(57)【要約】【課題】  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及びシェーディング情報取得装置を提供する。【解決手段】  回転軸Ｚ２を軸心としてθ２方向に回転可能に構成されるとともに、回転軸Ｚ１を軸心としてθ１方向に回転可能に構成された試料テーブル２１と、回転軸Ｚ１を軸心としてθ１方向に回転可能に構成された支持板３１、回転軸Ｚ３を軸心としてθ３方向に回転可能に構成され、上端部に照射口３３１を備えた照射アーム３３、暗箱６の外部に配設された光源部３４及び光源部３４の光を照射口３３１に導く光ファイバ３６を備える照射部３と、暗箱６の外部に配設されたカメラ４とを備える。【選択図】      図１
2005115645.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、
現物の試料を載置し、試料載置面に直交する方向を第１の軸心として所定角度旋回し、前記第１の軸心と直交する方向を第２の軸心として所定角度旋回するテーブルと、
前記テーブルに載置された現物の試料を所定の方向から撮影する撮影手段と、
前記現物の試料を照射する照射手段とを備え、
前記照射手段は、光軸の一端を、前記テーブルの上方に設定された天球面上で移動させ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２】
前記照射手段は、前記テーブルに対し、鉛直方向を軸心として旋回可能に取り付けられた第１のアームと、
先端部に光の照射口を備え、他端部が、前記第１のアームに対し、前記第１のアームの長尺方向を軸心として旋回可能に取り付けられたアーチ形状の第２のアームと、
光源と、
前記光源からの光を前記照射口に導く導光手段とを備えることを特徴とする請求項１記載のシェーディング情報取得装置。
【請求項３】
前記導光手段は、光ファイバであることを特徴とする請求項２記載のシェーディング情報取得装置。
【請求項４】
装置全体を覆う暗箱をさらに備え、
前記光源及び前記撮影手段は、前記暗箱の外に配設され、
前記撮影手段は、前記暗箱に形成された撮影口を介して前記現物の試料を撮影することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のシェーディング情報取得装置。
【請求項５】
現物の試料に対する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て、各撮影条件に対する前記現物の試料の画像を基に、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と、前記シェーディング情報取得装置によって取得されたシェーディング情報を基に、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演算処理装置とを備える画像処理装置であって、
前記演算処理装置は、
前記シェーディング情報取得装置によって取得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パラメータを算出するパラメータ算出手段と、
前記パラメータ算出手段によって算出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、前記仮想３次元モデルの対応する部位の輝度を算出するシェーディング処理手段とを備え、
前記シェーディング情報取得装置は、
現物の試料を載置し、試料載置面に直交する方向を第１の軸心として所定角度旋回し、前記第１の軸心と直交する方向を第２の軸心として所定角度旋回するテーブルと、
前記テーブルに載置された現物の試料を所定の方向から撮影する撮影手段と、
前記現物の試料を照射する照射手段とを備え、
前記照射手段は、光軸の一端を、前記テーブルの上方に設定された天球面上で移動させることを特徴とする画像処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シェーディング情報取得装置及び画像処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
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）及び反射光（スペキュラ）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及びシェーディング情報取得装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明にかかるシェーディング情報取得装置は、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、現物の試料を載置し、試料載置面に直交する方向を第１の軸心として所定角度旋回し、前記第１の軸心と直交する方向を第２の軸心として所定角度旋回するテーブルと、前記テーブルに載置された現物の試料を所定の方向から撮影する撮影手段と、前記現物の試料を照射する照射手段とを備え、前記照射手段は、光軸の一端を、前記テーブルの上方に設定された天球面上で移動させることを特徴とする。
【０００７】
また、前記照射手段は、前記テーブルに対し、鉛直方向を軸心として旋回可能に取り付けられた第１のアームと、先端部に光の照射口を備え、他端部が、前記第１のアームに対し、前記第１のアームの長尺方向を軸心として旋回可能に取り付けられたアーチ形状の第２のアームと、光源と、前記光源からの光を前記照射口に導く導光手段とを備えることが好ましい。
