(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
木目導管断面パターンを人為的に作成する方法であって、
三次元空間内に所定の基準軸を定義し、この空間内に前記基準軸に対する向きが部分ごとに異なる方向線を定義し、この方向線に沿った方向に伸びる多数の導管を配置することにより歪曲導管束モデルを定義する段階と、
前記歪曲導管束モデルを構成する各点に、所定の画素値をもった画素を定義する段階と、
前記歪曲導管束モデルを所定の切断面によって切断したときに切断面に位置する画素の集合によって構成されるパターンを、木目導管断面パターンとして抽出する段階と、
を有することを特徴とする木目導管断面パターンの作成方法。
【請求項２】
木目導管断面パターンを人為的に作成する方法であって、
三次元空間内に所定の基準軸を定義し、この基準軸にほぼ沿った方向に伸びる多数の導管からなる基準導管束モデルを定義する段階と、
所定の座標変換式に基づいて前記基準導管束モデルを構成する各点Ｑの座標を変換して点Ｑ′を求め、この点Ｑ′によって歪曲導管束モデルを定義する段階と、
前記歪曲導管束モデルを構成する各点に、所定の画素値をもった画素を定義する段階と、
前記歪曲導管束モデルを所定の切断面によって切断したときに切断面に位置する画素の集合によって構成されるパターンを、木目導管断面パターンとして抽出する段階と、
を有することを特徴とする木目導管断面パターンの作成方法。
【請求項３】
請求項２に記載の作成方法において、
基準軸を中心軸として同軸円筒を配置した年輪モデルを定義し、この年輪モデルの年間成長幅ごとに所定の導管密度分布を定義し、この導管密度分布に応じた密度で個々の導管を配置することにより基準導管束モデルを定義することを特徴とする木目導管断面パターンの作成方法。
【請求項４】
請求項２または３に記載の作成方法において、
αおよびβを所定の定数、乱数もしくは関数として、
ｘ′＝ｘ＋α・ｓｉｎ（β・ｚ）
ｙ′＝ｙ
ｚ′＝ｚ
なる座標変換式を定義し、この座標変換式を用いて点Ｑ（ｘ，ｙ，ｚ）を点Ｑ′（ｘ′，ｙ′，ｚ′）に変換することにより歪曲導管束モデルを定義することを特徴とする木目導管断面パターンの作成方法。
【請求項５】
請求項２または３に記載の作成方法において、
θ０およびβを所定の定数、乱数もしくは関数として、
ｘ′＝ｒ・ｃｏｓ（θ０＋θ）
ｙ′＝ｒ・ｓｉｎ（θ０＋θ）
ｚ′＝ｚ
ただし      ｒ＝（ｘ２＋ｙ２）１／２
θ＝β・ｚ
なる座標変換式を定義し、この座標変換式を用いて点Ｑ（ｘ，ｙ，ｚ）を点Ｑ′（ｘ′，ｙ′，ｚ′）に変換することにより歪曲導管束モデルを定義することを特徴とする木目導管断面パターンの作成方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の作成方法において、
歪曲導管束モデルが定義された三次元空間内に所定の二次元平面を定義し、
所定のスカラー値を自己相似的に前記二次元平面上の各点に定義することにより、前記二次元平面上に二次元フラクタル場を用意し、
この二次元フラクタル場の各点のもつスカラー値に応じて、前記二次元平面上の各点を所定方向に変位させることにより有皺面を生成し、
この有皺面を切断面として用いて、歪曲導管束モデルの切断を行うことを特徴とする木目導管断面パターンの作成方法。
【請求項７】
請求項２〜５のいずれかに記載の作成方法において、
所定のスカラー値を自己相似的に三次元空間内の各点に定義した三次元フラクタル場を用意し、
歪曲導管束モデルを構成する各点Ｑ′の座標を、前記三次元フラクタル場の対応点のもつスカラー値に応じて変換して点Ｑ″を求め、この点Ｑ″によって揺らぎを含む歪曲導管束モデルを定義し、
この揺らぎを含む歪曲導管束モデルを所定の切断面によって切断することを特徴とする木目導管断面パターンの作成方法。
【請求項８】
木目導管断面パターンを人為的に作成する装置であって、
パターン作成に必要な所定のパラメータを入力するパラメータ入力手段と、
前記パラメータ入力手段において入力されたパラメータに基づき、三次元空間内の所定の基準軸にほぼ沿った方向に伸びる多数の導管からなる基準導管束モデルを定義し、この基準導管束モデルを構成する各点に、所定の画素値を定義する基準導管束モデル生成手段と、
前記パラメータ入力手段において入力されたパラメータに基づき、前記空間内に前記基準軸に対する向きが部分ごとに異なる方向線を定義し、前記基準導管束モデル内の導管が前記方向線に沿った方向を向くような変形が行われるように、前記基準導管束モデルを構成する各点に対する第１の座標変換を定義する第１の座標変換定義手段と、
前記基準導管モデルを切断するための切断面を定義する切断面定義手段と、
前記切断面上に位置する点Ｑに対して前記第１の座標変換を行い、座標変換後の点Ｑ′の位置について前記基準導管束モデルで定義されている画素値を、前記切断面上のもとの点Ｑに付与し、画素値が付与された前記切断面上の点Ｑによって構成されるパターンを木目導管断面パターンとして抽出するパターン抽出手段と、
を備えることを特徴とする木目導管断面パターンの作成装置。
【請求項９】
請求項８に記載の装置において、
パラメータ入力手段において入力されたパラメータに基づき、所定のスカラー値を自己相似的に三次元空間内の各点に定義した三次元フラクタル場を発生し、この三次元フラクタル場に基づいて、導管モデルを構成する各点に対する第２の座標変換を定義する第２の座標変換定義手段を更に設け、
パターン抽出手段が、第１の座標変換および第２の座標変換の双方を行い、これら双方の座標変換を行った後の点Ｑ″について定義されている画素値を、切断面上に位置するもとの点Ｑに対して付与するようにしたことを特徴とする木目導管断面パターンの作成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、木目導管断面パターンの作成方法および作成装置に関し、特に、木理を考慮することにより、自然な風合いをもった木目導管断面パターンあるいは意匠性の高い木目導管断面パターンを人為的に発生させるための技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
壁紙などの建材製品や、種々の商品のパッケージなどの模様として、木目柄パターンは広く利用されている。このような木目柄パターンをもった印刷物を作成する場合、通常は、天然木の材面をカメラなどで撮影し、この天然木のもつ木目柄パターンをそのまま利用する方法が採られる。また、近年では、印刷分野においてもコンピュータを利用した画像処理技術が普及してきているため、天然木の木目柄パターンをＣＣＤカメラなどで画像データとして取り込み、この画像データに対して、コンピュータを利用して必要な画像処理を施し、処理後の画像データに基づいて印刷を行うという手法も広く行われている。
【０００３】
一般に、木目柄パターンは、年輪パターンと導管断面パターンとを含んでいる。年輪パターンは、樹木の年ごとの成長に合わせて形成されるパターンである。通常は、樹木の成長環境における寒暖の差に基づいて濃淡の差が生じ、この濃淡の差がそのまま年輪パターンとして現れることになる。したがって、１年ごとの周期的な濃淡パターンになる。一方、導管断面パターンは、樹木の導管を切断することによって得られる断面パターンである。導管は、樹木が植物としての生理作用を営むために必要な器官であり、幹から梢に向かって伸びる細い管であり、その断面は細長い楕円状になるのが一般的である。したがって、天然木の板目に現れる木目柄パターンを観察すると、全体的には年輪パターンが認識されるが、細かく見ると、小さな導管断面パターンが多数配置されているのが認識される。
