情報処理学会 インタラクション 2023
IPSJ Interaction 2023

1P-62
2023/3/1

3DCG シミュレーションを用いた人工芝ピクセルの階調評価手法
水野 暁斗1,a)

田中 康二郎1

加藤 優一1

加藤 虎之介1

三河 正彦2

藤澤 誠2

概要：我々は自然景観に配慮した人工芝を用いたディスプレイ及びその基礎部分となるピクセルの研究を進めている．人工芝ピクセルの階調評価の実験を行なっているが，光源やカメラの位置，ピクセルを構成する芝生の色を変更した際の環境を全て用意することは困難である．そこで，本研究では人工芝ピクセルをComputer Graphics(CG) 上にて再現し，これを現実における評価の代替とすることで様々な条件に対応した階調評価を行なうことを目的とする．本稿では CG 上にて再現した人工芝ピクセルが現実の評価の代替となるかを確認するため，現実の人工芝ピクセルとの色と階調の比較を色差 ∆E00 に基づいて行なった．

1. はじめに
我々は自然景観に配慮した新しいデジタルサイネージの

3. 評価実験
3.1 実験内容

手法として人工芝を用いたディスプレイの研究を行なって本稿では CG と現実の人工芝ピクセルの緑色芝の高さ lいる．人工芝ディスプレイは図 1 に示すように，高さが固を 0[mm] から 15.0[mm] まで 0.75[mm] ずつ変化させ，次定された黄色芝と高さが変化する緑色芝によって動的に色の 2 点についての評価を行なう．

を表現する人工芝ピクセル [1][2][3] から構成される．ディ(1) レンダリングした CG 画像と現実の人工芝ピクセルをスプレイ性能の 1 つである階調表現の定量的評価を進めて撮影した画像との緑色芝の高さにおける色差の比較．

いる [3] が，環境光や撮影位置等の様々な環境下における評(2)CG 上で再現した人工芝ピクセルが緑色芝の高さの変化

価手法の効率化が課題である．そこで本研究では，3DCGによって表現可能な階調．

で再現した人工芝ピクセルを用いた評価手法を提案する．

色 差 に は International Commission on Illumina-

本稿では人工芝ピクセル，撮影位置，環境光を含めた評価∗tion(CIE) が 定 義 す る CIEDE2000(∆E00) を使用した．

環境を CG で再現した画像と，実環境下で撮影した人工芝

Committee for Graphic Arts Technologies Standards[5] にピクセルの画像の色差に基づく評価を行なう．

∗∗
よると ∆E00≤ 3.0 が人間の知覚特性を反映させた ∆E00

2. 人工芝ピクセルの CG モデル
作成した人工芝ピクセルの CG モデルを図 2 に示す．
これは図 1 に示す人工芝ピクセルの試作機と同じ寸法で，黄色芝の高さは 10.0[mm]，緑色芝の高さは 0[mm] から15.0[mm] に変化させられる．
CG の環境光には実世界の環境光を正確に再現可能とされる High Dynamic Range Image(HDRI)[4] を利用した．

において厳格な色許容差と定義されているため，色差の基準∗には 3.0 を用いた．(1) において，CG と現実が ∆E00
≤ 3.0を満たすなら，現実の人工芝ピクセルと CG 上で再現した人
工芝ピクセルが人間の知覚において類似していると評価できる．(2) において，今回は 5 段階の階調についての評価を行なう．1 段階目の階調 G1 を l =0[mm] とし，5 段階目の階調 G5 が l =15.0[mm] となるように Gn (n = 1, 2, 3, 4, 5)
を G1 と G5 の直線上に定める．階調を表現するためには各∗∗階調間が ∆E00≥ 3.0 であり，かつ各 Gn から ∆E00
≤ 3.0に人工芝ピクセルの実測値が存在する必要がある [3]．

15.0[mm]

図 1

人工芝ディスプレイと人工芝ピクセルの関係
図 212a)10.0[mm]

CG にて再現した人工芝ピクセルの形状

筑波大学大学院 人間総合科学学術院
筑波大学 図書館情報メディア系
s2221671@s.tsukuba.ac.jp© 2023 Information Processing Society of Japan392

情報処理学会 インタラクション 2023
IPSJ Interaction 2023(a-1)実画像

1P-62
2023/3/1

表 1(a-2)実画像拡大図∗
CG と実画像の色差 ∆E00の最小，最大，平均値

θ=90[deg]

