1.はじめに
手芸には裁縫,編み物,刺繍,トールペイント,染物などさまざまな種類が存在する。いずれも作品を作るためには，型紙，編み図，図案といった2次元の「設計図」が必要になる。オリジナルな手芸作品をデザインするためには，この「設計図」をデザインしなければならなく，非専門家にとっては非常に難しい作業である．手芸を趣味とする人は多いが，専門家がデザインした設計図を用いた製作キットや書籍から初心者は作品を真似て作るにとどまっているのが現状である．特にできあがりが３次元である裁縫や編み物の設計図(型紙・編み図)をデザインすることは熟練者であっても難しく，手作業による試行錯誤を繰り返す.一方，近年，パーソナルコンピュータが急速に家庭に普及してきており，個人による手芸のための設計図デザインをコンピュータで行うことが現実的となってきている.コンピュータを用いることで，3次元的な作品をつくるために適切な2次元の設計図を計算する部分を自動化し，初心者でも簡単に自由な手芸作品をデザインできるようになる可能性がある.これまでの設計・製作支援の分野のコンピュータシステムは伝統的なCAD(Computer Aided Design)のように主に専門家用であり,ソフトウェアに関しても専門家である熟練者が使いやすいように設計されてきた．一方，一般家庭にコンピュータが普及するようになり，コンピュータの使われ方も変化してきた．これにより，これまでは熟練者が経験や勘を頼りに，時間をかけて行ってきた工程を初心者もコンピュータ支援によって簡単に行えることが増えてきており，またそのようなコンピュータ支援技術に対する期待が高まっている。そこで，非専門家のユーザにとって使いやすいコンピュータグラフィックス(CG)や，インタラクション技術を盛り込んだシステムの研究が近年盛んになっている．例えば，スケッチインタフェースを利用して，誰でも簡単にデザインできるTeddy 11のようなシステムも登場し，コンセプトデザインの過程でも簡単に3次元グラフィックスが使われるような世の中へと変わってきた.ユーザがペンで絵を描くと自動的に３次元モデルが生成される.このような背景のもと，我々は手芸作品の設計・製作過程にコンピュータグラフィックスを用いて支援することで初心者でも手軽にオリジナルの手芸作品をデザインすることができるようにする研究を行ってきた ²².これにより，熟練者しか作成することのできなかったオリジナルの手芸作品を主婦や子供たちなどの初心者がデザインし製作することができるようになった．実際に一般ユーザに使ってもらうためにワークショップの開催やユーザスタディにおけるシステム評価なども行ってきた．本稿では，これらのシステムを順に紹介していく.
2.ぬいぐるみデザイン
手芸の中でもぬいぐるみ作りは一番身近と言っても過言ではない．最初にオリジナルなぬいぐるみを作成するシステムを2つ紹介する. 1つ目は，図2のように既存3次元モデルを入力として，ユーザがモデルの表面形状に沿って縫い目を描くと描かれた縫い目を元にシステムがぬいぐるみに適した2次元の型紙を生成するシステム：Pillow³’である．入力される3次元モデルは布で作られているということを考慮していない形状であるため，布の伸縮を考慮せずに出力された型紙を実際に縫い合わせたぬいぐるみ形状は入力モデルと比較すると大きな差異が生じる．そのため，自動生成された型紙を使って縫い合わせ綿をつめた結果の形状をシミュレーションする.これによりユーザは，実際に作る前に出来上がりのぬいぐるみ形状を検証することが可能となり，本システムでユーザはコンピュータ上で試行錯誤をした上で実際にぬいぐるみを作成することができる.同じ型紙を拡大して作ることで高さ2メートルほぬいぐるみのための型紙を生成するシステム. 2つ目は，手書きスケッチを利用したモデリング操作によって，ユーザが希望するぬいぐるみの形状を対話的にデザインしていくシステム: Plushie 4 である(図3).このシステムはユーザが入力した形の輪郭線と物理的制約を元にぬいぐるみになる形状の3次元モデルを生成する．対応する型紙はユーザが形状を変更するたびにリアルタイムに更新される.ユーザの入力をそのまま型紙にしてしまうと裁縫してできる形は一回り小さくなってしまうため,全体の整合性を保たせながら,物理シミュレーション結果がユーザの入力した外形に一致するような型紙を自動生成する．子どもたちを対象に日本科学未来館にてワークショップを行い，Plushieを利用して子どもたちでもオリジナルなぬいぐるみをデザインできることを確認した(図4) .図 3：手書きスケッチによってぬいぐるみをデザで子供たちがデザインしたぬいぐるみの例.