【０００８】
さらに、前記導光手段は、光ファイバであることが好ましい。
【０００９】
さらに、装置全体を覆う暗箱をさらに備え、前記光源及び前記撮影手段は、前記暗箱の外に配設され、前記撮影手段は、前記暗箱に形成された撮影口を介して前記現物の試料を撮影することが好ましい。
【００１０】
本発明にかかる画像処理装置は、現物の試料に対する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て、各撮影条件に対する前記現物の試料の画像を基に、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と、前記シェーディング情報取得装置によって取得されたシェーディング情報を基に、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演算処理装置とを備える画像処理装置であって前記演算処理装置は、前記シェーディング情報取得装置によって取得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パラメータを算出するパラメータ算出手段と、前記パラメータ算出手段によって算出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、前記仮想３次元モデルの対応する部位の輝度を算出するシェーディング処理手段とを備え、前記シェーディング情報取得装置は、現物の試料を載置し、試料載置面に直交する方向を第１の軸心として所定角度旋回し、前記第１の軸心と直交する方向を第２の軸心として所定角度旋回するテーブルと、前記テーブルに載置された現物の試料を所定の方向から撮影する撮影手段と、前記現物の試料を照射する照射手段とを備え、前記照射手段は、光軸の一端を、前記テーブルの上方に設定された天球面上で移動させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１記載の発明によれば、テーブルは、第１の軸心及び第１の軸心と直交する第２の軸心のそれぞれを軸心として旋回される。また、テーブルに載置された現物の試料は、光軸の一端が、テーブル上方に設定された天球面上で移動され、光軸方向が設定され、照射される。そのため、撮影手段は、テーブル上方に設定された天球面上を移動させた時に得られる光像と同一の撮影条件の光像を撮影することができる。すなわち、撮影手段は、固定された状態で、天球面上に実際に移動されたときに得られる光像と同一の光像を撮影することができるため、撮影手段は、その移動を考慮して、例えば軽量及び小型のものを選択しなければならないというような制約が課されなくなる。したがって、かかる制約を考慮することなく、撮影手段として、高性能なものを採用することができる。その結果、シェーディング情報の画質が向上し、仮想３次元モデルをよりレンダリングする際のレンダリング処理をよりリアルにすることができる。
【００１２】
また、天球面上に、撮影手段を移動させるとともに、光源を移動させた場合、両方が重なる箇所が多数生じ、これらの箇所におけるシェーディング情報が取得できない事態が生じうるが、本発明では、撮影手段が移動しないため、シェーディング情報が取得できない箇所を１箇所にすることができる。さらに、撮影手段を移動させるための機構が不要となり、装置構成を簡略化することができる。
【００１３】
請求項２記載の発明によれば、第１のアームと第２のアームという２種の部材を用いるという簡略化された構成により、光軸の一端を天球面上に移動させて、光軸の方向を設定することができる。さらに、光源の光は、導光手段によって射出口に導かれるため、光源を射出口に取り付けた場合のように、光源の移動を考慮して、光源として小型のものを採用しなければならないという制約が課されなくなり、高出力及び高性能の光源を取り付けることができる。
【００１４】
請求項３記載の発明によれば、導光手段として光ファイバを用いたため、照射手段の移動時の自由度が増すとともに、光源からの光を効率よく射出口に導くことができる。
【００１５】
請求項４記載の発明によれば、装置全体が暗箱内に収容されるため、外部光が遮光され、より精度の高いシェーディング情報を得ることができる。また、撮影手段及び光源を暗箱の外に配設したため、撮影手段及び光源の取り替えを容易に行うことができる。
【００１６】
請求項５記載の発明によれば、現物の試料を撮影することで得ら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なわれるため、リアルなレンダリングを行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図１は、本発明にかかるシェーディング情報取得装置の斜視図を示している。シェーディング情報取得装置は、ベース１と、ベース１の上側（＋Ｎ方向）に配設されたテーブル部２と、テーブル部２の上側から、現物の試料に対して光を照射する照射部３と、試料を撮影するカメラ４と、ベース１の下方（−Ｎ方向）に配設された台座５と、装置全体を覆う暗箱６とを備えている。
【００１８】
