍａｘ−Ｌｍｉｎ）＋Ｉｍｉｎ｝・（Ｒ，Ｇ，Ｂ）／Ｌ  ・・・（２０）
式（１９）及び式（２０）においてＲ０、Ｇ０、Ｂ０はそれぞれ変換後のＲＧＢ正規化輝度、式（１９）においてＹ０は変換後の刺激値［無次元（ｄｉｍｅｎｓｉｏｎｌｅｓｓ）］である。そして、図９に示すように、Ｉｍａｘ、Ｉｍｉｎ、Ｌｍａｘ、Ｌｍｉｎを変更することにより明度を調整する。
【００５１】
（２）ガンマ補正
ガンマ補正には、式（２１）を用いる。
（Ｒｇ，Ｇｇ，Ｂｇ）＝（Ｌ／ＬＭＡＸ）１．０／γ・（Ｒ０，Ｇ０，Ｂ０）  ・・・（２１）
式（２１）において、（Ｒｇ，Ｇｇ，Ｂｇ）はガンマ補正後のＲＧＢ正規化輝度、Ｌは補正前のＲＧＢ輝度［ｃｄ／ｍｍ２］、ＬＭＡＸは輝度画像中の最大輝度［ｃｄ／ｍｍ２］、γはデザイナ等が指定するガンマ補正値である。γが１．０より大きい場合には図１０に基づいてガンマ補正し、γが１．０より小さい場合には図１１に基づいてガンマ補正する。
【００５２】
次に、色度補正について説明する。
ＨＤＲ輝度画像データは、ＲＧＢ輝度で画像データ記憶部４ｃに記憶されているため、一度ＸＹＺ表色系に変換した後、ＸＹＺ表色系から以下に示す各表色系に変換することにより色度を補正することができる。
（Ａ）ＸＹＺ表色系からＹｘｙ表色系への変換
Ｙ値（明度）の値をそのままで、ｘｙ値（色度）を全ピクセルに対して変化させることにより色度を変更することができる。色度を変更した後、Ｙｘｙ表色系から一旦ＸＹＺ表色系に変換した後、ＲＧＢ輝度に変換する。
（Ｂ）ＸＹＺ表色系からＬａｂ表色系への変換
Ｌ＊値（明度）の値をそのままで、ａ＊ｂ＊値（色座標）を変更する。色度を変更した後、Ｙｘｙ表色系から一旦ＸＹＺ表色系に変換した後、ＲＧＢ輝度に変換する。
（Ｃ）ＸＹＺ表色系からマンセル表色系への変換
マンセル表色系で明度の値はそのままで、彩度、色相のみを変化させる。色度を変更した後、マンセル表色系から一旦ＸＹＺ表色系に変換した後、ＲＧＢ輝度に変換する。
【００５３】
次に、この例のコンピュータ・グラフィックス装置における色調補正処理について、図１２に示すフローチャートと、図１３に示す概念図とを参照して説明する。
制御部１は、まず、図１２に示すステップＳＣ１へ進み、デザイナ等が操作部２を操作することにより指定した色調補正をする対象が個別質感、他質感、輝度バッファ、背景のいずれであるかを判定する。そして、ステップＳＣ１の処理で判定した補正対象が個別質感である場合には、制御部１は、ステップＳＣ２へ進む。今の場合、個別質感は、個別質感ＦＭ１と個別質感ＦＭ２とである。ステップＳＣ２では、制御部１は、質感画像レイヤに記憶されている各個別質感ごとのＨＤＲ輝度画像データについて、デザイナ等が操作部２を操作することにより指示した色調補正、すなわち、上記した明度補正及び上記した色度補正を行い、その結果を画像データ記憶部４ｃの所定の記憶領域に記憶した後、ステップＳＣ６へ進む。図１３には、個別質感ＦＭ１の質感画像レイヤＦＭＲ１のみを示している。
【００５４】
一方、ステップＳＣ１の処理で判定した補正対象が他質感である場合には、制御部１は、ステップＳＣ３へ進む。今の場合、他質感ＯＦＭは、図７に示すように、自動車の窓ガラスやタイヤ等の質感である。ステップＳＣ３では、制御部１は、質感画像レイヤに記憶されている他質感のＨＤＲ輝度画像データについて、デザイナ等が操作部２を操作することにより指示した色調補正、すなわち、上記した明度補正及び上記した色度補正を行い、その結果を画像データ記憶部４ｃの所定の記憶領域に記憶した後、ステップＳＣ６へ進む。図１３には、他質感ＯＦＭの質感画像レイヤＯＦＭＲを示している。
【００５５】
また、ステップＳＣ１の処理で判定した補正対象が輝度バッファである場合には、制御部１は、ステップＳＣ４へ進む。今の場合、輝度バッファは、図７に示す部分光源としてのヘッドライトＬＳ１、フォグランプ（図示略）、テールランプＬＳ２、ストップランプ（図示略）、ウインカ（図示略）ごとに設けられている。ステップＳＣ４では、制御部１は、輝度バッファ画像レイヤに記憶されている各部分光源ごとのＨＤＲ輝度画像データについて、デザイナ等が操作部２を操作することにより指示した色調補正、すなわち、上記した明度補正及び上記した色度補正を行い、その結果を画像データ記憶部４ｃの所定の記憶領域に記憶した後、ステップＳＣ６へ進む。図１３には、部分光源ＬＳ１の輝度バッファ画像レイヤＬＳＲ１及び部分光源ＬＳ２の輝度バッファ画像レイヤＬＳＲ２のみを示している。この場合、上記したステップＳＡ８の処理（図３参照）において部分光源の点滅アニメーション処理を行う場合に備えて、必要枚数（例えば、３００枚）のフレームごとに明度を変化させたＨＤＲ輝度画像データを作成する。
