(57)【要約】【課題】凹凸形状と変角反射特性とを両立させた再現物を印刷すること。【解決手段】形状データ生成装置は、再現したい対象物の形状を表す、画素毎の高さ情報からなる形状データと、再現物の画素毎の変角反射特性を示す反射率データを取得する。そして、形状データから再現物の形状の低周波成分を示す低周波形状データを抽出する。そして、低周波形状データと、反射率データとに基づいて再現物の表面形状を含む形状を示す合成形状データを生成する。【選択図】図１
2017001224.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
再現したい対象物の形状を表す、画素毎の高さ情報からなる形状データを取得する形状データ取得手段と、
前記対象物の画素毎の変角反射特性を示す反射率データを取得する反射率データ取得手段と、
前記形状データから前記対象物の形状の低周波成分を示す低周波形状データを抽出する抽出手段と、
前記低周波形状データと、前記反射率データとに基づいて前記対象物の表面形状を含む形状を示す合成形状データを生成する生成手段と
を有する形状データ生成装置。
【請求項２】
前記形状データ取得手段は、画素ごとに前記対象物の高さを示す値を有する形状データを取得し、
前記反射率データ取得手段は、画素ごとに前記対象物の変角反射特性を示すパラメータを有する反射率データを取得し、
前記抽出手段は、前記反射率データの１つの画素に対応する画素分の低周波形状データを、前記反射率データの１つの画素に対応する画素分ごとに抽出することを特徴とする請求項１に記載の形状データ生成装置。
【請求項３】
前記生成手段は、前記反射率データに基づいて前記対象物の表面形状を示す高周波形状データを生成し、前記低周波形状データと前記高周波形状データとを合成することで合成形状データを生成することを特徴とする請求項１または２に記載の形状データ生成装置。
【請求項４】
前記高周波形状データは、前記反射率データが示す変角反射特性に対応する基本形状を示す基本形状データと、前記基本形状の解像度と、前記反射率データに含まれる処理対象の画素の回転角と画素ごとに含むデータであることを特徴とする請求項３に記載の形状データ生成装置。
【請求項５】
前記生成手段は、前記基本形状を前記低周波形状データの解像度に合わせて前記回転角が示す角度で回転させて前記低周波形状データが示す形状の上に合成することで前記合成形状データを生成することを特徴とする請求項４に記載の形状データ生成装置。
【請求項６】
前記生成手段は、
前記反射率データに基づいて前記対象物の表面色を決定し、
前記反射率データと前記表面色とに基づく変角反射特性を再現する形状を示す前記基本形状を決定することを特徴とする請求項４または５に記載の形状データ生成装置。
【請求項７】
前記生成手段は、
予め用意されている複数の高周波形状データを前記低周波形状データに組み合わせた複数の合成形状データを生成し、
生成した複数の合成形状データのうち、前記反射率データ取得手段で取得された反射率データが示す変角反射特性との誤差が少ない変角反射特性を再現する合成形状データを選択することを特徴とする請求項１または２に記載の形状データ生成装置。
【請求項８】
前記予め用意されている複数の高周波形状データは、前記低周波形状データと同じ解像度のデータであることを特徴とする請求項７に記載の形状データ生成装置。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか一項に記載の形状データ生成装置が生成した合成形状データに基づいて前記対象物の形状を形成する形状形成装置。
【請求項１０】
再現したい対象物の形状を表す、画素毎の高さ情報からなる形状データを取得する形状データ取得ステップと、
前記対象物の画素毎の変角反射特性を示す反射率データを取得する反射率データ取得ステップと、
前記形状データから前記対象物の形状の低周波成分を示す低周波形状データを抽出する抽出ステップと、
前記低周波形状データと、前記反射率データとに基づいて前記対象物の表面形状を含む形状を示す合成形状データを生成する生成ステップと
を有する形状データ生成方法。
【請求項１１】
コンピュータを、請求項１から８のいずれか一項に記載の形状データ生成装置の各手段として機能させるためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は意匠性を高めるための印刷に関するものであり、観察方向により印刷物の見え方が異なる変角反射特性を再現するための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、印刷画像の反射特性を制御する技術開発が進んでおり、光沢分布を制御して印刷物の意匠性を高める等の動きがある。その中でも、反射率の角度依存性、すなわち変角反射特性を再現する技術として非特許文献１がある。非特許文献１は、１つの単位領域（以下、１画素と呼ぶ）を複数の微小領域に分割し、微小領域ごとに、記録剤の量を制御する方法について開示している。特に非特許文献１では、変角反射情報を含むＢＲＤＦ（双方向反射率分布関数）を再現するように、各微小領域の表面形状と色材の制御量とを決定する。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】Yauxiang Lan,Yue Dong, Fabio Pellacini, Xin Tong、" Bi-Scale Appearance Fabrication "、ACM Transactions on Graphics (TOG) - SIGGRAPH 2013 Conference Proceedings TOG Homepage archive 、Volume 32 Issue 4, July 2013
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
