JP3985879B2 - Anisotropic reflection simulation method and simulation apparatus - Google Patents
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は、多数の曲線あるいは直線(以下、これらを総称して万線と称す)で構成されるパターン(以下、これを万線パターンと称す)をエンボス加工して「照り」と称される光沢模様を表現可能としたシートにおいて、照りがどのように変化するかをシミュレートするための方法及び装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
壁紙や床材等の建材の表面装飾や、家具の表面装飾のために用いる化粧シートにおいては、照りと称される光沢模様を表現するために、万線パターンを直接化粧シートにエンボス加工したり、あるいは透明なシートに万線パターンをエンボス加工してエンボスシートを作成し、そのエンボスシートを木目柄等の模様を印刷した化粧シートに貼り付けて積層構造とすることが広く行われている。
【0003】
このように、万線パターンをエンボス加工することによって照りが表現できる原理は概略次のようである。
図8は、万線パターンをエンボス加工して万線条溝Gが形成されたシートEの斜視図であり、この例では、幅W1の万線条溝GがW2の間隔で多数形成されている。シートEの全体の厚みD1に対して、万線条溝Gは深さD2の溝を形成しており、多数の万線条溝Gがほぼ平行に配置されている。このような万線条溝Gからなるパターンは、幅W1をもった凹部と幅W2をもった凸部との二段階の段差構造を有している。
【0004】
このような万線条溝Gが形成されたシートEは、その表面から得られる反射光の強度が位置によって異なることが知られている。つまり、異方性反射を行うのである。そして、このようなシートEを見る視線を連続的に変化させると、強く反射する箇所、即ち輝度が高く、明るく光る箇所が変化していく。これが照りの移動と称されるものである。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように、万線パターンをエンボス加工したシートにおいては、そのエンボスの凹凸構造に基づく異方性反射によって照りを表現することができ、しかも視線方向を変えると照りが移動する。そして、特に、視線方向を移動したときの照りの移動については、例えば木目柄を印刷した化粧シート等においては非常に重要な事項であり、従って万線パターンを設計するに付いてはデザイナーが仕上がりを予想して行っているのであるが、設計した万線パターンが実際にどのような照りの移動を生じるのかを予想するのは非常に難しく、実際に作成した万線パターンに基づいてエンボス版を作成し、そのエンボス版でシートにエンボス加工を施して観察してみないと分からないものであった。
【0006】
従って、作成した万線パターンに基づいてエンボス版を作成し、そのエンボス版でシートにエンボス加工を施したシートにおいて、デザイナーが意図した通りの照りの移動が実現できなかった場合には、万線パターンの修正や、新たな万線パターンの設計を行っていたのが現状である。
【0007】
しかし、このように作成した万線パターンで実際にエンボス加工してみなければ当該万線パターンの照りの移動を確認できないのでは無駄が多く、時間がかかるばかりでなく、デザイナーの負担も大きいものであった。
【0008】
そこで、本発明は、実際にエンボス加工を行わなくても、作成した万線パターンでどのような照りの移動を生じるかを容易に確認、評価することができる異方性反射のシミュレーション方法、及びシミュレーション装置を提供することを目的とするものである。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明の異方性反射のシミュレーション方法は、万線画像の万線パターンをエンドレス加工したシートに現れる照りの移動をシミュレーションするための異方性反射のシミュレーション方法であって、万線の方向ベクトルと仮想的な光線方向とのなす角度θと、輝度の関係を定義し、ディスプレイの各表示画素に対応する万線画像上の画素位置を求め、当該万線画像上の画素位置での方向ベクトルの角度φpを求め、その角度φpと、そのときに設定されている仮想的な光線方向の角度φlとから前記角度θを求め、そのθのときの輝度を、前記定義した角度θと輝度との関係から求めて表示する処理を、仮想的な光線方向の角度φlを順次変更しながら行うことを特徴とする。
【0010】
