(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面が微小な溝の集合から形成された異方性反射特性を有する印刷物を製造する方法であって、
前記印刷物に表現する所望の画像のモデリングを行い、前記画像の立体的形状情報を継承するように、画素ごとに前記溝の方向を決定する溝方向決定工程と、
決定した前記溝の方向を有する複数の前記溝を、画素ごとに互いに平行な直線として配置した二値データを作成する二値データ作成工程と、
作成した前記二値データを基に、紙基材に前記溝を形成するとともに、前記紙基材に前記画像の絵柄を印刷する印刷工程と、
を含むことを特徴とする印刷物製造方法。
【請求項２】
前記溝方向決定工程は、前記画像の立体的形状情報を継承することに加えて、前記画像の奥行き情報、色彩情報、鏡面反射情報の少なくとも１つを継承するように、画素ごとに前記溝の方向を決定するものであることを特徴とする請求項１に記載の印刷物製造方法。
【請求項３】
前記印刷工程は、
作成した前記二値データを基に成型した金型を用いて、エンボス箔押し加工を行い、紙基材に前記溝を形成するエンボス箔押し加工工程と、
前記エンボス箔押し加工工程の後、前記紙基材に前記画像の絵柄のオフセット印刷を行うオフセット印刷工程と、
を含むことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の印刷物製造方法。
【請求項４】
前記印刷工程は、
紙基材に前記画像の絵柄のオフセット印刷を行うオフセット印刷工程と、
前記オフセット印刷工程の後、作成した前記二値データを基に成型した金型を用いて、エンボス箔押し加工を行い、前記紙基材に前記溝を形成するエンボス箔押し加工工程と、
を含むことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の印刷物製造方法。
【請求項５】
前記印刷工程は、
紙基材に前記画像の絵柄のオフセット印刷を行うオフセット印刷工程と、
前記オフセット印刷工程の後、作成した前記二値データを基に作製した版を用いて、スクリーン印刷を行い、前記紙基材に前記溝を形成するスクリーン印刷工程と、
を含むことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の印刷物製造方法。
【請求項６】
前記印刷工程は、
紙基材に前記画像の絵柄のインクジェット印刷を行う第１のインクジェット印刷工程と、
前記第１のインクジェット印刷工程の後、作成した前記二値データを基に、透明インキによるインクジェット印刷を行い、前記紙基材に前記溝を形成する第２のインクジェット印刷工程と、
を含むことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の印刷物製造方法。
【請求項７】
請求項１から請求項６までのいずれかに記載された印刷物製造方法によって製造された印刷物。
【請求項８】
前記溝の横幅と前記溝同士の間隔との比率が１対１であることを特徴とする請求項７に記載の印刷物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
表面が微小な溝の集合から形成された異方性反射特性を有する印刷物を製造する印刷物製造方法、及びその印刷物に関する。
【背景技術】
【０００２】
通常の印刷物は、４色のインキを用いてカラーの印刷像を形成する。そして、被写体を撮影した画像を印刷する場合、被写体の立体感を効果的に再現するため、撮影時にライティングや被写体の向きを考慮し、画像に含まれる陰影やハイライトが適切な状態になるように細心の注意を払う。これは、平面に印刷された画像を観察する場合、人間の視覚が、画像に含まれる陰影やハイライトから被写体の立体感を認識するようになっているからである。しかしながら、ある部分の立体感を効果的に再現するためのライティングは別の部分の立体感を犠牲にするものであり、通常の印刷物では、ライティングと観察方向が固定された状況下の被写体の立体感しか再現することができない。
【０００３】
一方、印刷物上に、異方性反射特性を有する画像を実体化し、画像の立体感を表現する技術が開発されている（特許文献１）。特許文献１では、ＣＧ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  Ｇｒａｐｈｉｃｓ）画像をレンダリングする際に得られる法線ベクトル場に基づいて、曲線群または格子群の画像を生成し、その曲線群または格子群をエンボス加工や印刷の手法を用いて凹凸として印刷物上に実体化する。そして、この結果得られる異方性反射特性により、元のＣＧ画像に対してライティングを変化させたときのハイライトの変化を、印刷物に再現することができる。特許文献１に開示されている手法では、元のＣＧ画像から得られる画素単位の法線ベクトルの情報が、印刷物の表面に形成される微小な溝の方向ベクトルに継承されているため、元のＣＧ画像に定義された立体形状に対して、様々な方向で観察したときのハイライトの変化を再現することが可能となる。
【特許文献１】特開２００１−１３８７００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の溝の形状（例えば、ヘアライン条溝等）では、ＣＧ画像に定義された立体形状の再現性が悪く、意匠性の高い印刷物を製造することができないという問題があった。
また、従来の溝の方向の制御方法では、立体形状のみしか再現できなかった為、例えば、立体物の奥行き感、色彩で表現される模様、立体表面の鏡面反射等を再現することができなかった。
【０００５】