【０００４】
壁紙などでは、上述のような天然木の木目柄パターンの風合いをできるだけ忠実に再現するために、年輪パターンと導管断面パターンとを重畳して木目柄パターンを表現するのが一般的である。通常は、天然木の材面から、年輪パターンと導管断面パターンとをそれぞれ別個に撮影し、別個の版を作成し、印刷時に両者を合成する手法が採られる。年輪パターンと導管断面パターンとは、いずれも印刷によって塩化ビニルシートなどの媒体上に形成されることもあるし、年輪パターンを印刷によって、導管断面パターンをエンボス凹凸構造によって、それぞれ別個に形成することもある。もともと、天然木についての導管断面は凹凸構造を有するため、導管断面パターンをエンボス凹凸構造として形成すれば、より天然木に近い質感が表現できる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、天然木の板目から導管断面パターンを抽出する作業は、かなり手間のかかる作業になる。意匠性の高いパターンを抽出するためには、意匠的に優れた導管断面パターンを有する板材を選定するところから始めなければならない。しかも、撮影によって鮮明なパターン抽出ができるように、パターンが明瞭に現れた板材を用意する必要があるが、天然木の板目から鮮明な導管断面パターンを抽出する作業は、技術的には非常に困難な作業になる。この作業は、通常は、カメラで板目を写真撮影し、スキャナ装置によってこの写真から導管断面パターンをデジタルデータとして取り込むか、あるいは、デジタルカメラで板目から直接導管断面パターンを取り込むことによって行われる。ところが、カメラやスキャナの空間解像度には限界があり、微小な導管断面の形状を忠実にパターンデータとして取り込むことは困難である。特に、天然木によっては、板目に現れた導管部と非導管部との色調差が微差である場合があり、このような板目に対しては、画像入力系の感度、ダイナミックレンジ、量子化ビット数、Ａ／Ｄビット数などの限界から、導管断面パターンを忠実に取り込むことは非常に困難になる。このような場合、導管部のみを染料などで着色した後に写真撮影するなどの手法も採られているが、導管部のみを正確に着色することは技術的に困難であり、また、着色という余分な工程が必要になるため、手間が増大するという問題が生じる。
【０００６】
このような問題に対処するため、コンピュータを利用して人為的に木目導管断面パターンを生成するための手法も提案されている。たとえば、特願平７−９９７１３号明細書には、三次元空間内に導管モデルを定義し、これを所定の切断面で切断することにより、木目導管断面パターンを得る手法が開示されている。しかしながら、従来提案されている手法では、天然木に近い自然な木目導管断面パターンや、意匠性の高い木目導管断面パターンを生成することが困難であり、特に、天然木に固有の木理（導管や繊維など軸方向要素の配向性）を考慮したパターンを生成することができない。
【０００７】
そこで本発明は、天然木のもつ木理の要素を考慮した自然な木目導管断面パターンあるいは意匠性の高い木目導管断面パターンを、人為的に発生させることのできるパターンの作成方法および作成装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
(1)   本発明の第１の態様は、木目導管断面パターンを人為的に作成する方法において、
三次元空間内に所定の基準軸を定義し、この空間内に基準軸に対する向きが部分ごとに異なる方向線を定義し、この方向線に沿った方向に伸びる多数の導管を配置することにより歪曲導管束モデルを定義する段階と、
この歪曲導管束モデルを構成する各点に、所定の画素値をもった画素を定義する段階と、
歪曲導管束モデルを所定の切断面によって切断したときに切断面に位置する画素の集合によって構成されるパターンを、木目柄パターンとして抽出する段階と、
を行うようにしたものである。
【０００９】
(2)   本発明の第２の態様は、木目導管断面パターンを人為的に作成する方法において、
三次元空間内に所定の基準軸を定義し、この基準軸にほぼ沿った方向に伸びる多数の導管からなる基準導管束モデルを定義する段階と、
所定の座標変換式に基づいて基準導管束モデルを構成する各点Ｑの座標を変換して点Ｑ′を求め、この点Ｑ′によって歪曲導管束モデルを定義する段階と、
歪曲導管束モデルを構成する各点に、所定の画素値をもった画素を定義する段階と、
歪曲導管束モデルを所定の切断面によって切断したときに切断面に位置する画素の集合によって構成されるパターンを、木目導管断面パターンとして抽出する段階と、
を行うようにしたものである。
【００１０】
(3)   本発明の第３の態様は、上述の第２の態様に係る木目導管断面パターンの作成方法において、
基準軸を中心軸として同軸円筒を配置した年輪モデルを定義し、この年輪モデルの年間成長幅ごとに所定の導管密度分布を定義し、この導管密度分布に応じた密度で個々の導管を配置することにより基準導管束モデルを定義するようにしたものである。
【００１１】
(4)   本発明の第４の態様は、上述の第２または第３の態様に係る木目導管断面パターンの作成方法において、
αおよびβを所定の定数、乱数もしくは関数として、
ｘ′＝ｘ＋α・ｓｉｎ（β・ｚ）
ｙ′＝ｙ
ｚ′＝ｚ
なる座標変換式を定義し、この座標変換式を用いて点Ｑ（ｘ，ｙ，ｚ）を点Ｑ′（ｘ′，ｙ′，ｚ′）に変換することにより歪曲導管束モデルを定義するようにしたものである。
【００１２】
(5)   本発明の第５の態様は、上述の第２または第３の態様に係る木目導管断面パターンの作成方法において、
θ０およびβを所定の定数、乱数もしくは関数として、
ｘ′＝ｒ・ｃｏｓ（θ０＋θ）
ｙ′＝ｒ・ｓｉｎ（θ０＋θ）
ｚ′＝ｚ
ただし      ｒ＝（ｘ２＋ｙ２）１／２
θ＝β・ｚ
なる座標変換式を定義し、この座標変換式を用いて点Ｑ（ｘ，ｙ，ｚ）を点Ｑ′（ｘ′，ｙ′，ｚ′）に変換することにより歪曲導管束モデルを定義するようにしたものである。
【００１３】
(6)   本発明の第６の態様は、上述の第１〜第５の態様に係る木目導管断面パターンの作成方法において、
歪曲導管束モデルが定義された三次元空間内に所定の二次元平面を定義し、
所定のスカラー値を自己相似的にこの二次元平面上の各点に定義することにより、この二次元平面上に二次元フラクタル場を用意し、
この二次元フラクタル場の各点のもつスカラー値に応じて、この二次元平面上の各点を所定方向に変位させることにより有皺面を生成し、
この有皺面を切断面として用いて、歪曲導管束モデルの切断を行うようにしたものである。
【００１４】
(7)   本発明の第７の態様は、上述の第２〜５の態様に係る木目導管断面パターンの作成方法において、
所定のスカラー値を自己相似的に三次元空間内の各点に定義した三次元フラクタル場を用意し、
歪曲導管束モデルを構成する各点Ｑ′の座標を、三次元フラクタル場の対応点のもつスカラー値に応じて変換して点Ｑ″を求め、この点Ｑ″によって揺らぎを含む歪曲導管束モデルを定義し、
この揺らぎを含む歪曲導管束モデルを所定の切断面によって切断するようにしたものである。