3.あみぐるみデザイン
次に毛糸を使って作るぬいぐるみである“あみぐるみ”をとりあげたシステムを2つ紹介する. 1つ目は，3次元サーフェスモデルを入力として，あみぐるみを作成するための編み図を生成するシステム51である．システムはまず，いくつかの閉じた部品に領域分割し，それぞれの領域に対して等幅の帯で包むために，等間隔で複数の等値線を計算する.次に，等間隔で等値線をリサンプリングして，メッシングすることで編み目を生成する。最後に，生成された編み目を渦巻き状に並べることで標準フォーマットの編み図を生成する.ユーザはこの編み図をもとに実際に編むことで図4のように既存モデルに対応したあみぐるみを作成することができる.図 5 :既存モデルを入力としてシステムが自動出力した編み図を用いて編んだあみぐるみ. 2つ目は，3次元モデリングプロセスにインタラクティブな物理シミュレーションを組み合わせることであみぐるみを効率的にデザインできるシステム：Knitty69である。入力モデルに物理シミュレーションを適用することであみぐるみの完成予想モデルもユーザに提示する。本システムは自動で編み目を計算してあみぐるみモデルをシミュレーション結果として提示するため、初心者にでも直感的にデザインでき，編み図も容易に得ることができる。また，初めてあみぐるみに挑戦する初心者でも作成手順を容易に理解できるようにするために，製作手順を視覚的に提示する製作支援インタフェースも備えた.図6のようにワークショップを開催し，小学生でも簡単にデザインできることを確認した.図 6 :スケッチ入力であみぐるみモデルをデザインしていくと，システムが自動で編み図を生成すな図 7 : Knittyを用いたワークショップで子供たちが実際にデザインしたあみぐるみの例.
4.カバーデザイン
最後に，カバーをデザインするシステムを紹介する.カメラやティーポット,車など,日常の3次元物体には汚れや衝撃から守るためにカバーが用いられる。しかし，カバーはすべての製品に対して存在するわけではなく，カスタムメイドでデザインしなければならないときもある．既存の物体に対してカバーをデザインする際にはたくさんの物理的制約があり，それらを満たすようなカバーを素人がデザインすることは難しい．例えば，デザインする際には2次元の型紙をカバーで包みたい物体の表面よりも大きくなるようにデザインしなければならない．また，取り出し口は内部の物体を簡単に取り出せる大きさでなければならないこれらの問題を解決するために，コンピュータを用いて既存の3次元モデルに対してインタラクティブにカバーをデザインするシステムを提案したり.図8のようにカバーをデザインしたい物体の3次元モデルを入力として，ユーザが縫い目をデザインするとシステムは自動で型紙を生成し，縫い合わせた形状をシミュレーションで提示する.また，ユーザが取り出し口をデザインすると取り出すことができるか否かをテストして図9のようにユーザへ提示する．本システムを用いることでコンピュータの内部で取り出すことが可能であることを確認した上で実際の栽籍を始めることができる.図 8 :既存モデルを入力してカバーをデザイ段).
5.まとめと今後の展望
本稿ではオリジナルな手芸作品を設計・製作するための支援システムを紹介した．これらを用いることにより，今までは専門家が経験と勘により試行錯誤でデザインしていた設計のフェーズを初心者でも楽しめるようになった.また，これらのシステムに組み込んだ，シミュレーションを行いながら対話的に３次元モデリングを行う手法により，ユーザは複雑な現実世界の物理現象を意識することなく形状デザインに取り組むことができるようになった．この手法は多くの分野で有効なツールである．例えば，空気力学シミュレーションを行いながら自動車のスタイリングデザインを行うことで，空気抵抗が少なく美的スタイルをユーザの簡単な変形操作でデザインできるなど工学的にも十分活かすことが可能である。従来は，偏微分方程式を立て，計算時間をかけてシミュレーションを行っていたが，本稿で紹介したシステムでは対話的なシミュレーションを高速計算させるために近似モデルを立てている.計算機の高速化によりリアルタイムシミュレーションが可能となるため，このような新しい計算機の使い方ができる世の中となってきた.コンピュータは今後さらに普及し，１人１台の世の中になり,ユーザの層はより一層,低年齢化・高年齢化が進むと考えられる.これまでは既製品を楽しんでいたり，書籍やキットを頼りに楽しんでいたりした手芸の文化であるが，カスタムメイドでオリジナルな作品を創る楽しさを提供するために，コンピュータが支援をするということを考えていきたい。コンピュータや栽縫に関しての初心者なユーザが自ら創造して創り出すプロセスを支援できる仕組みを構築することで，子どもが自らデザインしたり，お年寄りが孫のためにデザインした洋服を縫ってあげたりすることが可能な世の中となることを期待している.