【００５６】
また、ステップＳＣ１の処理で判定した補正対象が背景である場合には、制御部１は、ステップＳＣ５へ進む。ステップＳＣ５では、制御部１は、背景画像レイヤに記憶されている背景ごとのＨＤＲ輝度画像データについて、デザイナ等が操作部２を操作することにより指示した色調補正、すなわち、上記した明度補正及び上記した色度補正を行い、その結果を画像データ記憶部４ｃの所定の記憶領域に記憶した後、ステップＳＣ６へ進む。図１３には、山とホテルからなる背景Ｂと、この背景Ｂが自動車の車体に映り込んだ背景映り込みＢＲＥとからなる背景画像レイヤＢＲを示している。
【００５７】
ステップＳＣ６では、制御部１は、すべてのレイのすべての画像レイヤから１枚の画像（図１３に示す合成画像ＡＲ参照）を合成した後、ステップＳＣ７へ進む。ステップＳＣ７では、制御部１は、図１３に示すように、合成画像ＡＲを正規化して正規化画像ＡＮＲを作成し、表示部３に表示した後、ステップＳＣ８へ進む。ステップＳＣ８では、制御部１は、デザイナ等が操作部２を操作することにより再度の色調補正を指示したか否かを判断する。この判断結果が「ＹＥＳ」の場合、すなわち、デザイナ等が表示部３に表示された色調補正後の画像に満足せず、操作部２を操作して再度の色調補正を指示した場合には、制御部１は、ステップＳＣ１へ戻り、上記したステップＳＣ１〜ＳＣ７の処理を繰り返す。一方、ステップＳＣ８の判断結果が「ＮＯ」の場合、すなわち、デザイナ等が表示部３に表示された色調補正後の画像に満足したために操作部２を操作して再度の色調補正を指示しなかった場合には、制御部１は、ステップＳＣ９へ進む。ステップＳＣ９では、制御部１は、画像データ記憶部４ｃの所定の記憶領域に正規化画像ＡＮＲを記憶した後、図３に示すフローチャートに戻り、ステップＳＡ７へ進む。
【００５８】
このように、この例の構成によれば、アイ・レイ・トレーシングにおける輝度計算を、質感（拡散光成分、正反射光成分、正透過光成分）と、背景と、ライト・レイ・トレーシングによる輝度バッファとに画像レイヤに分けて行い、画像レイヤごとにＨＤＲ輝度画像データとして画像データ記憶部４ｃに記憶している。また、各画像レイヤに対して個別に色調補正を行って各画像レイヤごとにライブラリ化している。このため、この例の構成によれば、質感変更、背景変更の高速化、単位系の異なる輝度（［ｃｄ／ｍｍ２］又は［無次元（ｄｉｍｅｎｓｉｏｎｌｅｓｓ）（例えば、０〜２５５）］）の可視化、光の飽和を表現することができる。上記した第２の従来例では、物体の質感を変更する際には、図２０に示すステップＳＰ５のように質感の光散乱特性を変更して再度レンダリング処理を行う必要があるが、この例の構成によれば、質感の色調変更は２次元の画像処理として行っているため、質感の光散乱特性を変更するためのアイ・レイ・トレーシングを行うことなく質感の色調を変更することができる。また、アイ・レイ・トレーシングを行うことなく、背景の変更をすることができる。
【００５９】
ここで、図１４〜図１７に上記構成のコンピュータ・グラフィックス装置を用いて意匠設計した自動車の画像の一例を示すとともに、図１８及び図１９に第２の従来例によるコンピュータ・グラフィックス装置を用いて意匠設計した自動車の画像の一例を示す。図１４は上記構成の装置を用いてモデリング処理及びレンダリング処理（図３に示すＳＡ１及びＳＡ４参照）を行って作成した元の画像（車体色：赤）をモノクロスキャナで読みとった画像（モノクロ画像）、図１５は図１４に示す元の画像（車体色：赤）の車体色を緑色に色調変更して得られた画像のモノクロ画像である。また、図１６は図１４に示す元の画像（車体色：赤）の車体色を青色に色調変更して得られた画像のモノクロ画像、図１７は図１４に示す元の画像（車体色：赤）の車体色を黒色に色調変更して得られた画像のモノクロ画像である。一方、図１８は第２の従来例による装置を用いて作成された黄金色の車体色の画像のモノクロ画像、図１９は図１８に示す画像の車体色を紫色に色調変更して得られたモノクロ画像である。
【００６０】