【００１５】
(8)   本発明の第８の態様は、木目導管断面パターンを人為的に作成する装置において、
パターン作成に必要な所定のパラメータを入力するパラメータ入力手段と、
パラメータ入力手段において入力されたパラメータに基づき、三次元空間内の所定の基準軸にほぼ沿った方向に伸びる多数の導管からなる基準導管束モデルを定義し、この基準導管束モデルを構成する各点に、所定の画素値を定義する基準導管束モデル生成手段と、
パラメータ入力手段において入力されたパラメータに基づき、三次元空間内に基準軸に対する向きが部分ごとに異なる方向線を定義し、基準導管束モデル内の導管が、定義した方向線に沿った方向を向くような変形が行われるように、基準導管束モデルを構成する各点に対する第１の座標変換を定義する第１の座標変換定義手段と、
基準導管モデルを切断するための切断面を定義する切断面定義手段と、
切断面上に位置する点Ｑに対して第１の座標変換を行い、座標変換後の点Ｑ′の位置について基準導管束モデルで定義されている画素値を、切断面上のもとの点Ｑに付与し、画素値が付与された切断面上の点Ｑによって構成されるパターンを木目柄パターンとして抽出するパターン抽出手段と、
を設けるようにしたものである。
【００１６】
(9)   本発明の第９の態様は、上述の第８の態様に係る木目導管断面パターンの作成装置において、
パラメータ入力手段において入力されたパラメータに基づき、所定のスカラー値を自己相似的に三次元空間内の各点に定義した三次元フラクタル場を発生し、この三次元フラクタル場に基づいて、導管モデルを構成する各点に対する第２の座標変換を定義する第２の座標変換定義手段を更に設け、
パターン抽出手段が、第１の座標変換および第２の座標変換の双方を行い、これら双方の座標変換を行った後の点Ｑ″について定義されている画素値を、切断面上に位置するもとの点Ｑに対して付与するようにしたものである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図示する実施形態に基づいて説明する。本発明の目的は、できるだけ天然木の風合いに近い導管断面パターン、あるいは、天然木にはない意匠性の高い導管断面パターンを人為的に発生させる点にある。そこで、はじめに、天然木の木目導管断面パターンのもつ性質について簡単に説明しておく。
【００１８】
図１に、ごく一般的な天然木から切り出した材木板を示す。このような材木板の表面には、図示されているような木目模様が見られるが、この木目模様を細かく観察すると、多数の木目導管断面から構成されていることがわかる。たとえば、図１に示す木目模様において、小さな円で囲って示した円形部分領域Ｗを拡大してみると、図２に示すように、多数の楕円状の木目導管断面からなるパターンが観察できる。このように、一般的な天然木の材木板に現れる木目模様は、木目導管断面パターンによって構成されている。この楕円状の木目導管断面は、天然木に存在する導管の断面として得られるパターンである。
【００１９】
この木目導管断面の輪郭線が細長いほぼ楕円状のパターンになることを、図３のモデルで示そう。ここでは、天然木に存在する導管Ｔが完全な円筒形状をしているものとして説明を行うことにする。この導管Ｔは、植物の生命維持に必要な物質の流通路として利用される管であり、植物の成長方向に沿って伸びている。すなわち、天然木の場合は幹に沿った方向に伸びていることになる。このような天然木から材木板を切り出す場合、通常は、より面積の広い板が取れるように幹に沿った方向に切断することになる。したがって、導管Ｔの長手方向軸と切断面Ｃとは、図３に示すように、鋭角をなすのが一般的である。このため、切断面Ｃに現れる導管Ｔの切り口、すなわち、木目導管断面Ｐは、図３の上方に示すように、細長い楕円状の輪郭線をもったパターンになる。
【００２０】
ところで、図２に示した複数の木目導管断面Ｐは、いずれもほぼ長手方向Ｌの方向に沿って細長い楕円になっている。これは、天然木の内部に存在する導管Ｔが、いずれも木の成長方向に向かって伸びているため、近接する導管の断面パターンはいずれも向きがほぼ同じになるためである。したがって、図１に示すような材木板全体についても、表面に存在する多数の木目導管断面のパターンにほぼ共通した長手方向Ｌ（この例の場合は、図の左右に伸びる方向）を定めることができる。
【００２１】
もっとも、このような楕円状の木目導管断面Ｐは、あくまでも切断面Ｃ上に現れた断面のパターンであって、実際の木目導管溝の切り口の部分の形状にすぎない。材木板の表面部分に形成された実際の木目導管溝は、深さのある凹状の溝である。参考までに、この導管溝の深さがどのような分布になるかを検討しておく。いま、図３に示すモデルにおいて、導管Ｔについての３つの横断面Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３を考えてみる。図３の下方に示す３つの楕円Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３は、各横断面位置での断面図である。ここで、水平の破線Ｃは、切断面Ｃの位置を示しており、その下のハッチング部分が、切断面Ｃの下方に得られる材木板に形成される導管溝Ｇの内部領域を示している。このモデルから明らかなように、実際の導管溝Ｇの深さは、図の右側が最も浅く、図の左側が最も深くなる。しかも、右から左へゆくにしたがって、深さは徐々に深くなり、深度は右から左へと単調に増加することになる。
【００２２】
なお、上述のモデルでは、導管Ｔを単純な円筒形状のものとして取り扱ったが、実際の導管は、幾何学的に完全な円筒形状をしているものは希であり、自然界のものであるため当然いびつな形状をしているのが普通である。中には、円筒形状（円柱形状）というよりは、根元から梢にゆくにしたがってなだらかに傾斜した円錐形状に近いものもある。実際の天然木の材木板に現れる木目導管断面パターンの一例を図４に示す。このように、実際の天然木の材木板に現れる木目導管断面Ｐは、図２に示すような完全な楕円形状のものではなく、いずれも不規則にいびつな形状のものになる。また、複数の導管が癒着したような部分も観察される。ただ、いずれの木目導管断面も、その長手方向Ｌ（図４の例では図の上下方向）は共通しており、この材木板全体を観察すれば、共通の長手方向Ｌを決定することが可能である。
【００２３】
本発明は、コンピュータを利用して、図４に示すような木目導管断面パターンを人為的に発生させるための手法を提供するものであり、その基本概念は、天然木における導管断面パターンの発生プロセスをシミュレートする点にある。
【００２４】
まず、図５に示すように、三次元空間内に所定の基準軸Ａを定義する。そして、この三次元空間内において、基準軸Ａに沿った方向に伸びる多数の導管Ｆを定義する。もちろん、個々の導管Ｆはコンピュータ内で定義された仮想の導管であるが、図３に示す導管Ｔに対応したものとなる。最も簡単なモデルとしては、同一の太さをもった円筒状の導管を均一に互いに平行になるように配置したモデルを考えることができる。しかしながら、実際には、後述する実施例で示すように、乱数を用いることにより、個々の導管Ｆごとに太さにバラツキをもたせ、ランダムな配置になるようにするのが好ましい。ここでは、ほぼ基準軸Ａに沿って配置された多数の導管Ｆからなるモデルを、基準導管束モデルと呼ぶことにする。
【００２５】