油彩画やレリーフ等のように２次元的な物体でありつつ表面には微小な凹凸形状のある素材を印刷して再現する場合、変角反射特性のみを再現するだけでなく、素材の凹凸形状そのものをも再現することが求められる。しかしながら、非特許文献１に開示さえた方法では、再現したい対象の変角反射特性を再現するために表面形状を決定するため、実際の凹凸とは異なる。また凹凸形状のみを再現しようとすると、下地となる凹凸形状に起因して、印刷された出力物の変角反射特性は、再現したい対象の変角反射特性と異なってしまう。つまり、凹凸形状のある素材の再現をユーザが望む場合、再現したい対象の変角反射特性と凹凸形状とを両立させて再現することが難しい。
【０００５】
そこで本発明は、再現したい対象の変角反射特性と凹凸形状の両方を考慮して、形状データを生成することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明にかかる形状データ生成装置は、再現したい対象物の形状を表す、画素毎の高さ情報からなる形状データを取得する形状データ取得手段と、前記対象物の画素毎の変角反射特性を示す反射率データを取得する反射率データ取得手段と、前記形状データから前記対象物の形状の低周波成分を示す低周波形状データを抽出する抽出手段と、前記低周波形状データと、前記反射率データとに基づいて前記対象物の表面形状を含む形状を示す合成形状データを生成する生成手段とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明により、変角反射特性の再現と凹凸形状の再現とを両立して印刷するため制御を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施例１におけるシステムの構成を示すブロック図である。
【図２】実施例１における処理の流れを示すフローチャートである。
【図３】実施例１における反射率データを説明する模式図である。
【図４】実施例１における形状データを説明する模式図である。
【図５】実施例１における低周波成分抽出部の処理を説明する図である。
【図６】実施例１における擬似変角処理部の処理の流れを示すフローチャートである。
【図７】実施例１における色材ルックアップテーブルを説明する図である。
【図８】実施例１における表面色材情報決定処理の流れを示すフローチャートである。
【図９】実施例１における高周波形状データ決定処理の流れを示すフローチャートである。
【図１０】実施例１にける形状ルックアップテーブルを説明する図である。
【図１１】実施例１における形状合成処理部の処理を説明する図である。
【図１２】実施例１における形状合成処理部の処理の流れを示すフローチャートである。
【図１３】実施例１における形状合成処理部の処理を説明する図である。
【図１４】実施例２におけるシステムの構成を示すブロック図である。
【図１５】実施例２における処理の流れを示すフローチャートである。
【図１６】実施例２における擬似変角処理部の処理を説明する図である。
【図１７】実施例２における高周波形状ルックアップテーブルを説明する図である。
【図１８】実施例２における擬似変角処理部の処理の流れを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の実施形態は本発明を限定するものではなく、また、本実施形態で説明されている特徴の組み合わせの全てが本発明の解決手段に必須のものとは限らない。なお、同一の構成については、同じ符号を付して説明する。
【００１０】
［実施例１］
実施例１では、油彩画を再現する方法を例に説明する。油彩画は一般に、キャンバス等の指示体の上に、油絵具などを積層することにより描画したものであり、表面には微小な凹凸形状をなしている。油彩画を再現する場合には、筆の動きが反映された表面の凹凸形状を再現することが求められる。実施例１では、変角特性と凹凸形状の両方を再現する。
【００１１】
図１は本実施例のシステム構成を示すブロック図である。本実施例のシステムは、画像処理装置１０１と形状形成装置１０２と表面色形成装置１０３とを有する。画像処理装置１０１は、形状形成装置１０２と表面色形成装置１０３とが出力可能なデータを生成する装置であり、形状データ生成装置として機能する。形状データ生成装置はまた、表面色を示す色データも生成することができる。形状形成装置１０２は、画像処理装置から送られる形状を示すデータに基づいて再現したい対象物に近い形状を形成する。表面色形成装置１０３は、画像処理装置から送られる色データに基づいて再現したい対象物に近い表面の色を形成する。
【００１２】
本実施例では、形状形成装置１０２と表面色形成装置１０３の２つを用いて再現したい対象物と同じような出力物を形成する画像形成装置を構成する例を説明する。形状形成装置１０２としては、ＵＶ（紫外線）硬化樹脂をインクジェット方式で塗布し、紫外線を照射することにより硬化させて３次元形状を形成する３Ｄプリンタを用いる。つまり形状形成装置１０２は、再現したい対象物のおおまかな表面形状を再現した土台を作成する。画像処理装置１０１から形状形成装置１０２に入力する形状データとして、２次元平面の各画素において高さを示す値を３２ビットの浮動小数点形式でもつ画像データを想定する。この画像データを以降では出力形状データと称する。形状形成装置１０２は、画像処理装置１０１から受け取った出力形状データに応じてＵＶ硬化樹脂の塗布量を制御し、紫外線照射によりＵＶ硬化樹脂を硬化させることで凹凸形状を有する２次元的な構造物を媒体上に形成する。
【００１３】
また、表面色形成装置１０３としては、一般に普及しているシアン、マゼンタ、イエロー等の色材を含むＵＶ（紫外線）硬化インクをインクジェット方式により塗布し、紫外線を照射することにより硬化させるＵＶプリンタを用いる。つまり表面色形成装置１０３は、形状形成装置１０２が形成した構造物に対して、表面に色付けをする。表面色形成装置１０３に入力する色データとして、２次元平面の各画素において、Ｒ（レッド）、Ｇ（グリーン）、Ｂ（ブルー）の色値を各８ビットのインターリーブ方式でもつ画像データを想定する。この画像データを以降では表面色材データと称する。表面色形成装置１０３は、画像処理装置１０１から受け取った表面色材データの各画素のＲ、Ｇ、Ｂ値に応じてシアン、マゼンタ、イエロー等の色材の塗布量を決定し、形状形成装置１０２にて形成した土台上に塗布、硬化させることで着色する。なお、以下で説明する実施例は、形状形成装置１０２、表面色形成装置１０３の方式やインクの種別等を限定するものではない。
