デザイン書道のためのウェーブテーブル方式シンセサイザ
内平博貴

宮下芳明

Wavetable Synthesizer for Design Calligraphy
HIROKI UCHIHIRA

1.

HOMEI MIYASHITAるインタフェースを開発し，デザイン書道における新はじめにしい表現手法の可能性を検討した．

今日，新聞や雑誌，チラシ等の題字として書のデザ

2.

インが取り入れられることは珍しくない．日本デザイ

関連研究

ン書道作家協会 1)では，このような広告に用いる『デ筆を用いた描画についてはこれまで多様な研究がなザイン化された書き文字』のことを商業書道や，デザされており，ペイントソフト Painter5)や Illustrator6)のイン書道と位置付け，デザインとしての書を専門にし様に市販されているものも多い．これらの研究の多くた書家を多く擁して活動している．このように従来のは筆の挙動のシミュレーションによってリアリティの古典書道とは異なる価値観の下で，書の持つ純粋造形高い表現を探求してきた．早期にこのテーマに取り組の美しさに注目し，斬新なデザインとして表現した例んだ Strassmann7)は筆跡を一次元配列によって表現しも多くみられる．また，近年は情報技術の発達によりた．掠れや滲みに着目した研究ではフラクタル計算法

誰もがコンテンツを容易に制作・発表できる環境が整8)ってきており，自分で書をデザインしたいという創作ものなどがある．Nelson S.H. Chu らは高度なシミュ意欲がより一層高まることも予想される．しかし，筆レーションによる筆先の形状モデリング 11)や，墨のを自分の思い通りに操ることは難しい．著者らはこの流れを表現した MoXi12)によってリアリティの高い描ような背景から，デザイン書道を支援するシステム，画表現を可能にした．

サンプリング書道

2) 3) 4)を開発してきた．このシステ

ムでは困難な筆の操作を描画行為から切り離し，モデ，ファジィ計算法 9)，くりこみ群計算法 10)を用いた

3.

ウェーブテーブル方式シンセサイザ

ルとする書の画像から好みの筆跡をそのまま取得し利シンセサイザは，正弦波や矩形波などの波形を合用することで，書家のような筆跡を容易に表現するこ成・加工することで自由な音作りを可能にした電子楽とができるようになった．

器である．シンセサイザの登場によって，自分でパラ

しかし，このシステムは特性上「モデル画像があメータを設定して音を創り出すことが可能になり，既る」前提の上でしか機能しない．思い通りのモデル画

存楽器に類似した音を作り出すことや，それまでの楽像が見つからない場合や，著作権によりモデル画像が器にはなかった種の音を表現するにまで至り，音楽の使用できない事態も想定される．

可能性は大きく広がったといえる．

このようなことから，著者らはモデル画像を利用す

シンセサイザの方式の中でも，ウェーブテーブル方るサンプリング手法とは別に，自分が描きたい筆跡を式は多くの短い波形（ウェーブデータ）をプリセット創造する手法を本稿で提案する．特に，通常のペインとして保持し，それらの波形を読み込み編集することトツールでも制御が難しい掠れや滲みまでを制御できで音作りを行う．生の楽器音をサンプリングした波形るようにすることを目的とした．ウェーブテーブル方や，合成されたシンセ波形などのウェーブデータがウ式シンセサイザと同様の枠組みでストロークを生成すェーブテーブルと呼ばれるメモリに格納されている．
読み込んだ波形はさらにフィルタやエンベロープを使

明治大学大学院理工学研究科新領域創造専攻ディジタルコンテンツ系
Program in Digital Contents Studies, Program in Frontier Scienceand Innovation, Graduate School of Science and Technology,
Meiji Universityって加工される．こうした経路における様々なパラメータを操作することによって，高い自由度と容易な操作性を両立している．生の楽器音のウェーブデータと情報処理学会 インタラクション 2010

デジタル的に合成されたウェーブデータを区別なく組の時，生成されたウェーブデータの振幅に対応した濃み合わせることができるため，アコースティックとエ度値をもつ一次元画像のサンプルが生成される．またレクトリックの間ともいえる斬新な質感の音色も生み発生したウェーブデータにフィルタをかけることで，出せる．

波形を加工することができる．最後に生成したサンプ

本稿では，ストロークの生成にこのウェーブテーブ

ルを，エンベロープにかけストロークにおける濃度値

ル方式シンセサイザの枠組みを取り入れることとした．の減衰を設定することでストロークを生成する．シス

4.