θ=0[deg](b-1)CG画像

θ[deg]

最小値

最大値

平均値

00.216

2.21

1.07

30

0.790

1.68

1.2160

3.82

6.74

5.11

90

2.10

6.96

4.58

(b-2)CG画像拡大図
70(a)θ=0[deg]l=070(b)θ=90[deg]

60

60

L*

図 3

CG 画像と実画像

屋内環境にて撮影位置をカメラと人工芝ピクセルとの 距 離 d，カ メ ラ の 高 さ h に つ い て d = 3.0[m], h =1.2[m] とし，カメラと人工芝ピクセル間の水平角 θ を
θ = (0, 30, 60, 90[deg]) と定め，現実の人工芝ピクセルを実画像として撮影した．撮影した画像を図 3(a-1) に示す．

50

l=15.03.2 実験環境−30−20a*
図 4−10050404070

b*−30−20a*G1 (l=0)

CG の環境光として，実環境を全天球カメラ Ricoh Theta
G5 (l=15.0) G4

階調で表現される HDRI として合成したものを用いた．

60

50

l=15.0−100504060

4070

b*

L*a*b*空間上における観測されたピクセルの色の実測値(a)CG における結果

Z1 を用いて異なる露出で撮影し．これを各 RGB が 32bit

L*l=0G3(b) 現実における結果

G1 (l=0)G2G5 (l=15.0) G4

G3G2

人工芝ピクセルにおける，人工芝の拡散色を d = 3.0[m],h = 1.2[m], θ = 0[deg] の撮影位置において，黄色芝は 1 段
図 5階目の階調，緑色芝は 5 段階目の階調の CG 画像と実画像階調評価の結果の色が一致するように設定した．環境光，人工芝ピクセル，また各階調の許容範囲に実測値が存在するため CG も現実現実の撮影位置を再現し，CG 画像としてレンダリングしと同様に階調を表現できていると考えられる．

た．出力された画像を図 3(b-1) に示す．

4. おわりに

本実験では 3DCG ソフトには Houdini Education(Side

本稿では 3DCG を用いた人工芝ピクセルの評価手法を

Eﬀects Software Inc.)，レンダラーには Redshift(Maxon提案した．再現した CG をレンダリングした画像と現実のComputer Inc.) を 使 用 し た ．な お ，PC に は Windows∗
人工芝ピクセルを撮影した画像を ∆E00に基づき比較し，

10 Home, Intel Core i7-8700 CPU @3.20GHz，NVIDIA∗
θ = (0, 30[deg]) で ∆E00
≤ 3.0 を満たしていること，また，GeForce RTX 2060 SUPER を使用した．

θ = 0[deg] では 5 段階の階調表現が可能であることを確認

3.3 実験結果及び考察
実験 (1) の結果として表 1 に各 θ の色差の最小，最大，平∗均値を示す．また，図 4 に ∆E00の最大値が 3.0 未満の例

した．今後の課題として，様々な環境下での CG に再現した人工芝ピクセルと現実の人工芝ピクセルとの色差の評価及び階調表現の評価が挙げられる．

として θ = 0[deg]，3.0 以上の例として θ = 90[deg] におけ

謝辞 本研究は，JST 次世代研究者挑戦的研究プログラム

る，l を 0[mm] から 15.0[mm] まで 0.75[mm] ずつ動かした

JPMJSP2124 の支援を受けたものである．

際の CG 画像，実画像のそれぞれの色を L*a*b*空間上にプ

参考文献ロットしたものを示す．バツ印は CG 画像，丸印は実画像[1]の色の推移を表している．表 1 より θ = (0, 30[deg]) では全∗ての緑色芝の高さにおいて CG 画像と実画像が ∆E00
≤ 3.0[2]を満たしているが θ = (60, 90[deg]) では満たさず，更に
図 4(b) から θ = 90[deg] では色の推移が現実と CG で異[3]なっており，この結果は θ の影響によるものと考えられる．
実験 (2) の結果として図 5 に θ = 0[deg] での CG と現[4]実の人工芝ピクセルについて階調評価を行なった結果を示
す．グラフ中の Gn は各階調を示し，青色の範囲は各 Gn∗から ∆E00≤ 3.0 の色許容範囲を表している．図 5 より，

CG と現実共に各階調 Gn は互いの色許容範囲に含まれず，© 2023 Information Processing Society of Japan[5]

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