【００１４】
画像処理装置１０１は、形状形成装置１０２及び表面色形成装置１０３に入力する出力形状データおよび表面色材データを生成する処理を行う。画像処理装置１０１はＣＰＵ（中央演算処理装置）１０９、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）１１０、ＨＤ（ハードディスク）１１１を有するＰＣ（パーソナルコンピュータ）上のアプリケーションとして構成することができる。画像処理装置１０１は、形状データ取得部１０４、反射率データ取得部１０５、低周波成分抽出部１０６、擬似変角処理部１０７、形状合成処理部１０８を有する。これらの各取得部１０４〜１０５、各処理部１０６〜１０８は、アプリケーション内の処理ブロックである。
【００１５】
形状データ取得部１０４及び反射率データ取得部１０５は、再現したい対象物の形状を示す形状データおよび再現したい対象物の変角反射特性を示す反射率データを取得する。反射率データは、例えばＨＤ１１１にあらかじめ格納され、ユーザのプリント指示によりＲＡＭ１１０上にロードされる。なお、この形状データおよび反射率データは、いずれも複数の画素から構成され、画素毎にそれぞれ値が割り振られたデータである。なお、本実施例において形状データの各画素と反射率データの各画素は一対一で対応しておらず、反射率データの１画素に対して形状データの複数の画素が対応している。詳細は後述する。
【００１６】
反射率データ取得部１０５は、取得した反射率データにおける画素の画素値を、１画素ずつ順に擬似変角処理部１０７に送る。また、形状データ取得部１０４は、取得した形状データのうち、反射率データ取得部１０５から擬似変角処理部１０７に送られる反射率データにおける１画素に対応する分の複数の画素の画素値を、低周波成分抽出部１０６に送る。この「対応する画素」とは、再現したい対象物上において対応する位置（本実施例では二次元平面上の位置）の画素のことである。本実施例では、後述するように反射率データにおける１画素が形状データの５画素×５画素の計２５画素に対応する。そのため、形状データ取得部１０４は、形状データのうち２５画素ずつ画素値を低周波成分抽出部１０６に送ることになる。低周波成分抽出部１０６は、入力された２５画素の形状データにおける各画素の画素値から高周波成分を取り除いた、２５画素分の低周波形状データを生成する。低周波成分抽出部１０６は、低周波形状データを形状合成処理部１０８に送る。
【００１７】
擬似変角処理部１０７は、反射率データ取得部１０５から入力された１画素分の反射率データから、その１画素分の高周波形状データと表面色材データとを決定する。決定された表面色材データはＲＡＭ１１０上のバッファ領域に格納される。決定された高周波形状データは形状合成処理部１０８に送られる。形状合成処理部１０８は、低周波成分抽出部１０６から送られた、反射率データにおける１画素分に対応する低周波形状データと、擬似変角処理部１０７から送られた、反射率データにおける１画素分に対応する高周波形状データとを合成する。そして、形状合成処理部１０８は、反射率データにおける１画素分に対応する合成形状データを、該当画素の出力形状データとして、ＲＡＭ１１０上のバッファ領域に格納する。
【００１８】
上述した処理を繰り返して反射率データの全画素分の処理が終えると、ＲＡＭ１１０上のバッファ領域に格納された全画素分の出力形状データ及び表面色材データは、それぞれ形状形成装置１０２及び表面色形成装置１０３に送られる。そして、再現したい油彩画に似た２次元的な構造物が形成される。上記のように出力形状データを形成することにより、任意の表面形状を有する構造物を形成しつつ、変角反射特性を示す反射率データによって定まる変角反射を構造物の表面に擬似的に再現することが可能となる。
【００１９】
図２は本実施例のシステムのフローチャートである。上述したように、本システムは、入力された反射率データにおける１画素分の情報と、この反射率データにおける１画素分に対応する情報とを処理対象としてステップＳ２０１〜Ｓ２０３で処理し、これを全画素分繰り返す。ステップＳ２０１において低周波成分抽出部１０６は、反射率データの１画素分に対応する画素分の形状データの情報に基づいて低周波形状データを生成する低周波数成分抽出処理を実行する。ステップＳ２０２において擬似変角処理部１０７は、１画素分の反射率データの情報に基づいて高周波形状データと表面色材データとを生成する擬似変角処理を実行する。ステップＳ２０３において形状合成処理部１０８は、低周波形状データと高周波形状データとに基づいて出力形状データを生成する形状合成処理を実行する。ステップＳ２０１〜Ｓ２０３の処理が繰り返され反射率データの全画素に対応する出力形状データおよび表面色材データが生成されるとステップＳ２０４に進む。ステップＳ２０４において形状形成装置１０２は、出力形状データを画像処理装置１０１から取得し、媒体上に形状を形成する。次に、ステップＳ２０５において表面色形成装置１０３は、表面色材データを画像処理装置１０１から取得し、ステップＳ２０４で形成した形状の表面を着色する。
【００２０】
以降では、反射率データおよび形状データの説明、ならびに、ステップＳ２０１〜Ｓ２０３の各工程をより詳細に説明する。
【００２１】
＜反射率データ＞
本実施例で用いる反射率データについて説明する。反射率データ取得部１０５が取得する反射率データは、再現したい対象物の角度毎の反射特性（変角反射特性）を示すデータである。反射率データ取得部１０５が取得する反射率データを構成する各画素には、２次元の離散的な情報が格納され、画素ごとに変角反射特性を示す変角反射情報を含んでいる。変角反射情報とは、例えばＢＲＤＦ（双方向反射率分布関数）をモデル化した関数のパラメータのことである。図３は反射率データの２次元分布を説明する図である。図３に示したように、変角反射を示すパラメータは、ｉ軸上にＮＬ個、ｊ軸上にＮＰ個並ぶ、計ＮＬ×ＮＰ個の各格子点において決定されている。図３中、太枠で示したブロック３０１は、反射率データにおける１画素を示している。すなわち、反射率データは、図３のＮＬ×ＮＰ個の画素の変角反射情報（パラメータ）からなるデータといえる。本実施例では、この１画素の形状として１辺が約２１０μｍの正方形を想定し、再現したい対象物上における１画素に対応する領域では、どの点も変角反射情報は均一であるものとする。このとき、反射率データの解像度は１２０ｄｐｉとなる。なお、反射率データを構成する画素の形状や大きさはこれに限るものではない。また、本実施例においては、ＢＲＤＦのモデルとしては、次式で示す異方性Ｗａｒｄモデルを用いることとするが、このＢＲＤＦのモデルに限定するものではない。