ベース１は、円盤状を有し、中心部から円筒状のシャフト１１が立設されている。テーブル部２は、試料を載置する試料テーブル２１と、シャフト１１及び試料テーブル２１を連結する連結部２２とを備えている。連結部２２は、水平方向に長尺の支持板２２１を備える。支持板２２１は、中心部２２１ａにおいて、水平面上（Ｕ−Ｖ平面上）をθ１方向に回転可能にシャフト１１と接続されている。シャフト１１にはモータ１１１（図１では省略、図２参照）が内蔵され、連結部２２は、このモータ１１１の駆動力を受けて、θ１方向に回転（旋回）する。シャフト１１の長手方向を回転軸（軸心）Ｚ１とする。
【００１９】
支持板２２１の一端には、連結板２２２及び２２３が立設されている。連結板２２２及び２２３には、シャフト２２４が水平方向に貫通されている。シャフト２２４の一端には、試料テーブル２１が接続され、他端には、モータ２２５が接続されている。モータ２２５は、例えばステッピングモータが採用されている。モータ２２５の回転軸（図略）及びシャフト２２４は、カップリングを介して接続されている。シャフト２２４は、モータ２２５からのトルクを受けて、θ２方向に回転（旋回）する。これにより、試料テーブル２１は、連結部２２に対し、シャフト２２４の長手方向を回転軸（軸心）Ｚ２として、θ２方向に回転（旋回）する。
【００２０】
照射部３は、一端にシャフト１１が貫通されたホルダ３１ａを備え、水平方向に長尺の支持板３１と、支持板３１の他端に鉛直方向（＋Ｎ方向）に立設された連結板３２と、連結板３２の一端に回転（旋回）可能に接続された照射アーム（第２のアームに相当）３３と、暗箱６の外部に配設された光源部３４と、照射アーム３３を回転させるモータ３５と、光源部３４の光を照射口３３１側に導く光ファイバ３６とを備えている。
【００２１】
モータ３５は、例えばステッピングモータが採用され、照射アーム３３を、回転軸（軸心）Ｚ３を中心としてθ３方向に回転させる。照射アーム３３は、長尺方向を連結板３２の長尺方向と平行に位置決めしたとき、光軸Ｌ１が中心部２２１ａを照射するアーチ形状を有している。また、照射アーム３３は、先端部に、照射口３３１が形成されている。
【００２２】
光源部３４は、メタルハルライドランプ、発光ダイオード又はレーザダイオード等が採用される。光ファイバ３６の照射アーム３３側の端部３６１は、ファイバフォルダ３７によって照射アーム３３と取り付けられている。端部３６１の前方には、端部３６１から水平方向に出力された光を９０度反射させ、試料側へと導く反射ミラー（図略）が取り付けられている。シャフト１１には、モータ１１２（図１では省略、図２参照）が内蔵され、支持板３１は、ホルダ３１ａを介してモータ１１２のトルクを受け、θ１方向に回転（旋回）する。
【００２３】
暗箱６は、直方体状であり、側面には、試料をカメラ４で撮影するための撮影孔６１が形成されている。カメラ４は、ＣＣＤ、レンズ４１等を備え、暗箱６の外部に配設されている。なお、暗箱６は、直方体状に限定されず、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。
【００２４】
図２は、シェーディング情報取得装置１００を備える画像処理装置の電気的構成を示すブロック図である。画像処理装置は、シェーディング情報取得装置１００と、コンピュータ２００と、シェーディング情報取得装置１００の機械的な動作を制御する制御部３００と、コンピュータ２００の制御の下、光源部３４の光量及び点灯制御を行う光源ドライバ４００とを備えている。
【００２５】
コンピュータ２００は、ＣＰＵ（中央処理装置）２００Ａ、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）２００Ｂ、ＲＯＭ（リードオンリーメモリ）２００Ｃ、入力装置２００Ｄ、表示装置２００Ｆ、記録媒体駆動装置２００Ｇ、補助記憶装置２００Ｈ及び入出力インターフェイス（Ｉ／Ｆ）２００Ｉを備える通常のパーソナルコンピュータから構成されている。さらに、コンピュータ２００は、カメラ４が撮影した現物の試料を撮影することにより取得した画像を、例えば、ＩＥＥＥ１３９４規格に準拠したＤＶ端子に接続されたケーブルを介して取得するビデオキャプチャボード２００Ｅを備えている。ＣＰＵ２００Ａ〜Ｉ／Ｆ２００Ｉは、コントロールバス、アドレスバス及びデータバスからなるバスラインにより、種々のデータが相互に送受信可能に接続されている。
【００２６】
入力装置２００Ｄは、キーボード及びマウス等のポインティングデバイスから構成されている。表示装置２００Ｆは、ＣＲＴ（陰極線管）、プラズマディスプレイ又は液晶パネル等が採用される。記録媒体駆動装置２００Ｇは、ハードディスクから構成され、オペレーティングシステム、コンピュータ２００を画像処理装置として機能させるための画像処理プログラム及び種々のアプリケーションプログラムを記憶する。記録媒体駆動装置２００Ｇは、フレキシブルディスク、ＣＤ−ＲＯＭ及びＤＶＤ−ＲＯＭ等の記録媒体からデータの読み込み及び書き込みを行う装置である。
【００２７】
画像処理プログラムは、ＣＤ−ＲＯＭ、フレキシブルディスクあるいはＤＶＤ−ＲＯＭ等の記録媒体に記録されて提供され、当該記録媒体を記録媒体駆動装置２００Ｇに装填し、インストールすることで、補助記憶装置２００Ｈに格納される。また、画像処理プログラムが、コンピュータ２００とインターネット等の電気通信回線を介して接続されたサーバに記憶されている場合は、このサーバからダウンロードして、インストールすることで、補助記憶装置２００Ｈに格納される。さらに、コンピュータ２００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サーバ上で処理し、処理結果をコンピュータ２００に送信するというように、ＷＥＢサーバ及びコンピュータ２００間で画像処理プログラムを分散的に実行させてもよい。