続いて、図６に示すように、任意の切断面Ｊを定義し、この切断面Ｊで基準導管束モデルを切断すれば、この切断面Ｊ上には、個々の導管Ｆの断面が現れることになる。すなわち、多数の導管断面からなる導管断面パターンが得られる。仮に、個々の導管Ｆが完全な円筒形状をしており、基準軸Ａと鋭角をなすように切断面Ｊを定義したとすれば、切断面Ｊ上に現れる個々の導管断面は、図３に示すような楕円状の木目導管断面Ｐとなる。
【００２６】
しかしながら、このような基準導管束モデルの切断によって得られる木目導管断面パターンは、一般に、天然木のもつ自然な風合いを欠き、意匠性にも乏しくなる。本願発明者は、その原因は、天然木に固有の「木理」という要素を加味していないためであると考えている。一般に、「木理」とは、天然木内の成長輪や構成細胞の配列の状態をさす言葉であり、特に、天然木の導管や繊維など軸方向要素の配向性をさすことが多い。たとえば、実際の天然木の成長方向が基準軸Ａの方向だとすると、天然木内部の導管は全体としてはこの基準軸Ａに沿った方向に伸びているが、部分的にはその配向性にバラツキを生じていることが多い。このような配向性が一般に「木理」と呼ばれており、配向性の状態により、波状木理、螺旋木理、交錯木理といった名称で呼ばれている。
【００２７】
たとえば、図７左に示すように、基準軸Ａに対して垂直な方向Ｂを定義し、基準軸Ａに沿った方向を示すベクトルに方向Ｂの成分を部分的に付加することによりベクトルＶ１を定義する。そして、図５に示す基準導管束モデルを構成する個々の導管Ｆを、このベクトルＶ１に沿って歪ませると、図７右に示すような歪曲導管束モデルが得られる。このような歪曲導管束モデルは、一般に波状木理と呼ばれている木理を含んだモデルとなる。また、図８左に示すように、基準軸Ａの周囲を螺旋状に取り巻くベクトルＶ２を定義し、図５に示す基準導管束モデルを構成する個々の導管Ｆを、このベクトルＶ２に沿って歪ませると、図８右に示すような歪曲導管束モデルが得られる。このような歪曲導管束モデルは、一般に螺旋木理と呼ばれている木理を含んだモデルとなる。
【００２８】
このように、三次元空間内において基準軸Ａに対する配向性が部分ごとに異なり、空間内で連続分布し、かつ、連続的に変化するようなベクトル場を定義し、このベクトル場に沿った方向に伸びる多数の導管Ｆを配置すれば、歪曲導管束モデルを定義することができる。このような歪曲導管束モデルをコンピュータ上で定義し、これを所定の切断面Ｊで切断すれば、木理の情報を含んだ木目導管断面パターンが得られることになる。本発明の基本思想は、このようにして、木理の情報を含んだ木目導管断面パターンを人為的に発生させる点にある。
【００２９】
【実施例】
以下、本発明を具体的な実施例に基づいて詳述する。
【００３０】
§１  本発明に係るパターン作成方法の手順概要
図９は、本発明の一実施例に係る木目導管断面パターンの作成方法の手順を示す流れ図である。この手順は、基本的には上述したように、三次元空間内に基準導管束モデルを作成し、このモデルを木理に基づいて変形して歪曲導管束モデルを作成し、これを所定の切断面によって切断して木目導管断面パターンを得るというものであるが、細かな点において実用的な工夫が施されている。
【００３１】
はじめに、ステップＳ１において、年輪パラメータに基づいて年輪モデルＭｒを定義する。この年輪モデルＭｒは、たとえば、図１０に示すような同軸円筒状のモデルであり、樹木の１年ごとの成長周期を示すモデルになる。この実施例では、
１年間の平均成長幅：Ｄ（単位ｍｍ）
年間成長幅のばらつきの最大値：Δ（単位ｍｍ）
これまでの成長年：ｙｅａｒ
なる年輪パラメータを設定することにより、年輪モデルＭｒを発生させている。図１０に示す年輪モデルＭｒは、ｙｅａｒ＝４に設定したモデルであり、１年目の成長幅Ｄ１、２年目の成長幅Ｄ２、３年目の成長幅Ｄ３、４年目の成長幅Ｄ４が示されている。ここで、ｉ年目の成長幅Ｄｉは、
Ｄｉ  ＝  Ｄ  ＋  Δ・ＲＮＤ
なる式で与えられる。なお、ＲＮＤは、コンピュータを利用した乱数発生手段で発生した乱数であり、−１≦ＲＮＤ≦＋１の範囲をとる。したがって、各年ごとに成長幅は多少変動するものの、その平均値はＤになる。
【００３２】
このような年輪モデルＭｒを定義する理由は、導管の配置を年輪に応じた分布にするためである。たとえば、図４に示す木目導管断面パターンを構成する個々の木目導管断面Ｐの分布は一様分布ではなく、年輪模様を構成するような特有の分布になっている。これは、導管の分布が年輪パターンに関連しているためであり、一年間のうちの特定の季節（たとえば、暖かい時期）に導管が多数生成されるという植物学的な樹木固有の現象に基づくものである。もっとも、樹木によっては、四季にかかわらず、一年を通じて均等に導管が生成されるようなものも存在し、そのような樹木の場合には、導管分布は年輪パターンとは無関係に一様な分布となる。一般に、導管分布が年輪パターンに依存する材木は環孔材と呼ばれ、年輪パターンに依存しない一様分布をとる材木は散孔材と呼ばれている。ステップＳ１における年輪モデルＭｒの定義処理は、環孔材の木目導管断面パターンを生成するために、年輪に応じた導管配置を行うために必要な処理である。したがって、散孔材の木目導管断面パターンを生成する場合には、このステップＳ１の処理は不要である。
【００３３】
さて、ＸＹＺ三次元座標空間内に、図１０に示すような年輪モデルＭｒが定義されたら、続くステップＳ２において、導管パラメータに基づいて基準導管束モデルＭｆを定義する処理を実行する。すなわち、この年輪モデルＭｒ内に個々の導管Ｆを配置する処理が行われる。この実施例では、
確率関数：Ｚ（Ｕ）
導管平均直径：φ
直径の分散：σ２
なる導管パラメータを設定することにより、多数の導管Ｆを配置し、基準導管束モデルＭｆを発生させている。
【００３４】
図１１は、基準軸Ａに対して垂直な面によって、年輪モデルＭｒを切断した状態を示す図である。図１０の年輪モデルＭｒについて、図示するようにＸＹＺ三次元座標系を定義すれば、図１１は、この年輪モデルＭｒを、ＸＹ平面に平行な面によって切断した断面図に相当する。いま、この年輪モデルＭｒ内の各点について、０〜１２７の値をとるポテンシャル値Ｕを、図１１に示すように、各成長年ごとに繰り返し定義する。このポテンシャル値Ｕは、基準軸Ａからの距離に基づいて周期的に変化する値となり、成長時期ｔを示すパラメータとなる。たとえば、Ｕ＝０を１月１日に対応させ、Ｕ＝１２７を１２月３１日に対応させれば、ポテンシャル値Ｕは１月１日〜１２月３１日までの１年間の所定の成長時期ｔを示す値になる。そこで、このポテンシャル値Ｕ（もしくは成長時期ｔ）を横軸にとり、縦軸に確率値Ｚをとることにより、図１２に示すような確率関数Ｚ（Ｕ）を定義する。ここで確率値Ｚは、導管を配置すべきか否かの確率を示す値であり、このような確率関数Ｚ（Ｕ）に基づいて導管の配置を行えば、最終的な導管の密度分布Ｄｅは、この確率関数Ｚ（Ｕ）に応じたものとなる。
【００３５】