また、本発明の異方性反射のシミュレーション装置は、万線画像の万線パターンをエンドレス加工したシートに現れる照りの移動をシミュレーションするための異方性反射のシミュレーション装置であって、万線の方向ベクトルと仮想的な光線方向とのなす角度θと、輝度の関係を定義する手段と、ディスプレイの各表示画素に対応する万線画像上の画素位置を求め、当該万線画像上の画素位置での方向ベクトルの角度φpを求め、その角度φpと、そのときに設定されている仮想的な光線方向の角度φlとから前記角度θを求め、そのθのときの輝度を、前記定義した角度θと輝度との関係から求めて表示する処理を、仮想的な光線方向の角度φlを順次変更しながら行う手段とを備えることを特徴とする。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ実施の形態について説明する。
まず、本発明に係る異方性反射のシミュレーション方法の実施形態について説明する。
図1はこの実施形態における処理の流れを説明するためのフローチャートである。
【0012】
まず、万線パターンが描画された万線画像を取り込む(ステップS1)。万線パターンはどのような手法によって作成されていてもよい。例えば、特開平5−289302号公報や特開平8−323948号公報に開示されている手法を用いればよい。なお、万線パターンはエンボス加工を施すためのものであるから、2値画像であることは当然である。
【0013】
この万線画像がプリンタ等で出力されたものである場合には、当該万線画像をスキャナで読み込めばよく、作成された万線パターンのデジタルデータがあるのであれば、そのデジタルデータを読み出して取り込めばよい。なお、ここでは、図2(a)に示すように、取り込んだ万線画像のx方向(図の横方向)のサイズはwo、y方向(図の縦方向)のサイズはhoであるとする。また、この万線画像において、各万線は図中Mで示すように、概ねy方向に縦長に描画されているものとする。
【0014】
次に、第1メモリを用意する(ステップS2)。この第1メモリのサイズは、シミュレーションの結果を表示するディスプレイの画面領域と同じサイズに設定する。ここでは、当該第1メモリのサイズは、図2(b)に示すように、x方向はwd画素、y方向はhd画素であるとする。従って、以下に述べるシミュレーションの結果はディスプレイのwd×hdの領域に表示されることになる。
【0015】
さて、ここでシミュレーションしようとしているのは万線画像でどのような照りの移動を生じるかということであるので、当該万線画像を見る視線方向あるいは照明の方向を変化させたときに、その時々において万線画像のどの箇所が輝度が高く、どの箇所が輝度が低いかを求め、その万線画像の明暗の状態を表示することが必要になる。そして、そのためには、視線方向あるいは照明の方向を変化させた、そのその時々における万線画像の各位置での輝度値を求め、その求めた輝度値に対応する明るさでディスプレイに表示する必要がある。
【0016】
しかし、ディスプレイの表示画面のサイズは、通常は縦横共に数百画素程度であり、大きくても千数百画素程度であるのに対して、万線画像のサイズはwo、ho共に数万画素程度はあるのが通常であるので、万線画像の全ての位置における輝度を求めても、それを全て表示することは不可能である。勿論、万線画像の中の任意の箇所にwd×hdの領域を取り、当該領域内の全ての位置での輝度値を求めて表示すれば、当該領域における万線パターンによる明暗の状態を表示することは可能ではあるが、ここで目的としているのは、あくまでも万線画像全体で照りがどのように移動するかを、巨視的に確認できるようにすることであるので、万線画像の中のwd×hdの領域だけの照りの明暗の状態を表示しても目的を達成することはできない。
【0017】
そこで、ここでは、まず、第1メモリの各画素と対応する万線画像の画素を定め、その第1メモリの各画素と対応する万線画像の画素について輝度値を求めることにする。
【0018】
ところで、万線画像の万線パターンをエンボス加工したシートをある特定の角度から照明して、ある特定の視線方向から見た場合に、どのような部位が輝度が高くなり、どのような部位が輝度が低くなるかということについては理論的には完全に解明されてはいないが、万線の方向ベクトルが同じ部位は同時に同じ輝度で光るということは解明されている。方向ベクトルの定義の仕方は任意であるが、ここでは万線の各位置における下向きの接線方向とする。そして、いま、図3に示すように、全く同じ形状でx方向に並んでいる二つの万線M1 ,M2 を考え、万線M1 のP11,P12,P13,P14の位置における方向ベクトルが図の矢印で示すようであり、同様に万線M2 のP21,P22,P23,P24の位置における方向ベクトルが図の矢印で示すようであったとする。ここで、万線M1 のP11,P12,P13,P14のy座標値は、それぞれ万線M2 のP21,P22,P23,P24のy座標値と同じである。そして、万線M1 のP12の位置における方向ベクトルと、P14の位置における方向ベクトルは共に真下、即ちy軸方向を向いているとする。