【００２８】
Ｉ／Ｆ２００Ｉは、例えば、ＲＳ−２３２Ｃ規格のシリアルインターフェイスであり、２つのポートを備え、一方のポートには、ＲＳ−２３２Ｃケーブルを介して制御部３００が接続され、他方のポートには、ＲＳ−２３２Ｃケーブルを介して光源ドライバ４００が接続されている。
【００２９】
制御部３００は、照射部３をθ１方向に回転させるモータ１１２を駆動させるモータドライバ３０２と、照射アーム３３をθ３方向に回転させるモータ３５を駆動するモータドライバ３０３と、試料テーブル２１をθ１方向に回転させるモータ１１１を駆動するモータドライバ３０４と、試料テーブル２１をθ２方向に回転させるモータ２２５を駆動するモータドライバ３０５とを備えている。モータコントローラ３０１は、後述する撮影機構制御部６０８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３０２〜３０５を駆動するためのパルス信号やモータの正逆回転を指令するための制御信号を出力する。モータドライバ３０２〜３０５は、モータコントローラ３０１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。
【００３０】
光源ドライバ４００は、コンピュータ２００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、光源部３４を点灯させる。
【００３１】
図３（ａ）は、シェーディング情報取得装置１００の構造を説明するための模式図であり、図３（ｂ）は、試料テーブル２１の構造を説明するための模式図である。試料テーブル２１において、回転軸Ｚ１に対する回転角度δはＵ軸を基準としている。また、Ｕ軸と、支持板３１との間に示すγが照射部３の水平方向の回転角度γであり、Ｎ軸と、照射口３３１及び原点Ｏを結ぶ直線ＬＯとの間の角度が、照射部３の鉛直方向の回転角度αである。なお、図３（ａ）において、説明の便宜上、連結板３２は、省略している。
【００３２】
本実施形態では、試料テーブル２１に、現物の試料として布Ｓを載置するものとし、δ＝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２１の回転角度δ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。そして、回転角度δが、試料テーブル２１の水平方向に対する回転角度δである。
【００３３】
支持板３１は、回転角度γが０〜３６０度の範囲内をとるように外側の一端３１Ｔが、Ｕ−Ｖ平面上の円周Ｃ１に沿って回転され、位置決めされる。照射アーム３３は、支持板３１の回転角度がγ＝０の場合、回転角度αが−９０度〜＋９０度の範囲内をとるように、照射口３３１が、Ｎ−Ｖ平面上の円弧Ｃ２に沿って回転され、位置決めされる。すなわち、照射口３３１は、回転角度α及びγによって天球面Ｂ１上の位置が設定される。
【００３４】
Ｕ−Ｖ平面上であって、繊維の方向ＦＬと直交し、原点Ｏを通る直線を回転軸Ｚ２とすると、図３（ｂ）に示すＮ軸と、試料テーブル２１のテーブル載置面と直交する方向Ｎ１との角度が、回転軸Ｚ２に対する回転角度β、すなわち、試料テーブル２１の鉛直方向に対する回転角度である。なお、カメラ４は、光軸がＵ軸上にくるように設置されている。
【００３５】
本画像処理装置は、これら４種類の回転角度α、β、γ及びδをパラメータとして、シェーディング情報を取得する。
【００３６】
また、シェーディング情報取得装置１００は、試料テーブル２１が、回転軸Ｚ２を軸心としてθ２方向に回転可能に構成されている。そのため、天球面Ｂ１上にカメラ４を移動させなくとも、カメラ４を移動させた場合と同一の撮影条件を作り出すことが可能となる。その結果、カメラ４を移動させるための機構が不要とり、装置の構成を簡略化することができる。また、天球面Ｂ１上にカメラ４を移動させるとともに、照射口３３１を移動させると、カメラ４と照射口３３１とが重なる箇所が多数生じ、当該箇所におけるシェーディング情報を取得することができなくなるが、シェーディング情報取得装置１００では、カメラ４は固定されているため、上記重なり箇所は、撮影孔６１の１箇所にすることができる。
【００３７】
図４は、コンピュータ２００の機能ブロック図を示している。本画像処理装置は、主にＲＡＭ２００Ｂ及び補助記憶装置２００Ｈから構成される記憶部５００と、ＣＰＵ２００Ａから構成されるプログラム実行部６００とを備えている。なお、これらの機能は、ＣＰＵ２００Ａが、画像処理プログラムを実行することにより実現される。記憶部５００は、シェーディング情報記憶部５０１、３次元モデル記憶部５０２及びテクスチャ記憶部５０３を備えている。
【００３８】
図５及び図６は、シェーディング情報記憶部５０１のデータ構造を示した図である。シェーディング情報記憶部５０１は、第１及び第２の２種類のテーブルを備えており、図５は、第１のテーブルを示し、図６は第２のテーブルを示している。
【００３９】