ステップＳ２における基準導管束モデルＭｆの定義処理は、この確率関数Ｚ（Ｕ）に基づいて個々の導管Ｆを年輪モデルＭｒに重ねて配置してゆく処理になる。図１１の断面図には、このようにして配置されたいくつかの導管Ｆが示されている。個々の導管Ｆの位置は、乱数に基づいてランダムに決められるが、統計的には、図１２の確率関数Ｚ（Ｕ）に従った分布となるように決められる。したがって、確率関数Ｚ（Ｕ）として、特定の位置にピークを有するような関数を用いれば、環孔材に対応する基準導管束モデルＭｆを定義することができるし、全ポテンシャル値にわたって平坦な関数を用いれば、散孔材に対応する基準導管束モデルＭｆを定義することができる。なお、この実施例では、各導管Ｆの直径は均一ではなく、平均直径がφ、直径の分散がσ２となるように、乱数を利用してランダムに設定している。したがって、最終的に定義された基準導管束モデルＭｆは、平均直径がφ、直径の分散がσ２という条件のもとでランダムな直径をもった多数の導管Ｆを、図１２の確率関数Ｚ（Ｕ）に従った統計的な密度分布という条件のもとでランダムに配置したものになる。なお、この実施例では、完全に幾何学的な円柱を、その長手方向軸が基準軸Ａに平行になるように配置することにより、１つの導管Ｆの定義を行っているが、各導管Ｆは、必ずしも幾何学的に完全な円柱にする必要はなく、また、幾何学的に正確に基準軸Ａに平行に配置する必要もない。要するに、ステップＳ２で定義する基準導管束モデルＭｆは、基準軸Ａにほぼ沿った方向に伸びる多数の導管から構成されていればよい。
【００３６】
続くステップＳ３において、各導管Ｆを認識するための画素値を定義する。図１１には、いわゆるモノクロ画像を得るための最も単純な画素定義が示されている。すなわち、導管Ｆ内部の各点Ｋ１（画素）には、画素値“１”（たとえば黒）が定義され、導管Ｆ外部の各点Ｋ２（画素）には画素値“０”（たとえば白）が定義されている。このように、画素値として二値定義を行えば、最終的には、図４に示すようなモノクロの木目導管断面パターンを得ることができる。もちろん、より細かな画素値を定義すれば、きめの細かな階調画像を得ることができ、更に、三原色のそれぞれについての画素値を定義すれば、カラー画像を得ることができる。また、導管Ｆ外部の各点について、年輪モデルＭｒに基づいて周期的な画素値を定義すれば、木目導管断面パターンだけではなく、年輪パターンを表現することも可能である。
【００３７】
なお、図９の流れ図では、基準導管束モデルＭｆの定義をステップＳ２で行った後に、画素値の定義をステップＳ３で行う例を示したが、これは説明の便宜を図るためであり、実際には、これらの各定義処理の順序は不問である。むしろ、実用上は、両者が渾然一体として定義されることになろう。
【００３８】
さて、こうして定義された基準導管束モデルＭｆには、まだ「木理」の概念は取り入れられていない。各導管Ｆの直径や配置などを決定するのに乱数を用いているため、ある程度ランダムな要素は取り込まれているものの、このランダムな要素は、天然木に特有な「木理」の要素とは異なるものである。ステップＳ４の処理は、木理パラメータに基づいて、この基準導管束モデルＭｆを歪曲させ、「木理」の要素を含んだ歪曲導管束モデルＭｆ′を定義する処理である。既に、図７において、いわゆる「波状木理」の要素を含んだ歪曲導管束モデルの概念を示し、図８において、いわゆる「螺旋木理」の要素を含んだ歪曲導管束モデルの概念を示した。このような歪曲導管束モデルを作成するには、直観的には、ステップＳ２で定義した基準導管束モデルＭｆを捻ったり、捩じったりすればよい。本実施例では、この捻ったり、捩じったりする処理を、コンピュータを利用した座標変換という形式で実現している。以下、この座標変換を具体例に即して説明する。
【００３９】
図１３は、波状木理に基づく座標変換の一例を示す概念図である。ここでは、基準軸ＡがＺ軸に平行になるように、ＸＹＺ三次元座標系を定義し、基準導管束モデルＭｆを構成する任意の点Ｑ（図では、基準軸Ａ上の点として示されているが、モデルＭｆ内の点であればどの点でもかまわない）を別な点Ｑ′に座標変換する方法を示してある。すなわち、もとの点Ｑ（ｘ，ｙ，ｚ）の座標値ｘ，ｙ，ｚに対して、
ｘ′＝ｘ＋α・ｓｉｎ（β・ｚ）
ｙ′＝ｙ
ｚ′＝ｚ
なる座標変換式を定義し、この座標変換式を用いて点Ｑ（ｘ，ｙ，ｚ）を点Ｑ′（ｘ′，ｙ′，ｚ′）に変換することになる。ここで、αは変位振幅を示す係数であり、βは変位周期を示す係数である。係数α，βとして定数を用いると、幾何学的に画一的な座標変換が行われることになるが、必要に応じて乱数を用いたり、関数を用いたりすれば、より柔軟な座標変換が可能になる。たとえば、乱数を用いる場合であれば、α＝α０＋ＲＮＤ，β＝β０＋ＲＮＤのような定義を行い、所定の初期値α０，β０に対して、たとえば、−１≦ＲＮＤ≦＋１のように範囲が限定された乱数を作用させればよい。また、関数を用いるのであれば、α＝α（ｚ），β＝β（ｚ）のように、もとの座標値ｘ，ｙ，ｚを引数とする関数を定義すればよい。もちろん、各係数として、定数、乱数、関数の組み合わせを用いることも可能である。
【００４０】
ステップＳ２で定義した基準導管束モデルＭｆを構成する各点Ｑ（ｘ，ｙ，ｚ）を、上述の座標変換式を用いて変換して点Ｑ′（ｘ′，ｙ′、ｚ′）を得れば、この点Ｑ′の集合によって表現されるモデルは、図７に示すような波状木理の要素を含んだ歪曲導管束モデルＭｆ′となる。別言すれば、図１３に示すように、基準軸Ａに対する配向性が部分ごとに異なるベクトル場Ｖ１を定義し、このベクトル場Ｖ１に沿った方向に伸びる多数の導管Ｆからなる歪曲導管束モデルＭｆ′が定義されたことになる。
【００４１】
一方、図１４は、螺旋木理に基づく座標変換の一例を示す概念図である。ここでは、基準軸ＡがＺ軸に一致するように、ＸＹＺ三次元座標系を定義し、基準導管束モデルＭｆを構成する任意の点Ｑ（ｘ，ｙ，ｚ）に対して、
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なる座標変換式を定義し、この座標変換式を用いて点Ｑ（ｘ，ｙ，ｚ）を点Ｑ′（ｘ′，ｙ′，ｚ′）に変換している。ここで、θ０はＸＹ平面上の螺旋の位置を示す係数（初期位相）であり、βはＺ軸方向に関する螺旋の周期を示す係数である。係数θ０，βとして定数を用いると、幾何学的に画一的な座標変換が行われることになるが、必要に応じて乱数を用いたり、関数を用いたりすれば、より柔軟な座標変換が可能になる。たとえば、係数βとして、β＝β（ｚ）なる関数を用いれば、Ｚ座標値によって螺旋の旋回程度が異なるような螺旋木理の表現が可能になり、β＝β（ｒ）なる関数を用いれば、中心軸（Ｚ軸）からの距離に応じて螺旋の旋回程度が異なるような螺旋木理の表現が可能になる。もちろん、各係数として、定数、乱数、関数の組み合わせを用いることも可能である。
【００４２】
ステップＳ２で定義した基準導管束モデルＭｆを構成する各点Ｑ（ｘ，ｙ，ｚ）を、上述の座標変換式を用いて変換して点Ｑ′（ｘ′，ｙ′、ｚ′）を得れば、この点Ｑ′の集合によって表現されるモデルは、図８に示すような螺旋木理の要素を含んだ歪曲導管束モデルＭｆ′となる。別言すれば、図１４に示すように、基準軸Ａに対する配向性が部分ごとに異なるベクトル場Ｖ２を定義し、このベクトル場Ｖ２に沿った方向に伸びる多数の導管Ｆからなる歪曲導管束モデルＭｆ′が定義されたことになる。
【００４３】
なお、上述の例ではいずれも座標変換を変換式に基づいて行っているが、所定の変換テーブルを用意しておき、この変換テーブルに基づく座標変換を行うようにすることも可能である。ただ、変換テーブルではなく変換式による座標変換を行えば、最終的に得られる歪曲導管束モデルＭｆ′全体を式として記述することができるので便利である。
【００４４】