本発明は、前述した問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、表面が微小な溝の集合から形成された異方性反射特性を有する印刷物を製造する方法であって、ＣＧ画像に定義された立体形状の再現性が良い印刷物を製造する印刷物製造方法、及びその印刷物を提供することである。更に、微小な溝の方向を制御することによって、奥行き、模様、鏡面反射等を再現することも可能な印刷物製造方法、及びその印刷物を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前述した目的を達成するために第１の発明は、表面が微小な溝の集合から形成された異方性反射特性を有する印刷物を製造する方法であって、前記印刷物に表現する所望の画像のモデリングを行い、前記画像の立体的形状情報を継承するように、画素ごとに前記溝の方向を決定する溝方向決定工程と、決定した前記溝の方向を有する複数の前記溝を、画素ごとに互いに平行な直線として配置した二値データを作成する二値データ作成工程と、作成した前記二値データを基に、紙基材に前記溝を形成するとともに、前記紙基材に前記画像の絵柄を印刷する印刷工程と、を含むことを特徴とする印刷物製造方法である。
【０００７】
前記溝方向決定工程は、前記画像の立体的形状情報を継承することに加えて、前記画像の奥行き情報、色彩情報、鏡面反射情報の少なくとも１つを継承するように、画素ごとに前記溝の方向を決定するものであっても良い。
【０００８】
前記印刷工程は、例えば、作成した前記二値データを基に成型した金型を用いて、エンボス箔押し加工を行い、紙基材に前記溝を形成するエンボス箔押し加工工程と、前記エンボス箔押し加工工程の後、前記紙基材に前記画像の絵柄のオフセット印刷を行うオフセット印刷工程と、を含むものである。
また、前記印刷工程は、例えば、紙基材に前記画像の絵柄のオフセット印刷を行うオフセット印刷工程と、前記オフセット印刷工程の後、作成した前記二値データを基に成型した金型を用いて、エンボス箔押し加工を行い、前記紙基材に前記溝を形成するエンボス箔押し加工工程と、を含むものである。
また、前記印刷工程は、例えば、紙基材に前記画像の絵柄のオフセット印刷を行うオフセット印刷工程と、前記オフセット印刷工程の後、作成した前記二値データを基に作製した版を用いて、スクリーン印刷を行い、前記紙基材に前記溝を形成するスクリーン印刷工程と、を含むものである。
また、前記印刷工程は、例えば、紙基材に前記画像の絵柄のインクジェット印刷を行う第１のインクジェット印刷工程と、前記第１のインクジェット印刷工程の後、作成した前記二値データを基に、透明インキによるインクジェット印刷を行い、前記紙基材に前記溝を形成する第２のインクジェット印刷工程と、を含むものである。
【０００９】
第２の発明は、第１の発明の印刷物製造方法によって製造された印刷物である。特に、前記溝の横幅と前記溝同士の間隔との比率が１対１であることが望ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明により、表面が微小な溝の集合から形成された異方性反射特性を有する印刷物を製造する方法であって、ＣＧ画像に定義された立体形状の再現性が良い印刷物を製造する印刷物製造方法、及びその印刷物を提供することができる。更に、微小な溝の方向を制御することによって、奥行き、模様、鏡面反射等を再現することも可能な印刷物製造方法、及びその印刷物を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下図面に基づいて、本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００１２】
図１は、本実施の形態に係る印刷物製造方法の流れを示すフローチャートである。
図１に示すように、本実施の形態に係る印刷物製造方法は、溝方向決定工程（Ｓ１０１）、二値データ作成工程（Ｓ１０２）、印刷工程（Ｓ１０３）等が含まれる。Ｓ１０１の溝方向決定工程、Ｓ１０２の二値データ作成工程は、本実施の形態に係るアプリケーションソフトウェアをインストールしたコンピュータによって行われる。Ｓ１０３の印刷工程は、Ｓ１０２で作成された二値データ等を基に、各種の印刷機等によって行われる。
【００１３】
Ｓ１０１の溝方向決定工程では、コンピュータが、ユーザとの対話的処理によって印刷物に表現する所望の画像のモデリングを行い、画像の立体的形状情報等を継承するように画素ごとに溝の方向を決定する。ここで、印刷物は、表面が微小な溝の集合から形成された異方性反射特性を有するものである。画像のモデリングは、一般に市販されているＣＧソフトウェア等が有する機能によって行うことができる。
【００１４】
図２は、溝の方向３に継承する情報を示す図である。
図２に示すように、Ｓ１０１の溝方向決定工程では、ＣＧソフトウェア等でモデリングされた画像の情報５を継承するように、画素ごとに、印刷物１の表面上に形成する溝の方向３を決定する。画像の情報５は、立体的形状情報７、奥行き情報９、色彩情報１１、鏡面反射情報１３等である。本実施の形態では、立体的形状情報７を継承することは必須である。また、奥行き情報９、色彩情報１１、鏡面反射情報１３等を継承することは任意である。
【００１５】
まず、立体的形状情報７を継承するように、画素ごとに溝の方向３を決定する方法について説明する。立体的形状情報７は、例えば、形状データをＣＧの投影面の各画素に投影し、投影面に定義した座標系で表現した形状データの法線ベクトルである。
【００１６】
図３は、投影面上の法線ベクトルの１例を示す図である。
法線ベクトルＮ１は、投影面Ｓ１上の点Ｐを始点とし、投影面Ｓ１に定義した座標系に対する方位角φと仰角ｋとで表現できる。一方、法線ベクトルＮ１の情報を継承する印刷物１上（２次元平面上）の溝の方向ベクトルは、印刷物１の表面における方位角のみで表現できることから、法線ベクトルＮ１の情報を全て継承することはできない。従って、コンピュータは、法線ベクトルＮ１を所定の方位角に投影して次元を減ずることにより、印刷物１上の溝の方向ベクトルに画像の立体的形状情報７を継承させる。
【００１７】
図４は、法線ベクトルの法線投影面への投影を示す図である。