図５に示す第１のテーブルは、照射部３の鉛直方向の回転角度αの欄と、照射部３の水平方向の回転角度γの欄とから構成されている。回転角度αの欄には、回転角度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、回転角度γの欄には、回転角度γが０度〜３４５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、回転角度α及びγ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５では、アルファベットＴに各セルを行番号及び列番号を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。
【００４０】
図６に示す第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、試料テーブル２１の鉛直方向の回転角度βの欄と、試料テーブル２１の水平方向の回転角度δの欄とから構成されている。回転角度βの欄には、回転角度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。回転角度δの欄には、回転角度δが０度〜３４５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。
【００４１】
なお、図５及び図６では、回転角度α及びβの刻み幅を１０度毎に回転角度δ及び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。
【００４２】
３次元モデル記憶部５０２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次元モデルの表面に設定された複数の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、仮想カメラの座標を記憶する。仮想３次元空間は、それぞれ直交するＮ´、Ｕ´及びＶ´の３軸からなる座標系で表され、それぞれ、図１及び図３（ａ）に示すＮ、Ｕ及びＶ軸に対応している。
【００４３】
テクスチャ記憶部５０３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５０３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５０３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。
【００４４】
プログラム実行部６００は、シェーディング情報算出部６０１、ジオメトリ情報取得部６０２、パラメータ算出部６０３、シェーディング情報読取部６０４、補間処理部６０５、シェーディング処理部６０６、レンダリング処理部６０７及び撮影機構制御部６０８を備えている。
【００４５】
シェーディング情報算出部６０１は、シェーディング情報取得装置１００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、当該画像の撮影時の回転角度α、β、γ及びδと対応づけて（α、β、γ及びδをパラメータとして）シェーディング情報記憶部５０１に記憶させる。
【００４６】
図７は、ジオメトリ情報取得部６０２及びパラメータ算出部６０３の処理を示す図である。法線ベクトルＮ１´は、図３（ａ）、（ｂ）に示すＮ１に対応し、角度α´、β´、γ´及びδ´は、それぞれ、図３（ａ）、（ｂ）に示す回転角度α、β、γ及びδに対応している。また、ポリゴンＰのポリゴン面ＰＳは、現物の布Ｓの表面（すなわち、試料載置面）に対応している。さらに、仮想カメラＶＣの光軸は、Ｕ´軸上、注目位置ＨＰに向けて存在する。さらに、注目位置ＨＰは、図３（ａ）に示す原点Ｏに対応している。
【００４７】
ジオメトリ情報取得部６０２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Ｐの各頂点Ｐ１１、Ｐ１２、Ｐ１３の座標から、ポリゴン面ＰＳに対する法線ベクトルＮ１´を算出するとともに、仮想光源ＶＬの座標及び注目位置ＨＰの座標から光源ベクトルＬを算出する。ジオメトリ情報取得部６０２は、この注目位置ＨＰを仮想３次元モデルの表面全体にわたって順次設定していく。
【００４８】
パラメータ算出部６０３は、光源ベクトルＬと、鉛直ベクトルＮ´との角度α´を算出する。また、パラメータ算出部６０３は、光源ベクトルＬのＵ´−Ｖ´平面への正射影ベクトルＬＨと、Ｕ´軸との角度γ´を算出する。さらに、パラメータ算出部６０３は、ポリゴン面ＰＳ上に設定される仮想布Ｓ´の繊維の方向ＦＬ´のＵ´−Ｖ´平面への正射影ベクトルＦＬＨと、Ｕ´軸との角度δ´を算出する。さらに、パラメータ算出部６０３は、法線ベクトルＮ１´と、鉛直ベクトルＮ´との角度β´を算出する。
【００４９】
シェーディング情報読取部６０４は、パラメータ算出部６０３が算出した角度α´〜δ´をパラメータとして、シェーディング情報記憶部５０１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６０３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５０１に存在しない場合、シェーディング情報読取部６０４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。すなわち、パラメータを近似して、シェーディング情報を読み取る。
【００５０】