【００２２】
【数１】
2017001224.tif 000003
【００２３】
【数２】
2017001224.tif 000004
【００２４】
2017001224.tif 000005
【００２５】
ρdは拡散反射の強さを意味する拡散成分を示すパラメータである。ρsは鏡面反射の強さを意味するスペキュラー強度成分を示すパラメータである。αxは鏡面反射の接ベクトル方向の広がりを示すスペキュラー拡がり成分を示すパラメータである。αyは鏡面反射の縦法線ベクトル方向の広がりを示すスペキュラー拡がり成分を示すパラメータである。スペキュラー拡がり成分を接ベクトル方向（ｘ軸）、縦法線ベクトル方向（ｙ軸）の２次元であらわすことにより、光学的な異方性が表現される。
【００２６】
本実施例では、反射率データにおける１画素を表す変角反射情報は、上記４つのパラメータρd、ρs、αx、αyを、Ｒ（レッド）、Ｇ（グリーン）、Ｂ（ブルー）の３つのカラー成分ごとに有する。また、接ベクトル（ｘ軸）は画素ごとに方向が異なるよう定義することが可能であり、変角反射情報は、各画素の接ベクトルと基準接ベクトルとの回転角φを画素ごとに有する。ここでは、
【００２７】
2017001224.tif 000006
【００２８】
【数３】
2017001224.tif 000007
【００２９】
なお、
【００３０】
2017001224.tif 000008
【００３１】
以上述べたように、本実施例では各画素において４パラメータ（ρd、ρs、αx、αy）ｘ３色（Ｒ、Ｇ、Ｂ）＋１（回転角φ）の計１３次元の変角反射情報を有する。本実施例では、
【００３２】
2017001224.tif 000009
【００３３】
＜形状データ＞
次に、本実施例で用いる形状データについて説明する。形状データ取得部１０４が取得する形状データは、図３を用いて説明した反射率データと同じ２次元の離散空間上で定義された情報であり、画素ごとに１次元の高さ情報を有している。なお、高さ情報としては各画素の高さ（ｃｍ）を３２ビットの浮動小数点を用いて表した情報等を用いることができるが、これに限るものではない。図４は、この形状データの２次元分布を説明する図である。ここでｉ軸とｊ軸は反射率データと共通の軸であり、同じ添字の番号がついた画素の位置は反射率データと形状データとで一致している。また、本実施例では、図４に示したように反射率データにおける１画素（約２１０×２１０μｍ）をさらにｍ×ｎ画素（本実施例では５×５画素）で分割して得られる１辺が約４２μｍの正方形を、形状データの１画素の形状とする。このとき、形状データの解像度は６００ｄｐｉに相当する。図４中の立体４０１は、形状データにおける１画素を説明するものである。立体４０１は、底面を約４２×４２μｍの正方形とし、形状データにおけるｍ＝４、ｎ＝４の画素の高さ情報が示す高さをもつ立体である。反射率データにおける１画素分には、このような立体が反射率データの１画素につき５×５＝２５個ある。２５個それぞれの高さ情報により、図４に示すような立体形状を形成していることがわかる。反射率データは、計ＮＬ×ＮＰ個の画素を有する。従って形状データは、計５×ＮＬ×５×ＮＰ個の画素を有することになる。なお、これらの形状データの解像度や画素数は例示であり、これに限定されるものではない。形状形成装置１０２や表面色形成装置１０３が週力可能な解像度や、求められる再現精度などに応じて、適宜設定すればよい。
【００３４】
＜低周波成分抽出部１０６の詳細＞
図５は、低周波成分抽出部１０６の処理を説明する図である。低周波成分抽出部１０６へは、形状データ取得部１０４で取得された形状データのうち、反射率データ１画素に相当するｍ×ｎ画素数分の高さ情報が入力される。図５（ａ）は、この反射率データ１画素に相当する２５画素分の高さ情報に対応する立体を模した図であり、本実施例で低周波成分抽出部１０６には５×５画素の高さ情報が入力される。低周波成分抽出部１０６では、この５×５画素の高さ情報を１つの平面にフィッティングする。具体的には、最小自乗法により次式で示す４つのパラメータａ,ｂ,ｃ,ｄを決定する。
【００３５】
【数４】
2017001224.tif 000010
【００３６】
式（４）は平面を表す式である。なお、ｍ、ｎは図５（ａ）で示す画素の位置座標、ｈはｍ、ｎの位置座標に対応する高さ情報である。ここでは５×５＝２５個のｍ、ｎ、ｈの組み合わせから最小自乗法によりパラメータａ,ｂ,ｃ,ｄを決定することで平面にフィッティングする。図５（ｂ）は平面にフィッティングした結果を示す模式図である。平面５０１は式（４）で示される平面である。矢印５０２は平面５０１の法線であり、式（４）の（ａ，ｂ，ｃ）で示されるベクトルである。図５（ｃ）は、４つのパラメータａ,ｂ,ｃ,ｄを式（４）に適用し、各画素の位置座標を入力することで、図５（ａ）の５×５画素の位置に対応する高さｈを算出したものである。このように、低周波成分抽出部１０６は、反射率データにおける画素単位で、形状データにおける複数の高さ情報を平面へのフィッティングし、反射率データにおける画素単位において５×５画素それぞれの高さｈを算出し低周波形状データとして出力する。つまり、低周波形状データにおける各画素は、形状データの画素と１対１に対応するものであり、低周波形状データは計５×ＮＬ×５×ＮＰ画素からなる。なお、低周波成分抽出部１０６の処理はここで述べた処理に限るものではない。たとえば、入力された形状データの高さを、平均値フィルタやガウシアンフィルタ等のローパスフィルタで平滑化した結果を低周波形状データとしても良い。