法線投影面Ｓ２は、投影面Ｓ１に対して垂直であり、方位角α方向に設けられた新たな投影面である。コンピュータは、法線ベクトルＮ１を法線投影面Ｓ２に投影した法線ベクトルＮ２の仰角ｔを算出し、仰角ｔの値を印刷物１上の溝の方向ベクトルに継承する。尚、仰角ｔは、図４に示すように、Ｓ２内で点Ｐを通過し、Ｓ１に垂直な線を基準（ｔ＝０度）とし、基準線と法線ベクトルＮ２とのなす角度によって定義する。
ここで、立体形状の隠面は投影されないから、法線ベクトルＮ１の向きは、必ず点Ｐから見て投影面Ｓ１の表の方向になる。従って、仰角ｔは１８０度（−９０度≦ｔ≦９０度）の範囲を取り得る。
【００１８】
次に、印刷物１上の溝の方向ベクトルを示す角度をθとする。θとｔは何らかの相関関係を有することで、仰角ｔの値を印刷物１上の溝の方向ベクトルに継承することができる。本実施の形態では、画像の立体的形状を印刷物１上に出来る限り正確に表現するために、θとｔは線形関係を維持するように設定する。また、画像の立体的形状に含まれる最も形状の異なる部分が最も異なる角度を継承するために、θ＝ｔ／２としてθの取り得る範囲を９０度（−４５度≦θ≦４５度）とする。これは、θ＝ｔとしてθの取り得る範囲を１８０度（−９０度≦θ≦９０度）とすると、最も形状の異なる部分、例えば、ｔ＝９０度の部分とｔ＝−９０度の部分が、印刷物１上の溝の方向３に継承したときに同じ方向を持つことになる。そうすると、画像の立体的形状に含まれる最も形状の異なる部分が、類似した異方性反射特性を有することになり、好ましくないからである。但し、θの取り得る範囲は９０度に限定されるものではなく、印刷物１の使用目的や画像の特性等に応じて任意に設定することが可能である。
【００１９】
このように、コンピュータは、各画素における画像の立体的形状に係る法線ベクトルの情報を継承するように、印刷物１上の溝の方向ベクトルを算出する。そして、このように決定した溝の方向ベクトルに基づいて、印刷物１上に微小な溝を形成することで、異方性反射によって、見る角度、光線方向に依存した反射の変化が生じ、立体曲面が照明方向や見る方向に依存して光の反射が変化する様相を表現することができる。特に、立体的形状を持つ元のＣＧ画像に対してライティングを変化させたときのハイライトの変化を、平面である印刷物１に再現することができる。
【００２０】
次に、画像の立体的形状情報７を継承することに加えて、画像の奥行き情報９を継承するように、画素ごとに溝の方向３を決定する方法について説明する。
コンピュータは、法線ベクトルを算出したときと同じカメラ条件で形状データをレンダリングし、各画素における画像の奥行き値であるＺ値を算出する。そして、コンピュータは、立体的形状情報７を継承するように決定した方向ベクトル群に対し、奥行き値に応じたぼかしを施す。本実施の形態では、奥行き値に応じたランダムな変位量を加減するロジックと、奥行き値に応じた強度でローパスフィルタリングを行うロジックの二通りによって、方向ベクトル群に対してぼかしを施す。
実際のシーンを肉眼で観察またはカメラで撮影した場合、一般的に、観察者または撮影者の位置から一定の距離の面において焦点が合い、その手前、またはその奥の位置では次第に像がぼけること（＝被写界深度の効果）が経験的に分かっている。これらの経験により、奥行きの認知においては像のぼけが重要な役割を持っていると考えられるため、擬似的に焦点面前後でのぼけを表現する。これによって、最終的に印刷物１上に表現された立体像は、観察者から一定の距離の面にある形状だけに焦点が合っており、その距離（焦点面）から手前もしくは奥に存在する形状には、焦点面からの距離に応じてぼけて観察される。
【００２１】
ぼかし処理の１つ目のロジックである、奥行き値に応じたランダムな変位量を加減するロジックについて説明する。
ある画素（ｘ、ｙ）に対し、溝の方向ベクトルを示す角度をＧ（ｘ、ｙ）とする。また、ある画素（ｘ、ｙ）に対し、奥行き値をＺ（ｘ、ｙ）とする。そして、奥行き値Ｚ（ｘ、ｙ）に応じた最大変位量をＭ（ｘ、ｙ）とする。このとき、ぼかし後の方向ベクトルを示す角度Ｇ´（ｘ、ｙ）は、Ｇ´（ｘ、ｙ）＝Ｇ（ｘ、ｙ）＋ＲＮＤ×Ｍ（ｘ、ｙ）と表すことができる。ここで、ＲＮＤは、例えば、−１≦ＲＮＤ≦１の範囲の一様分布に従う乱数である。このように、溝の方向ベクトルを示す角度にランダムな変位量を加減することで、印刷物１上の溝による反射に鋭さがなくなり、印刷物１上に表現された立体像のぼけが観察される。
また、Ｍ（ｘ、ｙ）は奥行き値Ｚ（ｘ、ｙ）で一意に定まる関数であるから、Ｍ（Ｚ）と表すこともできる。
【００２２】
関数Ｍ（Ｚ）は、Ｚ（ｘ、ｙ）に応じてＧ（ｘ、ｙ）を変位させる度合いを制御するものである。本実施の形態では、被写界深度の効果をシミュレートするため、特定の奥行き値Ｚｆ（＝レンズ系の焦点が合っている焦点面までの距離）では０となり、Ｚｆよりも奥行き値が大きい範囲では単純増加し、Ｚｆよりも奥行き値が小さい範囲では単純減少する関数とする。
【００２３】
図５は、関数Ｍ（Ｚ）の一例を示す図である。
図５に示すように、関数Ｍ（Ｚ）は、Ｚｆを境界点として線形に増減する。直線の勾配をａとすると、（１）Ｚ＜Ｚｆの場合、Ｍ（Ｚ）＝−ａ×（Ｚ−Ｚｆ）、（２）Ｚ＝Ｚｆの場合、Ｍ（Ｚ）＝０、（３）Ｚ＞Ｚｆの場合、Ｍ（Ｚ）＝ａ×（Ｚ−Ｚｆ）である。従って、関数Ｍ（Ｚ）は、レンズ系の焦点が合っている焦点面までの距離Ｚｆと、関数Ｍ（Ｚ）の直線の勾配ａとの二つのパラメータによって決定される。本実施の形態では、これらのパラメータは処理を開始する前に入力し、様々な値でぼかし処理を行うことができる。
【００２４】
尚、乱数ＲＮＤは、一様分布以外の他の分布、例えば正規分布に従うものとしても良い。どのような分布を用いるかは、印刷物１上に表現する立体像の特性等を考慮して判断する。
また、関数Ｍ（Ｚ）はＺｆを境界点として線形に増減するものとしたが、Ｚ＜Ｚｆの場合に単調減少、かつ、Ｚ＞Ｚｆの場合に単調増加することが満たされれば、曲線的に増減するものであっても良い。
【００２５】
ぼかし処理の２つ目のロジックである、奥行き値に応じた強度でローパスフィルタリングを行うロジックについて説明する。