補間処理部６０５は、シェーディング情報読取部６０４によって、近似されたパラメータに対応するシェーディング情報が読み取られた場合、読み取られたシェーディング情報を補間処理して、パラメータ算出部６０３によって算出され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６０３によって算出された角度α´が４２度であり、角度α´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、角度α´が４２度に対応するシェーディング情報を算出する。
【００５１】
シェーディング処理部６０６は、シェーディング情報読取部６０４によって取得られたシェーディング情報、又は補間処理部６０５が補間することにより取得されたシェーディング情報と、テクスチャ記憶部５０３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における輝度を算出する。
【００５２】
レンダリング処理部６０７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２００Ｆに表示させる。
【００５３】
撮影機構制御部６０８は、モータコントローラ３０１に制御信号を出力することにより、試料テーブル２１を、回転軸Ｚ１及びＺ２に対して、それぞれ所定角度移動させて位置決めするとともに、照射部３を、回転軸Ｚ１及びＺ３に対して、それぞれ所定角度移動させることにより位置決めする。また、撮影機構制御部６０８は、光源部３４を所定タイミング、例えば、現物の布Ｓ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て光源部３４を点灯させ、撮影終了時に、光源部３４を消灯させ、光源部３４の点灯制御を行う。
【００５４】
図８は、本画像処理装置が、試料テーブル２１に載置された現物の布Ｓを撮影し、シェーディング情報を取得する処理を示したフローチャートである。
【００５５】
ステップＳ１において、撮影機構制御部６０８は、試料テーブル２１の水平方向の回転角度δを設定し、モータ１１１を駆動させ、設定した回転角度δ分、試料テーブル２１を回転させる。
【００５６】
ステップＳ２において、撮影機構制御部６０８は、照射部３の水平方向の回転角度γを設定し、モータ１１２を駆動させ、設定した回転角度γ分、支持板３１を回転させる。
【００５７】
ステップＳ３において、撮影機構制御部６０８は、照射部３の鉛直方向の回転角度αを設定し、モータ２２５を駆動させ、設定した回転角度α分、照射アーム３３を回転させる。
【００５８】
ステップＳ４において、撮影機構制御部６０８は、試料テーブル２１の鉛直方向の回転角度βを設定し、モータ２２５を駆動させ、設定した回転角度β分、照射アーム３３を回転させる。
【００５９】
なお、オペレータは、入力装置２００Ｄを用いて、ステップＳ１〜Ｓ４における回転角度α〜δの刻み幅を適宜変更することができる。
【００６０】
ステップＳ５において、撮影機構制御部６０８は、光源ドライバ４００に点灯を指示する制御信号を出力し、光源部３４を所定光量で点灯させ、カメラ４に対し、撮影を指示する制御信号を出力し、現物の布Ｓを撮影させる。そして、撮影が終了すると、撮影機構制御部６０８は、光源ドライバ４００に消灯を指示する制御信号を出力し、光源部３４を消灯させる。なお、撮影機構制御部６０８は、試料テーブル２１、照射部３が位置決めされる毎に光源部３４を点灯させているが、常時光源部３４を点灯させてもよい。これにより、光源部３４の制御が簡略化される。
【００６１】
ステップＳ６において、シェーディング情報算出部６０１は、カメラ４によって撮影された現物の試料の画像をビデオキャプチャボード２００Ｅを介して取得し、取得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。
【００６２】
ステップＳ７において、シェーディング情報算出部６０１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（回転角度α、β、γ及びδ）と対応づけてシェーディング情報記憶部５０１に記憶させる。
【００６３】
ステップＳ８において、撮影機構制御部６０８は、回転角度βが最終角度であるか否かを判断し、最終角度である場合（ステップＳ８でＹＥＳ）、回転角度βに初期値を設定する。一方、回転角度βが最終角度でない場合（ステップＳ８でＮＯ）、ステップＳ４に戻り、再度、回転角度βの設定を行う。なお、本実施形態では、回転角度βは、初期値として−９０度が設定され、最終角度として＋９０度が設定されており、−９０度から＋９０度まで１０度単位で順次設定されていく。
【００６４】
ステップＳ１０において、撮影機構制御部６０８は、回転角度αが最終角度であるか否を判定し、最終角度である場合（ステップＳ１０でＹＥＳ）、回転角度αに初期値を設定する（ステップＳ１１）。一方、回転角度αが最終角度でない場合（ステップＳ１０でＮＯ）、ステップＳ３に戻る。なお、本実施形態では、回転角度αは、初期値として−９０度が設定され、最終角度として＋９０度が設定されており、−９０度から＋９０度まで１０度単位で順次設定されていく。
【００６５】