システム

テム構成は図 2 に示す通りである．
4.1

オシレータ

本システムではシンセサイザの様に波形を生成・加シンセサイザにおいて，オシレータは波形を発生さ工することで，書のストロークを生成する．書のストせる音作りの根幹を担う機構である．本システムでもロークのある時点での濃度変化のグラフをウェーブデ同様に，このオシレータ部では単純な波形のみならず，ータとして取得したウェーブテーブルを用意し，ここウェーブデータを自由に生成する機構を設けた．

から読み込んだウェーブデータを接続することでストロークを生成する．
（図 1）

本システムのオシレータは，書のごく短いストロークデータであるウェーブデータをプリセットとして多このような手法により掠れや滲みなど，これまで表数格納しているウェーブテーブルから読み込むことで，現が困難であった要素の自由なデザインを可能にするウェーブデータを生成する（メモリ・プレイバック・ことを目指す．特に掠れについては，図 1 のようにスオシレータ）．プリセットには実際の書のストローク

トロークの太さが変化するだけでなく，ウェーブデーから取得されたウェーブデータが格納されており，掠タの複雑な変化がみられるが，本システムでは複数のれや滲みのあるウェーブデータなど様々なプリセットウェーブデータを接合することによって多様な表現がを選択することができる．またこれらのプリセットは，可能である．

プロのデザイン書道家から提供されたサンプルをもと本システムではまずオシレータによって波形を発生に作り出した本格的なものとなっている．

させ，波形のパラメータである周波数，振幅，位相をまた，これとは別に自分でパラメータを操作しウェ操作して好きな形状のウェーブデータを生成する．こーブデータを生成する純粋な波形生成機能も備えている．今回は対象とする波形を矩形波としているが，ストロークを生成するという目的では，正負成分を持つ波を周期的に出力する必要がないため，矩形波の中でも正成分，半周期のみを出力の対象とした．
オシレータで生成されたウェーブテーブルは周波数，振幅，位相のパラメータを操作することで思い通りの形状へと変形することができる．本システムにおけるこれらのパラメータは周波数がストロークの太さ，振図1 ストロークのウェーブデータ

幅が濃度値，位相が位置という具合に置き換えられる．
（図 3）

図2 システム構成

図3 ウェーブデータの変形と対応するサンプル（右：ウェーブデータ，左：サンプル）

デザイン書道のためのウェーブテーブル方式シンセサイザ

図4 フィルタ

4.2

フィルタ

図5 エンベロープ・ジェネレータ

または下端点と中間点の２点を対象とすることで，減算方式シンセサイザは，倍音を多く含んだ波形か上側の曲線と下側の曲線が自然な丸みを持った状態でら，フィルタによって倍音成分を削っていくことで音交わるようになる．左端サンプルの中間点は，マウス作りをする．本システムでもこのようにオシレータでポインタによって上端点と下端点の間の任意の位置に生成したウェーブデータにフィルタをかけることで加設定できる．

工を行える機構を搭載している．
現時点ではローパスフィルタ，ハイパスフィルタが実装されている．それぞれのカットオフ周波数を設定でき，削る度合いを調整可能である．ローパスフィル

本システムによって生成されたストロークはサンプ
リング書道システムの描画機能によって自由な形状に描画することができる．
4.4

サンプリング

タを適用すると高周波数成分が取り除かれ，滑らかなウェーブテーブルに格納されるウェーブデータはプウェーブデータになる．例えば矩形波に適用すると，リセットとして用意しているものの他に，モデルとす徐々に正弦波に近い形状になっていく．一方，ハイパる書の画像からサンプリングすることで容易に生成でスフィルタを適用すると低周波数成分が取り除かれ，きる．

エッジの効いたウェーブデータを作り出すことができる．（図 4）
4.3

エンベロープ・ジェネレータ

これには前掲のサンプリング書道システム 2) 3) 4)のサンプリング機能を利用する．サンプリング書道シス
テムでは，モデルとする書の画像をマウスポインタにシンセサイザにおけるエンベロープ・ジェネレータ

対応して移動・回転するスキャンラインでなぞることは音の時間的変化の制御を行う機構である．ここではで，書のストロークをスキャンし取得できる．本シス

音の立ち上がりから減衰までのダイナミクスの変化をテムでも同様にモデルとする書の画像のストロークをコントロールできる．本システムではそれぞれの濃度スキャンラインでなぞることで，そのストロークのウ値を持ったサンプルを並べ，補間することでストローェーブデータを順次取得していくことができる．（図クにおける「濃度値の時間的変化」の制御を可能にし6）これにより一つのストロークに対するサンプリンている．複数のサンプルを配置した後で，それらを左グだけでも大量のウェーブデータを容易に収集するこから順番に補間してつないでいき，最終的にストローとが可能となり，さらに掠れや滲みなど特徴的なウェクとして出力する．
（図 5）