【００３７】
本実施例では、凹凸形状を、微小領域における低周波な表面形状により再現し、変角反射は、表面色と微小領域における高周波な表面形状により再現するように制御する。
【００３８】
＜擬似変角処理部１０７の詳細＞
次に、擬似変角処理部１０７の処理の詳細を説明する。本実施例において擬似変角処理部１０７は、反射率データにおける１画素分の変角反射情報を入力とし、反射率データにおける１画素分の高周波形状データおよび表面色材データを出力とする。図６は、本実施例における擬似変角処理部１０７の処理の流れ図である。ステップＳ６０１において擬似変角処理部１０７は、反射データ取得部から入力された１画素分の変角反射情報に対応する表面色材データを決定する表面色材データ決定処理を行なう。次に、ステップＳ６０２において擬似変角処理部１０７は、反射データ取得部から入力された１画素分の変角反射情報に対応する高周波形状データを、ステップＳ６０１で決定された表面色材データを参照して決定する。
【００３９】
次に、ステップＳ６０１の表面色材データ決定処理を詳細に説明する。擬似変角処理部１０７は、入力された１画素分の変角反射情報のうち、拡散成分を示すパラメータρdおよびスペキュラー強度成分を示すρsから、表面色形成装置１０３に入力する表面色材データを決定する。なお、前述したように、表面色材データは反射率データと同じ解像度、画素数を有するＲＧＢ各８ビットからなる画像データ（色値）である。ここでは、入力された反射率データにおける１画素分に対応する画素の色値を決定する。この色値は、反射率データに含まれるパラメータρdおよびρsから、あらかじめＨＤ１１１内に記憶された、色値とパラメータρdおよびρsとの関係を記憶した色材ルックアップテーブルを参照することにより求められる。図７は、この色材ルックアップテーブルを説明するものである。図７に示すように、この色材ルックアップテーブルには、７０１列のＲＧＢの色値に対するパラメータρd、ρs、αx、αyの値が色ごとにそれぞれ７０２列〜７０５列に記録されている。なお、このあらかじめＨＤ１１１内に記憶された色材ルックアップテーブルは、７０１列の色値を有するパッチ画像データを作成し、表面色形成装置１０３に入力して形成した画像をゴニオフォトメータ等の公知の測定方法で測定することで作成できる。
【００４０】
図８は、ステップＳ６０１の表面色材データ決定処理の流れを説明するフローチャートである。本実施例では、擬似変角処理部１０７は、図７で説明したルックアップテーブルの全ての行に対し、反射率データ取得部から入力された１画素分の反射率データとの距離を求める。すなわち、１画素分の反射率データに含まれるパラメータρdおよびρsと、色材ルックアップテーブルの７０２列、７０３列のρdおよびρsと、の距離を求め、その距離が最小となる７０１列の色値をその画素の表面に形成する色値とする。より具体的には、ステップＳ８０１において擬似変角処理部１０７は、パラメータρdおよびρsの距離の評価値Ｖを次式にて算出する。
【００４１】
【数５】
2017001224.tif 000011
【００４２】
ここで、ｋは定数、ρd＿ｒ、ρd＿ｇ、ρd＿ｂは、反射率データ取得部１０５から入力された拡散成分パラメータρdの各色情報（Ｒ、Ｇ、Ｂ）である。ρs＿ｒ、ρs＿ｇ、ρs＿ｂは、は、反射率データ取得部１０５から入力されたスペキュラー成分ρsの各色情報（Ｒ、Ｇ、Ｂ）である。また、ρｄLUT＿ｒ［ｍ］、ρｄLUT＿ｇ［ｍ］、ρｄLUT＿ｂ［ｍ］は、７０２列のｒ、ｇ、ｂに対するｍ行目の値を、ρｓLUT＿ｒ［ｍ］、ρｓLUT＿ｇ［ｍ］、ρｓLUT＿ｂ［ｍ］は７０３列のｒ、ｇ、ｂに対するｍ行目の値を示している。
【００４３】
つぎに、ステップＳ８０２において擬似変角処理部１０７は、評価値Ｖが最小であるか否かを判定し、最小であれば７０１列のＲＧＢの値と、７０４列と７０５列のαx，αyの値をＲＡＭ１１０上に記録する。擬似変角処理部１０７は、Ｓ８０１およびＳ８０２の処理を色材ルックアップテーブルの全点（図７の全行）についておこなうことで、評価値Ｖが最小となるＲＧＢの値を当該画素における表面色材データとして決定することができる。また、決定された表面色材データに対応する、７０４列と７０５列のスペキュラー拡がり成分（以下、α´x，α´yとする）の値は後続する高周波形状データ決定処理で参照される。
【００４４】
なお、表面色材データの決定方法としては以上で述べた方法に限らず、既知の様々なカラーマッチングアルゴリズムを応用することが可能である。
【００４５】
次に、ステップＳ６０２の高周波形状データ決定処理の詳細を説明する。擬似変角処理部１０７は、反射率データ取得部から入力された１画素分の反射率データとステップＳ６０１で決定した、当該画素の表面の色材のスペキュラー拡がり成分α´x，α´yとから高周波形状データを決定する。反射率データ１画素分に対応する高周波形状データは例えば、１２画素×１２画素の計１４４画素における高さ情報を３２ビットの浮動小数点としてもつ基本形状データと、その解像度と、反射率データから取得した回転角φとの構造体とから決定される。擬似変角処理部１０７はまず、反射率データ取得部から入力された１画素分の反射率データに含まれるスペキュラー拡がり成分αx，αyおよびステップＳ６０１で決定した表面の色材のスペキュラー拡がり成分α´x，α´yから基本形状データを求める。次に、基本形状データに、基本形状データの解像度と、反射率データに含まれる回転角φとを付加し、上記高周波形状データとして記録する。
【００４６】
図９はステップＳ６０２の高周波形状データ決定処理の詳細な流れ図である。本実施例では、擬似変角処理部１０７には、反射率データに含まれるスペキュラー拡がり成分αx，αy及び表面の色材のスペキュラー拡がり成分α´x，α´yとしてそれぞれＲ、Ｇ、Ｂの３色に対応する情報が入力される。まずステップＳ９０１において擬似変角処理部１０７は、輝度に対するスペキュラー拡がり成分を算出する。具体的には、各パラメータにおいてＲ、Ｇ、Ｂの加重平均をとるなど、さまざまな方法をとることができる。以降では、この加重平均された値をそれぞれαavx，αavy,α’avx，α’avyと表記する。つぎに、ステップＳ９０２において擬似変角処理部１０７は、ｘ方向、ｙ方向のスペキュラー拡がり成分について、入力された反射率データに含まれる値と表面色材に対応する値との比率を次式で算出する。