ステップＳ１２において、撮影機構制御部６０８は、回転角度γが最終角度であるか否かを判定し、最終角度である場合（Ｓ１２でＹＥＳ）、回転角度γに初期値を設定する（ステップＳ１３）。一方、回転角度γが最終角度でない場合（ステップＳ１２でＮＯ）、ステップＳ２に戻る。なお、本実施形態では、回転角度γは、初期値として、０度が設定され、最終角度として３４５度が設定されており、０度から３４５度まで１５度単位で順次設定されていく。
【００６６】
ステップＳ１４において、撮影機構制御部６０８は、回転角度δが最終角度であるか否かを判定し、最終角度である場合（ステップＳ１４でＹＥＳ）、処理を終了する。一方、回転角度δが最終角度でない場合（Ｓ１４でＮＯ）、ステップＳ１に戻る。なお、本実施形態では、回転角度δは、初期値として、０度が設定されており、３４５度まで、１５度単位で順次設定されていく。
【００６７】
図９は、本画像処理装置による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６０２は、３次元モデル記憶部５０２に記憶されたデータを読み出し、図７に示すように、３次元モデルの表面に注目位置ＨＰを設定し、設定した注目位置ＨＰにおける法線ベクトルＮ１´及び光源ベクトルＬを算出する。
【００６８】
ステップＳ２２において、パラメータ算出部６０３は、図７に示すように、鉛直ベクトルＮ´及びステップＳ２１で算出された光源ベクトルＬを用いて、注目位置ＨＰにおける角度α´を算出する。さらに、パラメータ算出部６０３は、光源ベクトルＬのＵ´−Ｖ´平面への正射影ベクトルＬＨ及びＵ´軸間の角度γ´を算出する。さらに、パラメータ算出部６０３は、仮想布Ｓ´の繊維の方向ＦＬ´のＵ´−Ｖ´平面への正射影ベクトルＦＬＨ及びＵ´軸間の角度をδ´を算出する。さらに、パラメータ算出部６０３は、法線ベクトルＮ１´及びＮ´軸間の角度β´を算出する。
【００６９】
ステップＳ２３において、シェーディング情報読取部６０４は、α´、β´、γ´、δ´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５０１から読み出す。なお、シェーディング情報読取部６０４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５０１に存在しない場合、４つのパラメータをそれぞれ、シェーディング情報が存在するパラメータに近似し、近似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５０１から読み出す。
【００７０】
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か否かが判定され、近似されたパラメータに対応するものである場合（ステップＳ２４でＹＥＳ）、補間処理部６０５は、ステップＳ２２で算出されたパラメータと、近似されたパラメータとの差分から、ステップＳ２３で読み出されたシェーディング情報を補間し、ステップＳ２２で算出され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。（ステップＳ２５）。ステップＳ２４でＮＯと判定された場合、補間処理は必要ないため、ステップＳ２６に進む。
【００７１】
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６０６により、指定された色が、読み出された（又は補間処理によって算出された）シェーディング情報に付される。一方、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ない場合（Ｓ２６でＮＯ）、ステップＳ２８に進む。
【００７２】
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６０６により、シェーディング情報に透明度が設定される。一方、オペレータによって、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。
【００７３】
ステップＳ３０において、シェーディング処理部６０６は、ステップＳ２３〜Ｓ２９の処理により得られたシェーディング情報と、テクスチャ記憶部５０３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の輝度を算出する。
【００７４】
図１０は、シェーディング処理部６０６の処理を説明する図であり、（ａ）は輝度Ｃと、テクスチャの輝度Ｔとの関係を示したグラフであり、（ｂ）はテクスチャ記憶部５０３が記憶するテクスチャの一例を示した図である。（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、テクスチャは、１辺を１とする正方形のテクスチャの左上の頂点が原点とされ、上辺に沿ってＫ軸、左辺に沿ってＬ軸が設定されている。
【００７５】
シェーディング処理部６０６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、読み出された（又は補間された）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Ｔに対応する輝度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Ｃとテクスチャの輝度Ｔとの相関関数Ｃ（Ｔ）を算出する。
【００７６】
そして、シェーディング処理部６０６は、注目位置ＨＰにマッピングするテクスチャの輝度Ｔ（Ｋ，Ｌ）が決定されると、輝度Ｔ（Ｋ，Ｌ）を相関関数Ｃ（Ｔ）に代入して、注目位置ＨＰにおける輝度Ｃを算出する。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。