図１４〜図１９はいずれもモノクロ画像であるため、精密な判断は難しいが、明らかな相異はないと思われる。第２の従来例においては、上記したように、高速化されてはいても光線履歴を利用した複雑な計算を用いているために、図１８の画像から図１９の画像をリアルタイムでは得られない。これに対し、この例の装置によれば、質感の光散乱特性を変更せず、２次元の画像処理により、質感の明度（明るさ）及び色度のみを変更しているので、図１４に示す画像から図１５〜図１７に示す画像（縦：６４０ピクセル、横：４８０ピクセル）をリアルタイムで得ることができる。したがって、この例のコンピュータ・グラフィックス装置は、第２の従来例と比較して、色調変更の点で遜色なく、リアルタイム性の点で優位にあるといえる。すなわち、この例のコンピュータ・グラフィックス装置は、デザイナ等に良好な意匠設計環境を提供することができる。
【００６１】
また、この例の構成によれば、部分光源の輝度バッファごとに明度を変更したＨＤＲ輝度画像データを所定時間表示するのに必要な枚数のフレーム分用意しているので、部分光源について一旦ライト・レイ・トレーシング及びアイ・レイ・トレーシングを行えば、再度それらを行うことなく、輝度バッファのＨＤＲ輝度画像データの色調補正を行うだけで部分光源の点滅アニメーション処理を非常に高速に作成することができる。これにより、デザイナ等は、部分光源が存在する場合にその光源の点滅が意匠設計に与える影響を考慮することができる。
また、この例の構成によれば、背景ごとに１枚のＨＤＲ輝度画像データからなる背景画像レイヤに予め記憶しているので、あるシーンにおいて、シーン中の視点や光源状態が変化しない場合には、背景のみを様々に変化させることができる。この場合、物体への映り込みも背景の変化に応じて変化させることができる。
【００６２】
また、この例の構成によれば、アイ・レイ・トレーシングにより論理的に質感別にレイヤ分けされているため、上記した第１の従来例のようにマウス等のポインティングデバイスを用いて手動で質感変更の対象が描写されている範囲を指定する必要はなく、質感を変更したい対象だけを容易に選択することができ、操作性が良い。また、この例の構成によれば、質感を拡散光成分と、正反射光成分と、透過光成分とに分離して色調補正をすることができるため、例えば、図２１に示すように、質感変更の対象（物体Ａ）が他の物体（物体Ｂ）に映り込んでいた場合、たとえその映り込みが歪んでいたり、かすかであっても、映り込んだ先の物体まで同時に色調補正することができる。さらに、この例の構成によれば、例えば、意匠設計の対象である自動車の車体の下地部分の色調のみを変化させることができるため、車体に映り込んだ背景はそのままであり、このため、自然な色調補正をすることができる。
【００６３】
以上、この実施の形態を図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施の形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があってもこの発明に含まれる。
例えば、上述の実施の形態１においては、この発明を専用のコンピュータ・グラフィックス装置に適用する例を示したが、これに限定されない。例えば、この発明は、汎用のパーソナル・コンピュータにも適用することが可能であり、その場合には、上記意匠設計プログラムはアプリケーション・プログラムの１つとして記憶媒体にインストールされる。
【００６４】
【発明の効果】
請求項１記載の発明は、質感と背景とに分けてアイ・レイ・トレーシングにおける輝度計算を行って元画像データを得るレンダリング手段と、元画像データをレイヤごとに記憶する画像データ記憶手段と、レイヤごとに元画像データの色調補正を行って新画像データを得る色調補正手段とを備えているので、リアルタイムで意匠設計対象の物体の質感や背景の色調補正をすることができる。
また、請求項２記載の発明は、部分的に光線を照射する部分光源の影響を受ける物体について、前記物体表面又は画像が表示されると想定される仮想的なスクリーン上を格子状に分割した場合の各格子における視点方向への輝度分布が記憶される輝度バッファのマッピングを行うマッピング手段と、部分光源から出射されたライト・レイが輝度バッファに交差した点での視点方向から見た輝度計算結果を輝度バッファに記憶するライト・レイ・トレーシングを行うライト・レイ・トレーシング手段と、質感と背景と輝度バッファとに分けてアイ・レイ・トレーシングにおける輝度計算を行って元画像データを得るレンダリング手段と、元画像データをレイヤごとに記憶する画像データ記憶手段と、レイヤごとに元画像データの色調補正を行って新画像データを得るとともに、輝度バッファごとに明度を変更した複数の新画像データを得る色調補正手段と、輝度バッファごとの複数の新画像データを連続的に表示して部分光源の点滅アニメーションを実行する点滅アニメーション実行手段とを備えている。したがって、デザイナ等は、部分光源が存在する場合にその光源の点滅が意匠設計に与える影響を考慮することができる。