Ｘｒａｔｉｏ  ＝  αavx  ／α’avx・・・式（８）
Ｙｒａｔｉｏ  ＝  αavy  ／α’avy・・・式（９）
ステップＳ９０３において擬似変角処理部１０７は、上記Xratio、Yratioから形状ルックアップテーブルを参照し、基本形状データを決定する。基本形状データとは、複数のパターンが予め用意されている、表面の微小領域の形状（高周波形状）を示すデータである。図１０は、この形状ルックアップテーブルを説明する図である。図１０（ａ）は基本形状データの格子点について説明する図、図１０（ｂ）は、ある基本形状データの３次元形状の例を示す図である。図１０（ａ）に示すように、本実施例ではｘ方向、ｙ方向に各１２点、計１２ｘ１２＝の１４４点において、高さ情報を有する。この基本形状データは、図１０（ｃ）に示す形状ルックアップテーブルにXratio、Yratioの組み合わせである１００１列に対する１４４点の高さ情報として１００２列として記録される。また、図１０（ｄ）に示すように、XratioまたはYratioが大きくなるほど形状の凹凸が大きくなるようにすることで、XratioまたはYratioが大きくなるほどスペキュラーの拡がりが大きく再現される。さらに、XratioとYratioが等しい対角線上はスペキュラーの拡がりを等方的にするため、ｘ方向とｙ方向で同じ形状となる高さ情報とすることが望ましい。また、XratioとYratioの差が大きいほど、異方性を強く再現するため、ｘ方向とｙ方向で形状が異なるよう設定することが望ましい。表面の微小領域の形状（高周波形状）を求めるにあたり、入力されたＢＲＤＦモデルをできるだけ忠実に再現することが望ましい。一般に、上面に色材を載せた場合には、その面の正反射強度が小さくなる場合がある。そこで、色材が載せられた場合の、すなわち、表面色材の反射特性を利用したスペキュラー拡がり比率を求め、この比率に応じた形状を決定する処理を行なう。
【００４７】
最後に、ステップＳ９０４において擬似変角処理部１０７は、ステップＳ９０３にて決定された基本形状データを後続する形状合成処理Ｓ２０３において回転させるための回転角φ、と基本形状データの解像度とを、構造体に付加する。入力された反射率データは、異方性を定義する軸（ｘ軸）が画素ごとに異なって定義されている。基準となる軸との回転量が回転角φであり、基本形状データも回転角φに応じて回転させる。この回転処理は、形状合成処理部１０８で行われるため、擬似変角処理部１０７は、回転角φを反射率データ取得部から入力される反射率データから読み取り、そのまま付加する。また、解像度は、形状ルックアップテーブルごとにあらかじめ決定されている値を付加する。本実施例においては、前述のように形状データ取得部１０４から入力される形状データとして６００ｄｐｉ相当の解像度を想定している。形状合成処理部１０８は、この形状データと同じ解像度を有する低周波形状データと、擬似変角処理部１０７で決定した基本形状データとを合成する。そのため、基本形状データの解像度は、６００ｄｐｉ以上の解像度で定義されていることが望ましい。
【００４８】
＜形状合成処理部１０８の詳細＞
本実施例では、形状合成処理部１０８は、低周波成分抽出部１０６から出力される低周波形状データと、擬似変角処理部１０７から出力される高周波形状データとを合成する。図１１は、この形状合成処理部１０８の処理を説明する図である。図１１（ａ）は、図５（ｃ）で示した反射率データ１画素に相当する低周波形状データであり、５×５画素の高さ情報からなる。図１１（ｂ）は、図５（ｂ）で示したように、図１１（ａ）を式（４）に示す平面でフィッティングした結果を示す図である。ここで、平面５０１は式（４）で示される平面であり、矢印５０２は平面５０１の法線である。また、図１１（ｃ）は、擬似変角処理部１０７で決定した高周波形状データの基本形状データを示している。形状合成処理部１０８は、平面５０１上に、図１１（ｃ）の形状を張り付けることで合成形状データを生成する。つまり、低周波形状データで表される形状の上に、高周波形状データで表される形状を張り付ける。ここでは合成形状データは、低周波形状データと同じ解像度を有するものとするが、これに限るものではない。形状形成装置１０２で形成可能な形状の分解能に応じて解像度を決定することが望ましい。
【００４９】
図１２は、形状合成処理部１０８で行われる形状合成処理Ｓ２０３の詳細な流れ図である。まず、ステップＳ１２０１にて形状合成処理部１０８は、低周波成分抽出部１０６から入力された低周波形状データの法線を取得する。この処理では、既に低周波成分抽出部１０６の説明で述べたように、最小自乗法等を用いて式（４）のパラメータａ,ｂ,ｃ,ｄを決定すればよい。または、低周波成分抽出部１０６で算出したパラメータａ,ｂ,ｃ,ｄをＲＡＭ１１０に記録しておき、取得するよう構成してもよい。なお、図５（ｂ）矢印５０２は
【００５０】
2017001224.tif 000012
【００５１】
次に、ステップＳ１２０２にて形状合成処理部１０８は高周波形状データに含まれる回転角φを用いて接ベクトルを算出する。この処理は、まず、図１１の矢印１１０１に示す
【００５２】
2017001224.tif 000013
【００５３】
【数６】
2017001224.tif 000014
【００５４】
次に、図１１の矢印１１０２に示すように、
【００５５】
2017001224.tif 000015
【００５６】
【数７】
2017001224.tif 000016
【００５７】
2017001224.tif 000017
【００５８】
【数８】
2017001224.tif 000018
【００５９】
ステップＳ１２０３で形状合成処理部１０８は、高周波形状データにおける１４４点の全点について、平面５０１上に張り付けた際のｍ、ｎを軸とする座標を算出する。高周波形状データのｘ、ｙに位置する画素を張り付け後のｍ、ｎを軸とする座標系で示した時のベクトルを