ローパスフィルタリングとは、周辺の画素に対称的な係数をかけ、その平均を取って画素の出力値を求める手法である。ローパスフィルタリングによって、画像を滑らかにする効果やぼやけさせる効果が得られる。画像処理の世界では、色が徐々に変化している部分やほとんど変化していない部分を画像の低周波領域と呼び、色が細かく変化する部分や大きく変化している部分を高周波領域と呼ぶ。ローパスフィルタリングでは、画像の低周波領域についてはほとんど変化を与えずそのまま通過させて、高周波領域を平滑化する。
【００２６】
図６は、ローパスフィルタリングの一例を示す図である。
図６に示すように、左図は３×３の単純平均フィルタであり、ある画素におけるフィルタの出力値は、自身とその周辺の画素を合計した９画素の平均値となる。また、右図は５×５の単純平均フィルタであり、ある画素におけるフィルタの出力値は、自身とその周辺の画素を合計した２５画素の平均値となる。このように、単純平均フィルタにおいては、３×３、５×５といったフィルタサイズが大きいほどフィルタリングの効果が大きくなる。逆に、フィルタリングの効果を制御する唯一のパラメータはフィルタサイズである。
【００２７】
ある画素（ｘ、ｙ）に対し、溝の方向ベクトルを示す角度をＧ（ｘ、ｙ）とし、Ｇ（ｘ、ｙ）の集合を単にＧとする。また、ある画素（ｘ、ｙ）に対し、奥行き値をＺ（ｘ、ｙ）とする。このとき、本ロジックによるぼかし後の溝の方向ベクトルを示す角度Ｇ´（ｘ、ｙ）は、Ｇ´（ｘ、ｙ）＝Ｆｎ（Ｇ、ｘ、ｙ）と表すことができる。ここで、Ｆｎ（Ｇ、ｘ、ｙ）は、溝の方向ベクトルを示す角度の集合Ｇに対し、画素（ｘ、ｙ）を中心にフィルタサイズｎの単純平均フィルタを作用させた出力値である。
また、フィルタサイズｎは定数ではなく奥行き値Ｚ（ｘ、ｙ）で一意に定まる関数であり、ｎ（Ｚ）と表すこともできる。
【００２８】
関数ｎ（Ｚ）は、Ｚ（ｘ、ｙ）に応じてＧ（ｘ、ｙ）を変位させる度合いを制御するものである。本実施の形態では、被写界深度の効果をシミュレートするため、特定の奥行き値Ｚｆ（＝レンズ系の焦点が合っている焦点面までの距離）では１となり、Ｚｆよりも奥行き値が大きい範囲では単純増加し、Ｚｆよりも奥行き値が小さい範囲では単純減少する関数とする。ただし、ｎ（Ｚ）の取り得る値は、奇数の自然数である。
【００２９】
図７は、関数ｎ（Ｚ）の一例を示す図である。
図７に示すように、関数ｎ（Ｚ）は、Ｚｆを中心にして階段状に増減する。図７の破線で示す直線の勾配をａとすると、（１）Ｚ＜Ｚｆの場合、ｎ（Ｚ）＝２×[−ａ×（Ｚ−Ｚｆ）]＋１、（２）Ｚ＝Ｚｆの場合、ｎ（Ｚ）＝１、（３）Ｚ＞Ｚｆの場合、ｎ（Ｚ）＝２×[ａ×（Ｚ−Ｚｆ）]＋１である。ここで、[Ｘ]は床関数を表し、Ｘを超えない最大の整数である。
このように、関数ｎ（Ｚ）は、レンズ系の焦点が合っている焦点面までの距離Ｚｆと、関数ｎ（Ｚ）の直線の勾配ａとの二つのパラメータによって決定される。本実施の形態では、これらのパラメータは処理を開始する前に入力し、様々な値でぼかし処理を行うことができる。
【００３０】
尚、ローパスフィルタリングの例として単純平均フィルタを用いたが、他のフィルタ、例えば、ガウシアンフィルタのような加重平均フィルタを用いるものであっても良い。どのようなフィルタを用いるかは、印刷物１上に表現する立体像の特性等を考慮して判断する。
また、関数ｎ（Ｚ）はＺｆを境界点として直線的に増減するものとしたが、Ｚ＜Ｚｆの場合に単調減少、かつＺ＞Ｚｆの場合に単調増加することが満たされれば、曲線的に増減するものであっても良い。
【００３１】
このように、コンピュータは、各画素における画像の立体的形状に係る法線ベクトルの情報を継承するように算出した印刷物１上の溝の方向ベクトルに対し、画像の奥行き値に基づいてぼかし処理を施す。そして、このように決定した溝の方向ベクトルに基づいて、印刷物１上に微小な溝を形成することで、異方性反射によって見る角度、光線方向に依存した反射の変化が生じ、立体曲面が照明方向や見る方向に依存して光の反射が変化する様相を表現することができる。さらに、奥行き値に応じたぼかしを施しているため、立体的形状を持つ元のＣＧ画像の奥行き感も表現することができる。
【００３２】
次に、立体的形状情報７を継承することに加えて、色彩情報１１を継承するように、画素ごとに溝の方向３を決定する方法について説明する。
コンピュータは、法線ベクトルを算出したときと同じカメラ条件で形状データをレンダリングし、各画素における画像の色彩情報１１を算出する。そして、コンピュータは、立体的形状情報７を継承するように決定した方向ベクトルに対し、色彩情報１１に応じた変換を施す。方向ベクトルの変換は、異なる色彩情報１１を持つ画素に対し、それぞれ異なる角度を変位させるものである。
色彩情報１１は、各画素において投影される形状上の位置に設定されている色彩に関するパラメータ値、例えば、輝度、色相、またはＲＧＢの１成分等のいずれかを所定の範囲に正規化したものである。範囲は、例えば、０〜１の実数、または０〜２５５の整数等である。
また、色彩情報１１は、各画素における色彩に関するパラメータ値のいずれかをインデックス化したものであってもよい。日本国旗を印刷物１上の像として表現する場合、例えば、赤の領域となる画素に対しては１、白の領域となる画素に対しては２としてインデックス化する。
【００３３】
ある画素（ｘ、ｙ）に対し、溝の方向ベクトルを示す角度をＧ（ｘ、ｙ）とする。また、ある画素（ｘ、ｙ）に対し、色彩情報１１（正規化した値、またはインデックス値）をＣ（ｘ、ｙ）とする。そして、Ｃ（ｘ、ｙ）に応じた変位量をＬ（ｘ、ｙ）とする。このとき、変換後の方向ベクトルを示す角度Ｇ´（ｘ、ｙ）は、Ｇ´（ｘ、ｙ）＝Ｇ（ｘ、ｙ）＋Ｌ（ｘ、ｙ）と表すことができる。ここで、Ｌ（ｘ、ｙ）は、Ｃ（ｘ、ｙ）で一意に定まり、Ｌ（Ｃ）と表すこともできる。Ｃ（ｘ、ｙ）と変位量Ｌ（ｘ、ｙ）の対応は任意であり、この対応は変換テーブルによって指定する。日本国旗を印刷物１上の像として表現する場合、例えば、赤の領域となる画素に対しては１、白の領域となる画素に対しては２としてインデックス化したとすると、それぞれ異なる角度を変位させるように、各インデックス値に対応する変位量Ｌ（ｘ、ｙ）を指定する。