【００７７】
ステップＳ３１において、レンダリング処理部６０７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２００Ｆに表示される。
【００７８】
図１１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１１（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１１（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１１（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シェーディング情報を用いて、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。
【００７９】
なお、本発明は、以下の形態を採用することができる。
【００８０】
（１）上記実施形態では、画像処理プログラムをコンピュータ２００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。
【００８１】
（２）上記実施形態では、テクスチャ記憶部５０３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６０６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の輝度とすればよい。
【００８２】
（３）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。
【００８３】
（４）上記実施形態では、シェーディング情報記憶部５０１は、カメラ４が現物の試料を撮影した画像を基に算出された輝度の平均値、最大値及び最小値を記憶しているが、これに限定されず、画像そのものを記憶してもよい。この場合、シェーディング情報算出部６０１は、シェーディング処理を行う際に、シェーディング情報記憶部５０１から画像を読み出し、輝度の平均値、最大値及び最小値を算出すればよい。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】本発明にかかるシェーディング情報取得装置の斜視図を示している。
【図２】シェーディング情報取得装置を備える画像処理装置の電気的構成を示すブロック図である。
【図３】（ａ）は、シェーディング情報取得装置の構造を説明するための模式図であり、（ｂ）は、試料テーブル２１の構造を説明するための模式図である。
【図４】コンピュータの機能ブロック図を示している。
【図５】シェーディング情報記憶部のデータ構造を示した図である。
【図６】シェーディング情報記憶部のデータ構造を示した図である。
【図７】ジオメトリ情報取得部及びパラメータ算出部の処理を示す図である。
【図８】シェーディング情報を取得する処理を示したフローチャートである。
【図９】シェーディング処理を示したフローチャートである。
【図１０】シェーディング処理部の処理を説明する図であり、（ａ）は輝度Ｃと、テクスチャの輝度Ｔとの関係を示したグラフであり、（ｂ）はテクスチャ記憶部が記憶するテクスチャの一例を示した図である。
【図１１】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。
【符号の説明】
【００８５】
１００  シェーディング情報取得装置
１  ベース
１１  シャフト
１１１  １１２  モータ
２  テーブル部
２１  試料テーブル
２２  連結部
２２１ａ  中心部
２２１  支持板
２２２  ２２３  連結板
２２４  シャフト
２２５  モータ
３  照射部
３１ａ  ホルダ
３１  支持板
３２  連結板
３３  照射アーム
３４  光源部
３５  モータ
３６  反射ミラー
４  カメラ
４１  レンズ
５  台座
６  暗箱
６１  撮影孔
２０        コンピュータ
３００  制御部
３０１  モータコントローラ
３０２  ３０３  ３０４  ３０５  モータドライバ
４００  光源ドライバ
５００  記憶部
５０１  シェーディング情報記憶部
５０２  ３次元モデル記憶部
５０３  テクスチャ記憶部
６００  プログラム実行部
６０１  シェーディング情報算出部
６０２  ジオメトリ情報取得部
６０３  パラメータ算出部
６０４  シェーディング情報読取部
６０５  補間処理部
６０６  シェーディング処理部
６０７  レンダリング処理部
６０８  撮影機構制御部
【図１】
2005115645.tif 000003
【図２】
2005115645.tif 000004
【図３】
2005115645.tif 000005
【図４】
2005115645.tif 000006
【図５】
2005115645.tif 000007
【図６】
2005115645.tif 000008
【図７】
2005115645.tif 000009
【図８】
2005115645.tif 000010
【図９】
2005115645.tif 000011
【図１０】
2005115645.tif 000012
【図１１】
2005115645.tif 000013