【００６０】
2017001224.tif 000019
【００６１】
【数９】
2017001224.tif 000020
【００６２】
ここで、ｚ（ｘ，ｙ）は、高周波形状データの座標（ｘ、ｙ）対応する高さ情報を示している。また、（ｃｘ，ｃｙ）は高周波形状データのｘｙ平面における中心を示す座標で、図１０（ａ）に示した１２×１２画素で与えられる場合は、（５．５，５．５）となる。
【００６３】
2017001224.tif 000021
【００６４】
なお、ｈ（２，２）は、（ｍ，ｎ）＝（２，２）のときの低周波形状データの高さを示している。また、βは高周波形状データと低周波形状データの解像度の違いを吸収するための係数であり、次式で与えられる。
β=(低周波形状データの解像度[dpi])/ (高周波形状データの解像度[dpi]) ・・式（１４）
最後に、ステップＳ１２０４にて形状合成処理部１０８は、合成形状データの各画素、すなわち、図１１（ａ）に示した５×５＝２５点の（ｍ，ｎ）組み合わせに対応する高さを算出し、合成形状データとしてＲＡＭ１１０に記録する。この処理は、ステップＳ１２０３で算出した１４４点の
【００６５】
【数１０】
2017001224.tif 000022
【００６６】
の点群から隣接する３頂点を結ぶポリゴンを公知のアルゴリズムにより形成し、任意のｍ、ｎに対して（ｍ，ｎ，０）を通りｈ軸に平行な直線との交点を算出する。そして、この交点の高さｈの値をｍ、ｎに対応する合成形状データの高さ情報として記録する。図１３はこの処理を説明するものである。点１３０１は合成形状データの画素座標を示すｍ、ｎ平面上の点である。また、ポリゴン１３０２はステップＳ１２０３で算出した点群をポリゴン化したものである。たとえば、（ｍ，ｎ）＝（３，３）に対する高さ情報を算出するとき、（３，３，０）を通りｈ軸に平行な線１３０３を考える。この線１３０３とポリゴン１３０２との交点１３０４を算出し、その高さ情報を（ｍ，ｎ）＝（３，３）に対する高さ情報とする。このとき、ｈ軸に平行な直線１３０３と交点をもつポリゴンが複数ある場合には、より高さ情報が大きい交点を採用する。また、交点をもつポリゴンがない場合には、平面５０１との交点を高さ情報とすることができる。
【００６７】
また、ｈ軸は、形状形成装置１０２の積層方向と一致していることが望ましい。たとえば、形状形成装置１０２としてｍｎ平面に紫外線硬化型インクを吐出し、紫外線照射により硬化させる紫外線硬化型インクジェットプリンタを使用することができる。このとき、形状は、紫外線硬化型インクの吐出、硬化を繰り返し、ｈ軸の方向に積層されることにより形成される。したがって、前述したようにｈ軸に沿って高さ情報を算出することにより、オーバーハングのない形状を形成することが可能となる。なお、ステップＳ１２０４の方法はここで述べた方法に限るものでない。
【００６８】
このようにして得られた合成形状データは、出力形状データとして画像処理装置１０１から形状形成装置１０２に送信される。
【００６９】
以上、述べたように実施例１では、入力された形状データに基づき低周波形状データを決定し、反射率データに基づき高周波形状データを決定し、それらを合成した合成形状を形成する画像処理装置について説明した。このように構成することにより、入力された形状データの形状を維持したまま、変角反射情報を含む反射率データを再現する画像を形成することが可能となる。
【００７０】
［実施例２］
本実施例においては、低周波形状データと反射率データとから合成形状データを直接的に決定し、より高精度に反射率データを再現する画像を形成する例について説明する。
【００７１】
実施例２におけるシステム構成を示すブロック図を図１４に示す。実施例２では、擬似変角処理部１４０１が低周波成分抽出部１０６の処理結果である低周波形状データと反射率データを入力として合成形状データを決定する。なお、擬似変角処理部１４０１を除く処理は実施例１で述べた処理と同一であるため説明を省略し、実施例１と異なる点を中心に簡潔に説明する。
【００７２】
図１５は、実施例２のシステムのフローチャートである。実施例１と同様に、本システムは、反射率データ取得部１０５が取得した反射率データと形状データ取得部１０４で取得した形状データとを、反射率データの１画素に対応する単位でＳ２０１、およびＳ１５０１で処理し、これを全画素分繰り返す。なお、ステップＳ２０１は、実施例１で説明した、低周波成分抽出部１０６にて低周波形状データを生成する低域周波数成分抽出処理である。ステップＳ１５０１は擬似変角処理部１４０１にて行なわれる、合成形状データと表面色材データを生成する擬似変角処理である。ステップＳ２０４とステップＳ２０５は実施例１で説明したものと同じである。
【００７３】
図１６は、本実施例における合成形状データを生成する概要を説明する図である。図１６（ａ）は、低周波形状データであり、これは実施例１の図５（ｃ）で説明したものと同じである。図１６（ｂ）は、本実施例における高周波形状データを説明する図である。本実施例において、高周波形状データは低周波形状データと同じ解像度、および同じ画素数を有する。したがって、同じ位置の低周波形状データと高周波形状データの高さ情報を加算することにより図１６（ｃ）に示す合成形状データを得ることができる。本実施例では、この高周波形状データとして、プリセットされた複数のパターンをルックアップテーブル形式でもっておく。そして、それらの高周波形状データと低周波形状データとの組み合わせを合成した複数の合成形状データの中から、変角反射が、入力された反射率データの変角反射にもっとも近くなる合成形状データを選択する。つまり、実施例１では、反射率データに含まれる変角反射特性を再現する高周波形状データを生成し、この生成した高周波形状データを低周波形状データに合成する例を説明した。実施例２では、低周波形状データにいくつかのパターンの高周波形状データを合成して複数の合成形状データを生成する。そして、生成した複数の合成形状データの中から、入力された反射率データの変角反射にもっとも近くなる合成形状データを選択する処理を行なう。
【００７４】