【００３４】
このように、コンピュータは、各画素における画像の立体的形状に係る法線ベクトルの情報を継承するように算出した印刷物１上の溝の方向ベクトルに対し、色彩情報１１に基づく変換を施す。そして、このように決定した溝の方向ベクトルに基づいて、印刷物１上に微小な溝を形成することで、異方性反射によって見る角度、光線方向に依存した反射の変化が生じ、立体曲面が照明方向や見る方向に依存して光の反射が変化する様相を表現することができる。さらに、色彩情報１１に応じた方向ベクトルの変換によって、印刷物１上に表現された立体像は、模様も再現されたものとなる。
【００３５】
次に、画像の立体的形状情報７を継承することに加えて、画像の鏡面反射情報１３を継承するように、画素ごとに溝の方向３を決定する方法について説明する。
コンピュータは、法線ベクトルを算出したときと同じカメラ条件で形状データをレンダリングし、各画素における画像の鏡面反射情報１３を算出する。そして、コンピュータは、立体的形状情報７を継承するように決定した方向ベクトルに対し、鏡面反射情報１３に応じた変換を施す。方向ベクトルの変換は、鏡面反射情報１３に応じたランダムな変位量を加減するものである。
【００３６】
図８は、物体表面の反射光強度を示す図である。
Ｌは、光源１５からの光の入射方向である。Ｎは、物体の表面１９の法線方向である。Ｒは、光源１５からの光の正反射方向である。Ｖは、視点１７の方向、すなわち光の射出方向である。そして、光の入射方向Ｌと法線方向Ｎとのなす角度がβ、光の正反射方向Ｒと光の射出方向Ｖとのなす角度がγである。このとき、物体表面の反射光強度Ｉは、
【数１】
0004998120.tif 000002
と表すことができる。ここで、ｋｄは拡散反射率（拡散反射の強さ）、Ｉｉは入射光強度、ｋｓは鏡面反射率（鏡面反射の強さ）、ｎは鏡面反射の鋭さを表す。
コンピュータは、形状データをレンダリングする際、例えば、鏡面反射の鋭さｎ、鏡面反射率ｋｓ、鏡面反射率と拡散反射率の比率ｋｓ／ｋｄ等を鏡面反射情報１３として算出する。本実施の形態では、鏡面反射の鋭さｎを鏡面反射情報１３とする。
【００３７】
ある画素（ｘ、ｙ）に対し、溝の方向ベクトルを示す角度をＧ（ｘ、ｙ）とする。また、ある画素（ｘ、ｙ）に対し、鏡面反射の鋭さをｎ（ｘ、ｙ）とする。そして、鏡面反射の鋭さｎ（ｘ、ｙ）に応じた最大変位量をＭ（ｘ、ｙ）とする。このとき、変換後の方向ベクトルを示す角度Ｇ´（ｘ、ｙ）は、Ｇ´（ｘ、ｙ）＝Ｇ（ｘ、ｙ）＋ＲＮＤ×Ｍ（ｘ、ｙ）と表すことができる。ここで、ＲＮＤは、例えば、−１≦ＲＮＤ≦１の範囲の一様分布に従う乱数である。
また、Ｍ（ｘ、ｙ）は鏡面反射の鋭さｎ（ｘ、ｙ）で一意に定まる関数であるから、Ｍ（ｎ）と表すこともできる。
【００３８】
関数Ｍ（ｎ）は、ｎ（ｘ、ｙ）に応じてＧ（ｘ、ｙ）を変位させる度合いを制御するものである。本実施の形態では、Ｍ（ｎ）は、完全鏡面（ｎが無限大）では０となり、ｎの減少とともに単調増加する関数とする。
【００３９】
図９は、関数Ｍ（ｎ）の一例を示す図である。
図９に示すように、関数Ｍ（ｎ）は、Ｍ（ｎ）＝ａ／ｎ（ａは定数）である。従って、関数Ｍ（ｎ）は、定数ａのパラメータによって決定される。本実施の形態では、パラメータは処理を開始する前に入力し、様々な値で変換処理を行うことができる。
【００４０】
尚、乱数ＲＮＤは、一様分布以外の他の分布、例えば正規分布に従うものとしても良い。どのような分布を用いるかは、印刷物１上に表現する立体像の特性等を考慮して判断する。
また、関数Ｍ（ｎ）は、図９に示すものに限定されるものではなく、ｎが無限大で０に収束し、ｎの減少とともに単調増加するようなものであれば良い。
【００４１】
このように、コンピュータは、各画素における画像の立体的形状に係る法線ベクトルの情報を継承するように算出した印刷物１上の溝の方向ベクトルに対し、鏡面反射情報１３に基づく変換を施す。そして、このように決定した溝の方向ベクトルに基づいて、印刷物１上に微小な溝を形成することで、異方性反射によって見る角度、光線方向に依存した反射の変化が生じ、立体曲面が照明方向や見る方向に依存して光の反射が変化する様相を表現することができる。さらに、鏡面反射情報１３に応じた方向ベクトルの変換によって、印刷物１上に表現された立体像は、鏡面反射が再現されたもの、すなわち、グロス感やマット感といった材質的な表現を認識できるものとなる。
【００４２】
図１の説明に戻ると、Ｓ１０２の二値データ作成工程では、Ｓ１０１の溝方向決定工程で決定した溝の方向３を有する複数の溝を、画素ごとに互いに平行な直線として配置した二値データを作成する。
【００４３】
図１０は、二値データ２１の一例を示す図である。
図１０に示すように、二値データ２１は、異方性反射部２３と背景部２５とを有する。異方性反射部２３は、最終的に製造された印刷物１において、表面が微小な溝の集合によって形成され、異方性反射特性を有する部分である。図１０の例では、はためく国旗を異方性反射部２３に表現する。尚、背景部２５を設けず、全てを異方性反射部２３としても良い。
２７は、異方性反射部２３の拡大図である。２７に示すように、異方性反射部２３では、Ｓ１０１の溝方向決定工程で決定した溝の方向３を持つ複数の溝が、画素ごとに互いに平行な直線として配置されている。一方、背景部２５では、溝が配置されない。尚、２７では、溝を示す直線を黒として表現している。
従来の溝の形状（例えば、ヘアライン条溝等）では、ＣＧ画像に定義された立体形状の再現性が悪かった。本実施の形態では、溝の形状を画素ごとに互いに平行な直線とすることによって、複雑な立体形状も美麗に再現することができ、意匠性の高い印刷物を製造することができる。
【００４４】