さて、図９の流れ図のステップＳ４において、木理の要素を含んだ歪曲導管束モデルＭｆ′が定義されると、続くステップＳ５において、揺らぎパラメータに基づく座標変換が定義され、揺らぎを含む歪曲導管束モデルＭｆ″が定義されることになるが、ここでは、便宜上、このステップＳ５の処理の説明を後の§２で行うことにし、ステップＳ６以降の説明を先に行うことにする。
【００４５】
ステップＳ６では、切断面Ｊが定義される。たとえば、ステップＳ４で定義された歪曲導管束モデルＭｆ′に対して、図１５に示すような切断面Ｊが定義されることになる。具体的には、たとえば、切断面Ｊのサイズ（縦横の長さ）、上辺と基準軸Ａとの距離、下辺と基準軸Ａとの距離を定義すれば、ＸＹＺ三次元座標空間内における切断面Ｊの位置が一義的に定まる。続くステップＳ７では、切断面Ｊ上の画素の集合として、木目導管断面パターンが抽出されることになる。すなわち、歪曲導管束モデルＭｆ′内の各点のうち切断面Ｊ上に位置する点の集合によってパターンが形成されることになる。図１６は、こうして切断面Ｊ上に得られた木目導管断面パターンの一例を示す平面図である。図示のとおり、楕円状の木目導管断面Ｐが多数現れており、各木目導管断面Ｐの内部の点Ｋ３には画素値“１”（黒）が定義され、外部の点Ｋ４には画素値“０”が定義されている。
【００４６】
こうして、木目導管断面パターンが得られれば、続くステップＳ８において、刷版・印刷工程を行い、壁紙などにこのパターンを印刷するか、あるいは、エンボス版作成・エンボス加工工程を行い、壁紙などにこのパターンを凹凸形状として転写する。ステップＳ７で得られた木目導管断面パターンは、コンピュータ内にデジタル画像データとして保持されているので、ステップＳ８の工程は、このデジタル画像データを利用して行われることになる。
【００４７】
§２  揺らぎ成分の付加
ところで、図１５に示す切断プロセスでは、平面状の切断面Ｊを用いた切断を行っているが、切断面Ｊは必ずしも平面にする必要はない。特に、導管の直径に比べて十分小さな皺状の凹凸が形成された切断面（ここでは、有皺切断面ＪＪと呼ぶ）を用いて切断を行うと、揺らぎの要素を含んだ木目導管断面パターンを得ることができる。図１７は、このような有皺切断面ＪＪを用いて歪曲導管束モデルＭｆ′を切断するプロセスを示す概念図である。有皺切断面ＪＪとしては、導管の直径に比べて細かな皺が多数形成された面であればどのような面であってもかまわないが、自然の揺らぎを表現するためには、二次元の揺らぎ場、特に二次元フラクタル場を利用して皺を生成するのが好ましい。二次元フラクタル場は、所定のスカラー値を自己相似的に二次元平面上の各点に定義したスカラー場である。たとえば、ＸＹ平面上にこのような二次元フラクタル場を定義すれば、このＸＹ平面上の任意の点Ｎ（ｘ，ｙ）について、それぞれ所定のスカラー値Ｓが定義されることになる。しかもこのスカラー値Ｓの空間的な分布は、自己相似的となっており、マクロ的に全体を観察しても、ミクロ的にその一部分を観察しても、スカラー値の分布の複雑さは同じになる。そこで、ＸＹ平面上の各点を、それぞれに定義されたスカラー値Ｓに対応する寸法だけＺ軸方向に変位させれば、自然の揺らぎをもった有皺切断面ＪＪを定義することができる。このような自然の揺らぎをもった有皺切断面ＪＪによって、歪曲導管束モデルＭｆ′を切断し、切断面上の画素によって木目導管断面パターンを形成するようにすれば、パターン自身に自然の揺らぎが含まれることになり、自然に近い風合いをもった木目導管断面パターンを得ることが可能になる。
【００４８】
上述のように、切断面側に揺らぎの要素を付加する代わりに、歪曲導管束モデルＭｆ′側に揺らぎの要素を付加しても同じ結果が得られる。図１８は、このような揺らぎを含む歪曲導管束モデルＭｆ″を、平面状の切断面Ｊによって切断するプロセスを示す概念図である。三次元モデルである歪曲導管束モデルＭｆ″側に揺らぎの要素が付加してあるため、切断面Ｊとしては通常の平面を用いればよい。実は、図９に示した手順は、図１８に示すように、三次元モデル側に揺らぎの要素を付加する手法を示すものであり、説明を保留しておいたステップＳ５の処理は、ステップＳ４において定義された歪曲導管束モデルＭｆ′に、更に揺らぎの要素を付加して、揺らぎを含む歪曲導管束モデルＭｆ″を定義するプロセスである。歪曲導管束モデルＭｆ′に基づいて揺らぎを含む歪曲導管束モデルＭｆ″を定義するためには、揺らぎ場に基づく座標変換が利用される。
【００４９】
この実施例では、図１９に示すような３組の三次元フラクタル場Ｉ，II，III を揺らぎ場として利用して、この座標変換を行っている。ここで、各フラクタル場Ｉ，II，III は、いずれも所定のスカラー値を自己相似的に三次元空間内の各点に定義したスカラー場であり、たとえば、所定の座標値（ｘ，ｙ，ｚ）で示される点Ｑ（ｘ，ｙ，ｚ）について、各フラクタル場では、それぞれスカラー値Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３が定義されている。そこで、たとえば、図１５に示す歪曲導管束モデルＭｆ′内のすべての点Ｑ（ｘ，ｙ，ｚ）を、上記フラクタル場を用いて、新たな座標値（ｘ＋Ｓ１，ｙ＋Ｓ２，ｚ＋Ｓ３）で示される点へと変位させる作業を行えば、図１５に示すモデルＭｆ′を、図１８に示すモデルＭｆ″に変換することができる。変換後のモデルＭｆ″は、フラクタル場に基づく自然の揺らぎを含んでいるため、これを切断面Ｊで切断することによって得られる木目導管断面パターンも、自然の揺らぎを含んだものになる。
【００５０】
結局、図９に示す手順では、まず、図１０に示すような基準導管束モデルＭｆが定義され（ステップＳ２）、続いて、このモデルＭｆに対して木理を考慮した所定の座標変換を施すことにより、図１５に示すような歪曲導管束モデルＭｆ′が定義され（ステップＳ４）、更に、このモデルＭｆ′に対して揺らぎを付加するための所定の座標変換を施すことにより、図１８に示すような揺らぎを含む歪曲導管束モデルＭｆ″が定義され（ステップＳ５）、最終的に、このモデルＭｆ″に対して平面状の切断面Ｊによって切断が行われることになる（ステップＳ７）。
【００５１】
§３  具体的な演算手法
上述した方法では、概念的には、図１８に示すように、ＸＹＺ三次元座標空間内に揺らぎを含む歪曲導管束モデルＭｆ″の立体画像を形成し、この立体画像に対する切断面Ｊによる切り口の二次元画像を木目導管断面パターンとして抽出するのであるが、コンピュータ内で行われる実際の演算処理としては、必ずしも図１８に示すようなモデルＭｆ″の立体画像データを用意する必要はない。むしろ、このようなモデルＭｆ″の立体画像データを演算によって求めることは、実用上は好ましくない。なぜなら、最終的に必要な情報は、切断面Ｊ上の画素に関する画素値であり、切断面Ｊ以外の箇所のモデルＭｆ″の立体画像データは全く必要ないからである。
【００５２】
そこで、本実施例では、次のような方法により、コンピュータによる効率的な演算が行われるよう工夫を行っている。まず、ステップＳ２における基準導管束モデルＭｆの定義プロセスでは、個々の導管Ｆの直径ｄと直交座標系による座標値で示した位置（ｘ，ｙ）もしくは極座標系による座標値で示した位置（ｒ，θ）を示すデータだけを用意する。この実施例では、各導管Ｆを幾何学的に完全な円柱としており、しかもＺ軸に平行に無限に伸びる円柱として定義しているので、１本の導管Ｆを示すのに、（ｄ，ｘ，ｙ）もしくは（ｄ，ｒ，θ）といった３変数を用いるだけで十分である。また、ステップＳ３における画素値の定義プロセスでは、単に、各導管Ｆの内側の領域については画素値“１”、外側の領域については画素値“０”というような情報だけを定義しておく。