図１７は、本実施例における、プリセットされた複数の高周波形状データを有する高周波形状ルックアップテーブルを説明するものである。ここで、１７０１列はＩＤ番号である。１７０２列は高さ情報であり、図１６（ｂ）で示した高周波形状データにおける各画素の高さ情報が１７０１のＩＤ番号に対応して記録されている。
【００７５】
図１８は、本実施例における擬似変角処理部１４０１の処理の流れを示すフローチャートである。まず、擬似変角処理部１４０１は、実施例１と同様に表面色材情報をＳ６０１にて決定する。つぎに、あらかじめ設定されたルックアップテーブルの高周波形状データの全点（図１７の行の数）について後述するＳ１８０１〜Ｓ１８０３の処理を実施する。なお、説明のため、以降ではこの繰り返し処理の繰り返し回数（カウンタ）をｋとする。本実施例では、まずステップＳ１８０１にて擬似変角処理部１４０１は、高周波形状ルックアップテーブルからｋ行目に記録されている高周波形状データを読み取り、低周波形状データと合成する。具体的には、図１６で説明したように、同じ（ｍ，ｎ）で示される位置の低周波形状データと高周波形状データの高さを加算したものを合成形状データとする。つぎに、ステップＳ１８０２にて擬似変角処理部１４０１は、合成形状データの変角反射特性と、入力反射率データ特性の変角反射との誤差Ｅｒｒを、たとえば次式で算出する。
【００７６】
【数１１】
2017001224.tif 000023
【００７７】
ここで、
【００７８】
2017001224.tif 000024
【００７９】
あらかじめ設定されたＮｄ個の組み合わせ（ｔ＝０〜Ｎｄ−1）が記録されている。また、Ｉbrdfは入力された反射率データから式（１）で算出される反射率である。ρkはステップＳ１８０１にて算出した合成形状データとステップＳ６０１で決定された表面色材データとから画像を形成した際の反射率を推定したものである。たとえば、合成形状データの各画素の点群から複数のポリゴンを生成し、光源・視線ベクトルと各ポリゴンの傾きの関係及び表面色材データとから反射率を算出し、それらの平均を反射率の推定値とすることができる。なお、この推定方法はこれに限るものではなく、非特許文献１で開示されるＢＦＶＦ（Ｂｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ  Ｆａｃｅｔ  Ｖｉｓｉｂｉｌｉｔｙ  Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）などを用いて推定するよう構成してもよい。最後にステップＳ１８０３において、Ｅｒｒが繰り返し処理の中で最小であるか否かを判定する。具体的には、ＲＡＭ１１０に記憶されているＥｒｒ´と、ステップＳ１８０２で算出されたＥｒｒとを比較する。ステップＳ１８０２で算出されたＥｒｒの方が小さければ、Ｅｒｒ´をＥｒｒの値で更新すると同時にＳ１８０１で算出した合成形状データをＲＡＭ１１０に記録する。つまり、入力された反射率データに基づく変角反射特性と最も近い変角反射特性を有する合成形状データを算出する。なお、このときの合成形状データは、前述のように低周波成分の形状データを下地の形状としてもつデータである。
【００８０】
以上説明した処理を行うことで、変角反射が入力された反射率データと最も近くなるよう合成形状データを決定することが可能となる。そのため、形状形成装置１０２および表面色形成装置１０３にて形成した画像の変角反射が、入力された反射率データの変角反射に対しより忠実となる。
【００８１】
＜その他の実施例＞
実施例１及び実施例２では、入力された反射率データの画素ごとに表面色材データを決定したが、これに限るものではない。たとえば、擬似変角処理部１４０１において、合成形状データと同時に、合成形状データの画素ごとに表面色材データを決定するよう構成してもよい。これは、図１７に示した高周波形状ルックアップテーブルと同様に、各画素の表面色材データを記録したルックアップテーブルを用意しておき、各画素の表面色材データと合成形状データとを合わせたときの変角反射を推定するよう構成することで実施できる。
【００８２】
また前述の実施例では、形状形成装置１０２と表面色形成装置１０３を別々の装置として説明した。しかしながら、ＵＶ硬化型インクを用いたプリンタ１台を、形状形成装置１０２と表面色形成装置１０３の両方として機能させてもよい。その場合、まずは凹凸形状を有する土台として形成した後、再度制御して表面色を塗布さて、再現したい対象物に基づいて構造体を形成する。
【００８３】
本発明は、上述の実施形態の１以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によっても実現可能である。
【符号の説明】
【００８４】
１０１    画像処理装置
１０２    形状形成装置
１０３    表面色形成装置
１０４    形状データ取得部
１０５    反射率データ取得部
１０６    低周波成分抽出部
１０７    擬似変角処理部
１０８    形状合成処理部
【図１】
2017001224.tif 000025
【図２】
2017001224.tif 000026
【図３】
2017001224.tif 000027
【図４】
2017001224.tif 000028
【図５】
2017001224.tif 000029
【図６】
2017001224.tif 000030
【図７】
2017001224.tif 000031
【図８】
2017001224.tif 000032
【図９】
2017001224.tif 000033
【図１０】
2017001224.tif 000034
【図１１】
2017001224.tif 000035
【図１２】
2017001224.tif 000036
【図１３】
2017001224.tif 000037
【図１４】
2017001224.tif 000038
【図１５】
2017001224.tif 000039
【図１６】
2017001224.tif 000040
【図１７】
2017001224.tif 000041
【図１８】
2017001224.tif 000042