図１１は、二値データ２１における異方性反射部２３の一例を示す図である。
図１１に示すように、二値データ２１における異方性反射部２３では、画素に相当するブロック３１ごとに、複数の溝が配置されている。溝の方向３は、Ｓ１０１の溝方向決定工程で決定したものであり、同一のブロック３１内では同じ方向となる。また、ブロック３１の周りには、ブロック外周マージン３３が設けられている。そして、ピッチ３５は、ある溝を示す直線の左端から隣の溝を示す直線の左端までの距離である。尚、ブロック外周マージン３３を設けなくても、立体形状の再現性にはあまり影響がない。
【００４５】
ここで、ブロック３１の一辺の長さ、ブロック外周マージン３３の幅、ピッチ３５の大きさ、溝の横幅３７と溝同士の間隔３９との比率は、所望の異方性反射特性を有する印刷物１を製造する為に重要なパラメータとなる。本実施の形態では、例えば、ブロック３１の一辺の長さが１ｍｍ、ブロック外周マージン３３の幅が１０μｍ、ピッチ３５の大きさが２００μｍである。また、溝の横幅３７と溝同士の間隔３９との比率が、１対３（溝の横幅３７が５０μｍ、溝同士の間隔３９が１５０μｍ）である。これらのパラメータ値であれば、１つのブロック３１内には、５〜７本程度の溝が配置される。但し、溝の横幅３７と溝同士の間隔３９との比率は、後述する第１の印刷工程、第２の印刷工程の場合である。
ＣＧ画像を最も良く再現するためには、最終的に製造された印刷物１において溝の横幅と溝同士の間隔との比率は１対１になることが望ましいことが、発明者らが行った試験等によって分かった。しかしながら、後述する印刷工程では、二値データ２１の通り溝を形成することは困難である。従って、二値データ作成工程の段階では、印刷工程を考慮して、溝の横幅３７と溝同士の間隔３９との比率を決定する必要がある。
【００４６】
尚、図１１では、隣接するブロック３１同士の溝が接続しないように配置されている。しかしながら、これは便宜上の表現に過ぎず、溝が接続するように配置しても良い。図１１に示すように、隣接するブロック３１同士で接続しないように溝を形成した印刷物１の場合、肉眼で観察すると、ブロック外周マージン３３を設けなくても、ブロック３１の境界線がうっすらと格子状に見えることがある。一方、隣接するブロック３１同士で接続するように溝を形成した印刷物１の場合、ブロック３１の境界線が見えることはなく、流線的な画像を表現することができる。
【００４７】
図１の説明に戻ると、Ｓ１０３の印刷工程では、Ｓ１０２の二値データ作成工程で作成した二値データ２１を基に、紙基材に微小な溝を形成するとともに、紙基材に画像の絵柄を印刷する。
【００４８】
図１２は、第１の印刷工程を示すフローチャートである。
図１２に示すように、第１の印刷工程は、エンボス箔押し加工工程（Ｓ２０１）、オフセット印刷工程（Ｓ２０２）の順に行われる。
Ｓ２０１のエンボス箔押し加工工程では、まず、図１のＳ１０２の二値データ作成工程で作成した二値データ２１に基づいて、微小な溝を凸部とした金型を、機械彫刻やエッチング等によって成型する。そして、成型した金型を用いて、熱プレスによって紙基材に箔を転写するとともに、エンボシングし、紙基材に微小な溝を形成する。
紙基材は、白色の紙等である。箔材は、後工程のオフセット印刷工程においてインキが乗り易いように、離型材が薄膜のものを使用する。尚、箔が転写され、微小な溝が形成される部分は、前述した図１０における異方性反射部２３であり、背景部２５は箔の転写や微小な溝の形成がなされない。
Ｓ２０２のオフセット印刷工程では、前工程のエンボス箔押し加工工程後の紙基材に、前述した図１０における異方性反射部２３、背景部２５の両方を含む絵柄を４色刷り等で印刷する。また、箔上ではインキが浸透しにくいので、紫外線硬化型インキ（ＵＶインキ）、または合成紙用インキ等を使用する。
【００４９】
図１３は、第１の印刷工程によって製造された印刷物１の模式図である。
図１３に示すように、第１の印刷工程では、紙基材４１の上層に箔転写層４３が形成され、箔転写層４３の上層に絵柄印刷層４５が形成される。また、複数の溝部５１が形成される。ここで、エンボシングによって形成される溝の横幅３７ａは、金型の凸部の幅よりも大きくなる。これは、金型の凸部を紙基材４１に押し込むことによって、溝の横幅３７ａがふくらむ為である。従って、Ｓ１０２の二値データ作成工程の段階では、溝の横幅３７と溝同士の間隔３９との比率は、溝の横幅３７が溝同士の間隔３９を超えない値とする必要がある。更に言うと、最終的に製造される印刷物１において溝の横幅３７ａと溝同士の間隔３９ａとの比率が１対１となるように、二値データ２１で表現する溝の横幅３７と溝同士の間隔３９との比率を決定することが望ましい。
尚、図１３では、前述した図１０における異方性反射部２３のみを示しており、背景部２５については示していない。背景部２５については、箔転写層４３が形成されず、紙基材４１の上層に絵柄印刷層４５が形成される。
第１の印刷工程によって製造された印刷物１は、所望の異方性反射特性を有することに加えて、最上層が絵柄印刷層４５によって形成されている為、画像の色彩も再現され、リアリティがあり、極めて表現性の高い印刷物１となる。
【００５０】
図１４は、第２の印刷工程を示すフローチャートである。
図１４に示すように、第２の印刷工程は、オフセット印刷工程（Ｓ３０１）、エンボス箔押し加工工程（Ｓ３０２）の順に行われる。
Ｓ３０１のオフセット印刷工程では、紙基材に、前述した図１０における異方性反射部２３、背景部２５の両方を含む絵柄を４色刷り等で印刷する。
Ｓ３０２のエンボス箔押し加工工程では、まず、図１のＳ１０２の二値データ作成工程で作成した二値データ２１に基づいて、微小な溝を凸部とした金型を、機械彫刻やエッチング等によって成型する。そして、前工程のオフセット印刷工程後の紙基材に、成型した金型を用いて、熱プレスによって紙基材に箔を転写するとともに、エンボシングし、紙基材に微小な溝を形成する。