【００５３】
続くステップＳ４における歪曲導管束モデルＭｆ′の定義プロセスでは、図１３あるいは図１４に示したような座標変換の式だけを定義する。すなわち、図１５に示すような歪曲導管束モデルＭｆ′に相当するような立体画像データを求める演算は一切行わない。もちろん、このような立体画像データが必要な場合には、ステップＳ２で用意した個々の導管Ｆの直径と位置を示すデータと、ステップＳ４で定義した座標変換式とに基づいて、そのような立体画像データを演算することはいつでも可能である。しかし、前述したように、木目導管断面パターンを得るという本発明の目的達成のためには、そのような演算をこの時点で行う必要はない。次のステップＳ５における揺らぎを含む歪曲導管束モデルＭｆ″の定義プロセスでは、図１９に示すような三次元フラクタル場Ｉ，II，III を用いた座標変換の式だけを定義する。したがって、図１８に示すような揺らぎを含む歪曲導管束モデルＭｆ″に相当するような立体画像データを求める演算は一切行われないことになる。
【００５４】
図２０は、ステップＳ２で定義された基準導管束モデルＭｆ内の任意の点Ｑ（ｘ，ｙ，ｚ）が、ステップＳ４で定義された座標変換式（木理を表現するための座標変換）により点Ｑ′（ｘ′，ｙ′，ｚ′）に変位し、更に、ステップＳ５で定義された座標変換式（揺らぎを表現するための座標変換）により点Ｑ″（ｘ″，ｙ″，ｚ″）に変位した状態を示す概念図である。点Ｑ（ｘ，ｙ，ｚ）から点Ｑ′（ｘ′，ｙ′，ｚ′）への座標変換は、たとえば波状木理を表現する場合には、図１３に示したように、
ｘ′＝ｘ＋α・ｓｉｎ（β・ｚ）
ｙ′＝ｙ
ｚ′＝ｚ
なる座標変換式に基づいて行うことができ、点Ｑ′（ｘ′，ｙ′，ｚ′）から点Ｑ″（ｘ″，ｙ″，ｚ″）への座標変換は、たとえば図１９に示すような三次元フラクタル場を利用するのであれば、図２０に示したように、
ｘ″＝ｘ′＋Ｓ１
ｙ″＝ｙ′＋Ｓ２
ｚ″＝ｚ′＋Ｓ３
なる座標変換式に基づいて行うことができる。
【００５５】
最後に、ステップＳ７において、上述の各座標変換を考慮にいれた演算処理を実行し、木目導管断面パターンの抽出を行う。具体的には、次のような演算を行えば、非常に効率的な処理が可能になる。まず、切断面Ｊ上に所定の解像度で画素配列を定義する。画素の解像度は、たとえば、１画素あたりの実寸長などによって定めることができる。そして、この画素配列を構成する個々の画素についての位置（たとえば、１つの画素の中心点位置）を点Ｑ（ｘ，ｙ，ｚ）として求める。そして、この点Ｑ（ｘ，ｙ，ｚ）を上述した座標変換式に基づいて点Ｑ′（ｘ′，ｙ′，ｚ′）に変換し、更に、点Ｑ″（ｘ″，ｙ″，ｚ″）へと変換する。こうして、点Ｑ″の位置が求められたら、ステップＳ２で定義された基準導管束モデルＭｆについて、点Ｑ″の位置の画素値を演算によって求める。前述のように、基準導管束モデルＭｆは、個々の導管Ｆの直径と位置とを示す（ｄ，ｘ，ｙ）もしくは（ｄ，ｒ，θ）というデータによって定義されているので、これらのデータに基づいて、点Ｑ″が導管Ｆの内側に位置するのか外側に位置するのかを判断する演算を行い、内側に位置する場合には画素値“１”、外側に位置する場合には画素値“０”をとればよい。こうして求めた画素値を、切断面Ｊ上のもとの画素に付与すれば、目的とする木目導管断面パターンが切断面Ｊ上に形成されることになる。
【００５６】
§４  本発明に係るパターン作成装置の基本構成
図２１は、本発明の一実施例に係る木目導管断面パターン作成装置の基本構成を示すブロック図である。ここで、パラメータ入力手段１０１は、パターン作成に必要な所定のパラメータを入力する手段であり、この実施例では、年輪パラメータ、導管パラメータ、木理パラメータ、揺らぎパラメータが、このパラメータ入力手段１０１に対して設定されることになる。乱数発生手段１０２は、所定の数値範囲内の乱数を発生する手段であり、たとえば、−１≦ＲＮＤ≦＋１の範囲をとる一様乱数ＲＮＤを発生する機能を有する。この乱数発生手段１０２により発生した乱数を用いることにより、自然物の不規則性を表現したパターンを得ることが可能になる。
【００５７】
基準導管束モデル生成手段１０３は、パラメータ入力手段１０１において入力された年輪パラメータおよび導管パラメータ（図１０参照）と、乱数発生手段１０２において発生された乱数とに基づき、三次元空間内の所定の基準軸Ａに沿った方向に伸びる多数の導管からなる基準導管束モデルＭｆを定義し、この基準導管束モデルＭｆを構成する各点に、各導管を認識するのに必要な所定の画素値を定義する機能を有する。乱数を用いているため、個々の導管の直径や配置はランダムになるが、図１２に示すような確率関数Ｚ（Ｕ）をパラメータとして用いているため、導管の統計的な分布は制御することが可能である。
【００５８】
木理に基づく座標変換定義手段１０４は、パラメータ入力手段１０１において入力された木理パラメータ（波状木理，螺旋木理といった木理のタイプを示すパラメータや、具体的な変換式に用いられる係数値α，βなど）と乱数発生手段１０２において発生された乱数とに基づき、三次元空間内に基準軸Ａに対する配向性が部分ごとに異なるベクトル場を定義し、このベクトル場に基づいて、基準導管束モデルＭｆを構成する各点に対する座標変換を定義する機能を有する。
【００５９】
揺らぎに基づく座標変換定義手段１０５は、パラメータ入力手段１０１において入力された揺らぎパラメータ（用いる揺らぎのタイプや揺らぎの最大値など）と乱数発生手段において発生された乱数とに基づき揺らぎ場を発生し、この揺らぎ場に基づいて、基準導管束モデルを構成する各点に対する座標変換を定義する機能を有する。たとえば、揺らぎ場として三次元フラクタル場を用いた場合には、図２０に示すような座標変換式が定義されることになる。コンピュータを用いたフラクタル場の発生方法としては、たとえばランダム中点変位法など公知の一般的な方法を用いればよい。
【００６０】
切断面定義手段１０６は、基準導管束モデル生成手段１０３で生成された基準導管モデルＭｆを切断するための切断面Ｊを定義する手段であり、この実施例では、切断面Ｊのサイズ（縦横の長さ）、上辺と基準軸Ａとの距離、下辺と基準軸Ａとの距離を設定することにより、平面状の切断面Ｊを定義している。また、この切断面Ｊ上に定義される画素配列の解像度が、１画素あたりの実寸長として設定される。
【００６１】
パターン抽出手段１０７は、切断面Ｊ上に位置する点Ｑに対して、木理に基づく座標変換定義手段１０４で定義された座標変換と、揺らぎに基づく座標変換定義手段１０５で定義された座標変換と、の双方の座標変換を行い、座標変換後の点Ｑ″について基準導管モデルＭｆで定義されている画素値を、切断面Ｊ上のもとの点Ｑに付与し、画素値が付与された切断面上の点Ｑによって構成されるパターンを木目導管断面パターンとして抽出する機能を有する。こうして抽出された木目導管断面パターンは、ラスター画像データとして出力される。
【００６２】
以上述べた各構成要素１０１〜１０７は、実際にはコンピュータを利用して実現されるものである。したがって、図２１では説明の便宜上、これらの各構成要素をそれぞれ機能ブロックとして分けて示しているが、実際には、これらの各構成要素は物理的に区別されうるものではない。
【００６３】