【0019】
このような万線パターンをエンボス加工したシートにおいては、ある方向から照明を当て、ある方向から見た場合に、それぞれどのような輝度値になるかは別として、万線M1 の位置P11と万線M2 の位置P21とは方向ベクトルが同じなので同時に同じ輝度で光り、万線M1 のP12,P14,及び万線M2 のP22,P24の部位は方向ベクトルが同じであるので同時に同じ輝度で光る。同様に、万線M1 のP13と万線M2 のP23の部位は方向ベクトルが同じなので同時に同じ輝度で光ることになる。
【0020】
以上のようであるので、第1メモリの各画素と対応する万線画像の画素について輝度値を求めるためには、万線画像の当該画素位置での方向ベクトルを求めなければならないが、方向ベクトルの大きさは関係せず、角度だけが問題となることが分かっている。従って、第1メモリの各画素と対応する万線画像の画素について輝度値を求めるためには、まず、万線画像の当該画素位置での方向ベクトルの角度を求めることが必要となる。これがステップS3の処理である。
【0021】
以下、図4のフローチャートを用いて、ステップS3の処理を具体的に説明する。
まず、第1メモリの画素の初期設定を行う(ステップS31)。ここでは第1メモリの画素位置を(ix,iy)で表すものとすると、まずix=1,iy=1とする。この画素位置は、このシミュレーションの結果を表示するディスプレイの表示領域の左上隅の画素位置である。
【0022】
次に、第1メモリの(ix,iy)の位置の画素に対応する万線画像上の画素の位置(xo,yo)を定める(ステップS32)。ここでは
xo=ix・(wo/wd) …(1)
yo=iy・(ho/hd) …(2)
によって第1メモリの画素と万線画像の画素とを対応させるものとする。従って、この場合には第1メモリの(1,1)の位置の画素に対応する万線画像上の画素位置は(wo/wd,ho/hd)となる。
【0023】
次に、ステップS33で万線画像の(xo,yo)の位置の画素における方向ベクトルの角度φpを求めて、求めた角度φpの値を第1メモリの(1,1)の位置に書き込む。
【0024】
方向ベクトルの角度は、例えば次のようにして求めることができる。例えば、(1),(2)式によって、第1メモリの(1,1)の位置の画素に対応する万線画像上の画素が図2(a)のpで示す位置にあったとし、このpの位置での方向ベクトルの角度を求める場合を例にとって説明すると、pで示す位置を中心としたn×n画素の範囲を注目する。その例を図5に示す。図5ではn=11とした例である。なお、図5において、白で示す矩形は画素値が0または1の画素であり、斜線を施した矩形は画素値が1または0の画素である。実際にシートにエンボス加工される場合には、画素値が0の画素か、または画素値が1の画素の何れか一方の画素がシートに凹部を形成するようになされるのであるが、ここではpで示す画素は何れのであってもよい。
【0025】
そして、当該範囲において、pと同じ画素値を有する領域の最上部の画素帯の両端の画素をq1 ,q2 として、これらの画素q1 ,q2 の中点をqとする。従って、図5に示す場合は、画素qの万線画像上の座標は(xo−2,yo−5)となる。同様に、当該範囲において、pと同じ画素値を有する領域の最下部の画素帯の両端の画素をr1 ,r2 として、これらの画素r1 ,r2 の中点をrとする。図5の場合にはrは画素と画素の境界の位置にあるが、このような位置に対しても座標値は定義することができる。従って、図5に示す場合は、画素rの万線画像上の座標は(xo+2.5 ,yo+5)となる。次に、qの位置とrの位置とを結ぶ直線をとり、この直線とy軸とのなす角度をpで示す画素位置における方向ベクトルの角度φpとする。なお、ここでは角度φpは、図5に示すようにy軸から反時計回りにとるものとする。qの位置とrの位置を結ぶ直線の方程式は一義的に定まるから、この直線とy軸とのなす角度φpを演算することができることは明らかである。
【0026】
このようにして第1メモリの(1,1)の位置の画素に対応する万線画像上の画素位置における方向ベクトルの角度φpが得られたので、この角度φpを第1メモリの(1,1)の位置に書き込む。
【0027】
次に、ixを+1だけ更新して(ステップS34)、ステップS35でixがwdより大きいか否かを判断し、ステップS34で更新したixの値がwdより大きければステップS36に進むが、大きくなければステップS32に戻って、第1メモリの(2,1)の画素位置に対応する万線画像上の画素位置を求める処理が行われる。(1),(2)によれば、第1メモリの(2,1)の画素に対応する万線画像上の画素は(2・wo/wd,ho/hd)となる。このことから、第1メモリ上でx方向に隣接している画素に対応する万線画像上の画素位置は、万線画像上ではx方向にwo/wdだけ離れていることになる。