尚、箔が転写され、微小な溝が形成される部分は、前述した図１０における異方性反射部２３であり、背景部２５は箔の転写や微小な溝の形成がなされない。
【００５１】
図１５は、第２の印刷工程によって製造された印刷物１の模式図である。
図１５に示すように、第２の印刷工程では、紙基材４１の上層に絵柄印刷層４５が形成され、絵柄印刷層４５の上層に箔転写層４３が形成される。また、複数の溝部５１が形成される。ここで、第１の印刷工程と同様に、エンボシングによって形成される溝の横幅３７ａは、金型の凸部の幅よりも大きくなるため、二値データ作成工程の段階では、溝の横幅３７と溝同士の間隔３９との比率は、溝の横幅３７が溝同士の間隔３９を超えない値とする必要がある。更に言うと、最終的に製造される印刷物１において溝の横幅３７ａと溝同士の間隔３９ａとの比率が１対１となるように、二値データ２１で表現する溝の横幅３７と溝同士の間隔３９との比率を決定することが望ましい。
尚、図１５では、前述した図１０における異方性反射部２３のみを示しており、背景部２５については示していない。背景部２５については、箔転写層４３が形成されず、紙基材４１の上層に絵柄印刷層４５が形成される。
第２の印刷工程によって製造された印刷物１は、最上層が箔転写層４３によって形成されている為、画像の色彩が再現されるわけではない。しかしながら、第１の印刷工程と比較すると、箔上にオフセット印刷を行うという難易度の高い工程を行わない。従って、第２の印刷工程であれば、印刷上のトラブルが発生する可能性は低く、容易に、所望の異方性反射特性を有する印刷物１を製造することができる。
【００５２】
図１６は、第３の印刷工程を示すフローチャートである。
図１６に示すように、第３の印刷工程は、オフセット印刷工程（Ｓ４０１）、スクリーン印刷工程（Ｓ４０２）の順に行われる。
Ｓ４０１のオフセット印刷工程では、紙基材に、前述した図１０における異方性反射部２３、背景部２５の両方を含む絵柄を４色刷り等で印刷する。
Ｓ４０２のスクリーン印刷工程では、まず、図１のＳ１０２の二値データ作成工程で作成した二値データ２１に基づいて、微小な溝以外の部分が開口部となる版を作製する。そして、前工程のオフセット印刷工程後の紙基材に、作製した版の開口部から透明インキを押し出して印刷することで、紙基材に微小な溝を形成する。尚、透明インキによって印刷され、微小な溝が形成される部分は、前述した図１０における異方性反射部２３であり、背景部２５は微小な溝が形成されない。
紙基材は、例えば、蒸着紙である。この場合、オフセット印刷は、速乾性のある紫外線硬化型インキ（ＵＶインキ）を用いて行うと良い。また、白色の紙を用いる場合、Ｓ４０１のオフセット印刷工程の後、メタルインキを用いて画像の絵柄の印刷を行ってからＳ４０２のスクリーン印刷工程を行うようにしても良い。
【００５３】
図１７は、第３の印刷工程によって製造された印刷物１の模式図である。
図１７に示すように、第３の印刷工程では、紙基材４１の上層に絵柄印刷層４５が形成され、絵柄印刷層４５の上層に透明インキ層４７が形成される。また、複数の溝部５１が形成される。ここで、スクリーン印刷工程によって形成される溝同士の間隔３９ａは、透明インキが横にふくらむことにより、版の開口部の幅（＝二値データ２１の溝同士の間隔３９）よりも大きくなる。従って、二値データ作成工程の段階では、溝の横幅３７と溝同士の間隔３９との比率は、溝の横幅３７が溝同士の間隔３９を超える値とする必要がある。更に言うと、最終的に製造される印刷物１において溝の横幅３７ａと溝同士の間隔３９ａとの比率が１対１となるように、二値データ２１で表現する溝の横幅３７と溝同士の間隔３９との比率を決定することが望ましい。
尚、図１７では、前述した図１０における異方性反射部２３のみを示しており、背景部２５については示していない。背景部２５については、透明インキ層４７が形成されず、紙基材４１の上層に絵柄印刷層４５が形成される。
第３の印刷工程は、第１、第２の印刷工程と比較すると、スクリーン印刷の特性から、より大きなサイズの印刷物１に適用することができる。従って、第３の印刷工程であれば、所望の異方性反射特性を有する、サイズの大きい印刷物１を製造することができる。
【００５４】
図１８は、第４の印刷工程を示すフローチャートである。
図１８に示すように、第４の印刷工程は、第１のインクジェット印刷工程（Ｓ５０１）、第２のインクジェット印刷工程（Ｓ５０２）の順に行われる。
Ｓ５０１の第１のインクジェット印刷工程では、紙基材に、前述した図１０における異方性反射部２３、背景部２５の両方を含む絵柄を印刷する。
Ｓ５０２の第２のインクジェット印刷工程では、前工程の第１のインクジェット印刷工程後の紙基材に、図１のＳ１０２の二値データ作成工程で作成した二値データ２１に基づいて、微小な溝以外の部分を画線部として透明インキで印刷することで、紙基材に微小な溝を形成する。尚、透明インキによって印刷され、微小な溝が形成される部分は、前述した図１０における異方性反射部２３であり、背景部２５は微小な溝が形成されない。
紙基材は、例えば、蒸着紙である。この場合、速乾性のある紫外線硬化型インキ（ＵＶインキ）を用いて行うと良い。
【００５５】
図１９は、第４の印刷工程によって製造された印刷物１の模式図である。
図１９に示すように、第４の印刷工程では、紙基材４１の上層に絵柄印刷層４５が形成され、絵柄印刷層４５の上層に透明インキ層４７が形成される。また、複数の溝部５１が形成される。ここで、第２のインクジェット印刷工程によって形成される溝同士の間隔３９ａは、透明インキが横にふくらむことにより、二値データ２１の溝同士の間隔３９よりも大きくなる。従って、二値データ作成工程の段階では、溝の横幅３７と溝同士の間隔３９との比率は、溝の横幅３７が溝同士の間隔３９を超える値とする必要がある。更に言うと、最終的に製造される印刷物１において溝の横幅３７ａと溝同士の間隔３９ａとの比率が１対１となるように、二値データ２１で表現する溝の横幅３７と溝同士の間隔３９との比率を決定することが望ましい。