刷版装置１０８は、パターン抽出手段１０７から出力されたラスター画像データに基づいて刷版処理を行う装置であり、こうして得られた版を用いて、エンボス加工装置１０９ではエンボス加工が行われ、印刷装置１１０では印刷が行われることになる。
【００６４】
§５  本発明によって作成されたパターンの実例
最後に、この図２１に示す装置によって実際に作成された木目導管断面パターンのいくつかの例を示しておく。
【００６５】
図２２は、揺らぎに基づく座標変換のみを行って得られた木目導管断面パターンを示す図である。すなわち、図２１に示す構成要素において、木理に基づく座標変換定義手段１０４を機能させない状態でパターン抽出を行ったものである。フラクタル場を利用した揺らぎに基づく座標変換が行われているため、全体として自然界の揺らぎの要素は表現されているが、本発明の主題である木理の要素は現れていない。なお、導管パラメータとして、環孔材の確率関数Ｚ（Ｕ）を用いているため、個々の導管断面パターンは年輪に応じた分布となっている。
【００６６】
図２３は、波状木理に基づく座標変換と揺らぎに基づく座標変換との双方を行って得られた木目導管断面パターンを示す図である。すなわち、図２１に示す構成要素すべてを機能させて得られたパターンであり、全体として自然界の揺らぎの要素が表現されている上に、本発明の主題である波状木理の要素が表現されている。導管パラメータとしては、やはり環孔材の確率関数Ｚ（Ｕ）を用いているため、個々の導管断面パターンは年輪に応じた分布となっている。
【００６７】
図２４は、螺旋木理に基づく座標変換と揺らぎに基づく座標変換との双方を行って得られた木目導管断面パターンを示す図である。やはり図２１に示す構成要素すべてを機能させて得られたパターンであり、全体として自然界の揺らぎの要素が表現されている上に、本発明の主題である螺旋木理の要素が表現されている。導管パラメータとしては、これも環孔材の確率関数Ｚ（Ｕ）を用いているため、個々の導管断面パターンは年輪に応じた分布となっている。
【００６８】
図２５は、波状木理に基づく座標変換、螺旋木理に基づく座標変換、揺らぎに基づく座標変換の３つの座標変換のすべてを行って得られた木目導管断面パターンを示す図である。ただ、導管パラメータとしては、散孔材の確率関数Ｚ（Ｕ）を用いているため、個々の導管断面パターンは年輪とは無関係な分布となっている。やはり、全体として自然界の揺らぎの要素が表現されている上に、本発明の主題である波状木理および螺旋木理の要素が表現されている。
【００６９】
【発明の効果】
以上のとおり本発明に係る木目導管断面パターンの作成方法によれば、天然木のもつ木理の要素を考慮した自然な木目導管断面パターンあるいは意匠性の高い木目導管断面パターンを、人為的に発生させることのできるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一般的な天然木の材木板上に現れる木目導管断面パターンの一例を示す図である。
【図２】図１に示すパターンの円形部分領域Ｗ内の拡大図である。
【図３】一般的な天然木を切断したときに得られる導管溝の深さ分布を説明する図である。
【図４】実際の天然木の材木板に現れる木目導管断面パターンの一例を示すより詳細な図である。
【図５】三次元空間内の基準軸Ａに沿った方向に伸びる多数の導管Ｆからなる基準導管束モデルを示す斜視図である。
【図６】図５に示す基準導管束モデルを所定の切断面Ｊで切断した状態を示す斜視図である。
【図７】図５に示す基準導管束モデルの各導管Ｆをベクトル場Ｖ１に沿うように歪ませることによって得られる波状木理を表現した歪曲導管束モデルを示す斜視図である。
【図８】図５に示す基準導管束モデルの各導管Ｆをベクトル場Ｖ２に沿うように歪ませることによって得られる螺旋木理を表現した歪曲導管束モデルを示す斜視図である。
【図９】本発明の一実施例に係る木目導管断面パターンの作成方法の手順を示す流れ図である。
【図１０】図９に示す流れ図のステップＳ１で定義される年輪モデルＭｒおよびステップＳ２で定義される基準導管束モデルＭｆを示す斜視図である。
【図１１】図１０に示す年輪モデルＭｒおよび基準導管束モデルＭｆを、基準軸Ａに対して垂直な面によって切断した状態を示す断面図である。
【図１２】図９に示す流れ図のステップＳ２における導管配置を行う上で参照される確率関数Ｚ（Ｕ）の一例を示すグラフである。
【図１３】波状木理に基づく座標変換の一例を示す概念図である。
【図１４】螺旋木理に基づく座標変換の一例を示す概念図である。
【図１５】木理に基づく座標変換を行って得られた歪曲導管束モデルＭｆ′に対して、切断面Ｊによる切断を行うプロセスを示す斜視図である。
【図１６】図１５に示す切断プロセスにより、切断面Ｊ上に得られる木目導管断面パターンの一例を示す平面図である。
【図１７】図１５に示す切断プロセスで用いた切断面Ｊの代わりに、有皺切断面ＪＪを用いた切断プロセスを示す斜視図である。
【図１８】木理に基づく座標変換と揺らぎに基づく座標変換との双方を行って得られた揺らぎを含む歪曲導管束モデルＭｆ″に対して、切断面Ｊによる切断を行うプロセスを示す斜視図である。
【図１９】揺らぎに基づく座標変換を行うために用いられる３組の三次元フラクタル場を示す概念図である。
【図２０】基準導管束モデルＭｆ内の任意の点Ｑ（ｘ，ｙ，ｚ）が、木理を表現するための座標変換により点Ｑ′（ｘ′，ｙ′，ｚ′）に変位し、更に、揺らぎを表現するための座標変換により点Ｑ″（ｘ″，ｙ″，ｚ″）に変位する状態を示す概念図である。
【図２１】本発明の一実施例に係る木目導管断面パターン作成装置の基本構成を示すブロック図である。
【図２２】揺らぎに基づく座標変換のみを行って得られた環孔材の木目導管断面パターンを示す図である。
【図２３】波状木理に基づく座標変換と揺らぎに基づく座標変換との双方を行って得られた環孔材の木目導管断面パターンを示す図である。
【図２４】螺旋木理に基づく座標変換と揺らぎに基づく座標変換との双方を行って得られた環孔材の木目導管断面パターンを示す図である。
【図２５】螺旋木理に基づく座標変換と揺らぎに基づく座標変換との双方を行って得られた散孔材の木目導管断面パターンを示す図である。
【符号の説明】
１０１…パラメータ入力手段
１０２…乱数発生手段
１０３…基準導管束モデル生成手段
１０４…木理に基づく座標変換定義手段
１０５…揺らぎに基づく座標変換定義手段
１０６…切断面定義手段
１０７…パターン抽出手段
１０８…刷版装置
１０９…エンボス加工装置
１１０…印刷装置
Ａ…基準軸
Ｂ…基準軸に直交する方向
Ｃ，Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３…切断面
Ｄ…一年間の平均成長幅
Ｄ１〜Ｄ４…一年間の成長幅
Ｆ…導管
Ｇ…導管溝
Ｊ…切断面
ＪＪ…有皺切断面
Ｋ１〜Ｋ４…三次元空間内の点
Ｌ…長手方向
Ｍｆ…基準導管束モデル
Ｍｆ′…歪曲導管束モデル
Ｍｆ″…揺らぎを含む歪曲導管束モデル
Ｍｒ…年輪モデル
Ｐ…木目導管断面
Ｑ，Ｑ′，Ｑ″…三次元空間内の点
ｔ…成長時期
Ｔ…導管
Ｕ…ポテンシャル値
Ｖ１，Ｖ２…ベクトル場
Ｗ…円形部分領域
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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