また、請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載のコンピュータ・グラフィックス装置に係り、レンダリング手段は、質感について、拡散光成分、正反射光成分、正透過光成分に分離して元画像データを得ている。したがって、意匠設計対象の物体の質感を拡散光成分と、正反射光成分と、透過光成分とに分離してリアルタイムで簡単かつ自然な色調補正をすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１を示すコンピュータ・グラフィックス装置のブロック図である。
【図２】同装置を構成する記憶部４の構成の一例を示す概念図である。
【図３】同装置における意匠設計処理の概略を説明するためのフローチャートである。
【図４】部分光源のライト・レイ・トレーシング及びアイ・レイ・トレーシングを説明するための概念図である。
【図５】同装置のレンダリング処理を説明するためのフローチャートである。
【図６】同装置のレンダリング処理を説明するためのフローチャートである。
【図７】同装置のレンダリング処理を説明するための概念図である。
【図８】同装置のレンダリング処理を説明するための概念図である。
【図９】線形明度補正の原理を説明するための概念図である。
【図１０】ガンマ補正の原理を説明するための概念図である。
【図１１】ガンマ補正の原理を説明するための概念図である。
【図１２】同装置の色調補正処理を説明するためのフローチャートである。
【図１３】同装置の色調補正処理を説明するための概念図である。
【図１４】同装置を用いて意匠設計した自動車の画像の一例を示す図である。
【図１５】同装置を用いて意匠設計した自動車の画像の一例を示す図である。
【図１６】同装置を用いて意匠設計した自動車の画像の一例を示す図である。
【図１７】同装置を用いて意匠設計した自動車の画像の一例を示す図である。
【図１８】第２の従来例によるコンピュータ・グラフィックス装置を用いて意匠設計した自動車の画像の一例を示す図である。
【図１９】第２の従来例によるコンピュータ・グラフィックス装置を用いて意匠設計した自動車の画像の一例を示す図である。
【図２０】第２の従来例によるコンピュータ・グラフィックス装置の動作を説明するためのフローチャートである。
【図２１】第１の従来例の欠点を説明するための概念図である。
【符号の説明】
１  制御部（レンダリング手段、色調補正手段、マッピング手段、ライト・レイ・トレーシング手段、点滅アニメーション実行手段）、２  操作部、３  表示部、４  記憶部、４ａ  プログラム記憶部、４ｂ  ワーキング記憶部、４ｃ  画像データ記憶部（画像データ記憶手段）。
【図１】
2004246460.tif 000007
【図２】
2004246460.tif 000008
【図３】
2004246460.tif 000009
【図４】
2004246460.tif 000010
【図５】
2004246460.tif 000011
【図６】
2004246460.tif 000012
【図７】
2004246460.tif 000013
【図８】
2004246460.tif 000014
【図９】
2004246460.tif 000015
【図１０】
2004246460.tif 000016
【図１１】
2004246460.tif 000017
【図１２】
2004246460.tif 000018
【図１３】
2004246460.tif 000019
【図１４】
2004246460.tif 000020
【図１５】
2004246460.tif 000021
【図１６】
2004246460.tif 000022
【図１７】
2004246460.tif 000023
【図１８】
2004246460.tif 000024
【図１９】
2004246460.tif 000025
【図２０】
2004246460.tif 000026
【図２１】
2004246460.tif 000027