尚、図１９では、前述した図１０における異方性反射部２３のみを示しており、背景部２５については示していない。背景部２５については、透明インキ層４７が形成されず、紙基材４１の上層に絵柄印刷層４５が形成される。
第４の印刷工程は、第１、第２、第３の印刷工程と比較すると、小ロットの印刷物１を製造することに適している。
【００５６】
尚、本発明の実施の形態では、オフセット印刷やインクジェット印刷によって印刷される絵柄のデータについては特に言及していないが、公知の手法によって、オフセット印刷における版下データ等を作成すれば良い。但し、絵柄に陰影を付ける場合、陰影を付けすぎると異方性反射による効果が低減する場合がある為、注意が必要である。
【００５７】
また、ラミネート加工を施しても異方性反射による効果はほとんど低減しないことから、印刷物１の表面強度が求められる場合、製造された印刷物１に対してラミネート加工を施すようにしても良い。
【００５８】
以上説明したように、本発明の実施の形態によれば、印刷物１に表現する所望の画像のモデリングを行い、画像の立体的形状情報７等を継承するように、画素ごとに溝の方向３を決定する。次に、決定した溝の方向３を有する複数の溝を、画素ごとに互いに平行な直線として配置した二値データ２１を作成する。そして、作成した二値データ２１を基に、紙基材４１に溝を形成するとともに、紙基材４１に画像の絵柄を印刷することで、表面が微小な溝の集合から形成された異方性反射特性を有する印刷物１を製造する。
【００５９】
本発明の実施の形態によって、ＣＧ画像に定義された立体形状等が美麗に再現された異方性反射特性を有する印刷物１を製造することができる。これは、特に、二値データ２１で表現する溝の形状を画素ごとに互いに平行な直線としたことによるものである。更に、溝の横幅３７ａと溝同士の間隔３９ａとの比率が１対１となるように印刷物１を製造することで、ＣＧ画像の立体形状等を最も良く印刷物１に再現することができる。また、本発明の実施の形態で示したように溝の方向３を制御することによって、ＣＧ画像の立体形状に加えて、奥行き、模様、鏡面反射等を印刷物１に再現することもできる。
【００６０】
尚、本発明の実施の形態による印刷物製造方法は、ＣＧ技術による異方性反射を有するコンピュータ画面上の画像生成方法とは大きく異なる。ＣＧ技術による画像生成方法は、元となる自然界の異方性反射現象、例えば、人間の髪やＣＤの裏面等で起こる異方性反射を、コンピュータ画面上で忠実に表現するものである。しかしながら、本発明の実施の形態による印刷物製造方法は、元のＣＧ画像は異方性反射を有するものではなく、元のＣＧ画像に対してライティングを変化させたときのハイライトの変化等を、異方性反射を利用して印刷物１上に表現するものである。
【００６１】
以上、添付図面を参照しながら、本発明に係る印刷物製造方法等の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、本願で開示した技術的思想の範疇内において、各種の変更例又は修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】印刷物製造方法の流れを示すフローチャート
【図２】溝の方向３に継承する情報を示す図
【図３】投影面上の法線ベクトルの１例を示す図
【図４】法線ベクトルの法線投影面への投影を示す図
【図５】関数Ｍ（Ｚ）の一例を示す図
【図６】ローパスフィルタリングの一例を示す図
【図７】関数ｎ（Ｚ）の一例を示す図
【図８】物体表面の反射光強度を示す図
【図９】関数Ｍ（ｎ）の一例を示す図
【図１０】二値データ２１の一例を示す図
【図１１】二値データ２１における異方性反射部２３の一例を示す図
【図１２】第１の印刷工程を示すフローチャート
【図１３】第１の印刷工程によって製造された印刷物１の模式図
【図１４】第２の印刷工程を示すフローチャート
【図１５】第２の印刷工程によって製造された印刷物１の模式図
【図１６】第３の印刷工程を示すフローチャート
【図１７】第３の印刷工程によって製造された印刷物１の模式図
【図１８】第４の印刷工程を示すフローチャート
【図１９】第４の印刷工程によって製造された印刷物１の模式図
【符号の説明】
【００６３】
１………印刷物
３………溝の方向
５………画像の情報
７………立体的形状情報
９………奥行き情報
１１………色彩情報
１３………鏡面反射情報
１５………光源
１７………視点
１９………物体の表面
２１………二値データ
２３………異方性反射部
２５………背景部
２７………異方性反射部２３の拡大図
３１………ブロック
３３………ブロック外周マージン
３５………ピッチ
３７、３７ａ………溝の横幅
３９、３９ａ………溝同士の間隔
４１………紙基材
４３………箔転写層
４５………絵柄印刷層
４７………透明インキ層
５１………溝部
【図１】
0004998120.tif 000003
【図２】
0004998120.tif 000004
【図３】
0004998120.tif 000005
【図４】
0004998120.tif 000006
【図５】
0004998120.tif 000007
【図６】
0004998120.tif 000008
【図７】
0004998120.tif 000009
【図８】
0004998120.tif 000010
【図９】
0004998120.tif 000011
【図１０】
0004998120.tif 000012
【図１１】
0004998120.tif 000013
【図１２】
0004998120.tif 000014
【図１３】
0004998120.tif 000015
【図１４】
0004998120.tif 000016
【図１５】
0004998120.tif 000017
【図１６】
0004998120.tif 000018
【図１７】
0004998120.tif 000019
【図１８】
0004998120.tif 000020
【図１９】
0004998120.tif 000021