ーブデータを部分的に取得することも可能となる．

2 つの隣り合ったサンプルの補間時には，手前のサンプルから次のサンプルまでモーフィングをさせながら補間していく．このとき全体のストロークのアウトラインはスプライン補完によって求められるため，滑らかなアウトラインを持ったストロークとして出力される．これにより実際には連続していないウェーブデータ同士を連続的につなぐことが可能となった．
アウトラインについては，上側の曲線と下側の曲線を別々に求めたのちに，サンプルの上端点同士，下端点同士をそのアウトラインに沿ってつなぐことで生成している．左端のサンプルのみ常に上端点と中間点，

図6 ウェーブデータのサンプリング

情報処理学会 インタラクション 2010

成することができる．本システムを使えば，書道で制御の困難な掠れや滲み，ストロークの概形などを，自図7 生成ストローク分で制御しデザインするということができるのである．
音楽史を振り返ると，現代音楽はシンセサイザの出現によって全く新しい概念と表現を獲得し，大きくその表現能力を高めた 13)．我々も本研究がデザイン書
道の描画表現に新しい概念と表現をもたらすことを期待する．
謝辞

本研究は，独立行政法人情報処理推進機構（IPA），未踏ソフトウェア創造事業における採択の支援により行っている．
図8 描画例

図 7 は本システムによって生成したストロークであり，図 8 はそれによって描かれた作例である．

5.

まとめと考察

本稿では，ウェーブテーブル方式シンセサイザの枠組みを取り入れたストローク生成システムを開発した．
これまでの「サンプリング書道システム」ではモデル画像のストロークをそのまま取得し出力していたが，本システムではモデル画像のストロークのウェーブデータという，ごく短いストロークのデータを扱うことで，元のストロークとは別のストロークの生成を可能にした．サンプリング書道システムでは一回のサンプリングから一つのストロークしか得られなかったが，本システムでは一回のサンプリングからでも実に多様なストロークを生成することができる．
また実際の書の画像から得られたウェーブデータを利用していることから，生成されるストロークにはリアリティを持たせることができる．例えば掠れていな
いストロークの途中から，掠れているストロークのウェーブデータを用いることで掠れを表現することなどが可能となる．また，矩形波のパラメータを操作し合成した人工のウェーブデータや，書以外の画像から得られたウェーブデータと，実際の書から得られたウェーブデータを併用することで新しいタイプのストロークを生成することもできる．スプライン補間によるアウトラインも配置するサンプルの数を増やすなど，作りこむことで複雑なアウトラインのデザインを実現することが可能である．
今回，本システムで採用したストローク生成手法では，筆で線をひくように流れを持ってストロークを生成している．これは実際の書道でストロークが生成される過程と同様であり，自然な流れをもった概形を生参考

文献1) デザイン書道作家協会:
http://www.j-d-c-a.com/
2) 内平博貴, 宮下芳明. サンプリング書道:書の取得と再描画による芸術表現の提案, 第 8 回NICOGRAPH 春季大会 CD-ROM 予稿集, 2009.
3) 内平博貴, 宮下芳明. サンプラーのメタファーを取り入れた書道表現システム. 情報研報 2009HCI-133, Vol.2009, 2009.
4) 内平博貴, 宮下芳明. 参照元閲覧機能によるユー
ザエクスペリエンス変化の観察, 第 17 回インタ
ラクティブシステムとソフトウェアに関するワークショップ(WISS2009), (発表予定), 2009.
5) Corel.Painter:
http://www.corel.com/international.html
6) Illustrator:
http://www.adobe.com/products/illustrator/
7) S. Strassmann. Hairy Brushes, Comp. Graph., Vol.20,No.4, pp.225-232, 1986.
8) 中村剛士, 松下政親, 野崎勝彦, 世木博久, 伊藤英則. フラクタルを用いた毛筆文字の掠れ表現に つ い て , 日 本 フ ァ ジ ィ 学 会 論 文 誌 , Vol.8,No.3,pp558-566, 1996.
9) 中村剛士, 黒田崇, 伊藤英則, 世木博久. 筆記速度のファジィ評価方法を導入した毛筆文字生成システムについて, 日本ファジィ学会誌, Vol.17.
No.2, pp.371-379, 1995.
10) 真野淳治, 中村剛士, 世木博久, 伊藤英則. 毛筆書体におけるくりこみ群を用いた掠れ・滲み表
現, 情報処理学会論文誌, Vol.38, No.4, pp806-814,
1997.
11) Nelson S.-H. Chu and Tai, C.-L. Real-time Painting
with an Expressive Virtual Chinese Brush, IEEE
Computer Graphics and Applications, Vol.24, No.5,
pp.76–85, 2004.
12) Nelson S.-H. Chu and Tai, C.-L. MoXi: Real-Time
Ink
Dispersion
inAbsorbent
Paper, ACM
Transactions on Graphics (SIGGRAPH 2005 issue),Vol. 24, No. 3, 2005.
13) Herbert A. Deutsch (梯郁太郎訳). シンセサイザその革命と歴史と理論, パイパーズ, pp. 26-29,1980.