【0028】
そして、次に、万線画像上の画素位置(2・wo/wd,ho/hd)における方向ベクトルの角度φpを上述した方法により求め、得られた角度φpを第1メモリの(2,1)の位置に書き込む(ステップS33)。
【0029】
以上の処理をステップS34でixを+1だけ更新しながら行うと、第1メモリの第1行目の全ての画素に対応する万線画像上の画素位置での方向ベクトルの角度φpが求められ、ステップS34でix=wd+1となると、ステップS35の判断処理でyesとなるので、ステップS36でiyを+1だけ更新すると共に、ix=1として、ステップS32〜S36の処理を、iy>hdを満足するまで繰り返す。これによって、第1メモリの全ての画素に対応する万線画像上の画素位置における方向ベクトルの角度φpが求められ、その角度φpが第1メモリのそれぞれの画素位置に書き込まれることになる。なお、(1),(2)によれば、第1メモリ上でy方向に隣接している画素に対応する万線画像上の画素位置は、万線画像上ではy方向にho/hdだけ離れることになる。
【0030】
以上のようにして、図1のステップS3の処理が終了すると、次に、角度θと輝度との関係を定義する(ステップS4)。角度θと輝度との関係は、例えば、図6(a),(b),(c)に示すように、任意に定めることができる。何れにしても、値域が0以上で、θ=0に対して対称となるように定義すればよい。このような角度θと輝度との関係は、数式で与えることもできるし、ルックアップテーブル(LUT)で構成することもできる。
【0031】
ここでは、輝度Iと角度θとの関係を
I=A・cosnθ (ただし、I≧0) …(3)
と定義する。ここで、Aは係数である。角度θと輝度Iとの関係をこのように定めるのは、万線パターンをエンボス加工したシートでは、万線の方向ベクトルが光線の方向ベクトルと直角をなす場合に最大の輝度が得られ、その状態から離れるにつれて輝度が小さくなり、万線の方向ベクトルと光線の方向ベクトルのなす角度をθとすると、輝度はcosnθに比例すると考えられるからである。このように、角度θは、万線の方向ベクトルと光線の方向ベクトルのなす角度を示しているのである。
【0032】
次に、当該万線画像の万線パターンをエンボス加工したシートにおける照りの移動をシミュレーションするために、当該エンボス加工されたシートに照明する仮想的な光線の方向の角度φlの初期値を設定する(ステップS5)。ここではφl=0°とする。
【0033】
次に、表示用メモリを用意する(ステップS6)。この表示用メモリのサイズは第1メモリのサイズと同じとする。従って、この場合には表示用メモリのサイズは、wd(x方向)×hd(y方向)である。これによって、第1メモリの画素と表示用メモリの画素とは一対一の対応がとれることになる。
【0034】
次に、表示用メモリの各画素の輝度値を求める(ステップS7)。この処理は例えば次のようにして行えばよい。まず、第1メモリの一つの画素に注目し、その画素位置に書き込まれている角度φpを読み出す。そして、
θ=φp−φl …(4)
として角度θを求める。次に、ステップS4で定義した角度θと輝度との関係から、角度θにおける輝度値を求める。従って、ステップS5で角度φlが0°として設定された直後にステップS7で輝度値を求める場合には、θ=φpとして輝度値が求められることになる。そして、得られた輝度値を表示用メモリの対応する画素位置に書き込む。この処理によって、表示用メモリの全ての画素位置に輝度値が書き込まれることになる。
【0035】
このようにして、表示用メモリの全ての画素位置について輝度値が求められて格納されたら、次に表示用メモリの内容を、輝度値に応じた輝度でディスプレイの所定の表示領域に表示する(ステップS8)。これによって、ディスプレイの当該所定の表示領域には、明暗の状態が表示されることになるが、これは、当該万線画像の万線パターンがエンボス加工されたシートに対して、ステップS5で初期設定された仮想的な光線方向から照明が当てられたときに観察される明暗の状態、即ち照りの状態を表しているものに相当しているものである。
【0036】
次に、終了か否かを判断する(ステップS9)。この終了条件は適宜に定めることができる。例えば、当該シミュレーションの結果を表示する所定の表示領域の外の領域にシミュレーションを終了させるためのメニューを表示させておき、そのメニューによって終了が指示された場合に、当該シミュレーションの処理を終了するようにしてもよい。あるいは、ステップS10で仮想的な光線方向の角度を更新しながら順次シミュレーションを行っていき、角度θ=360°の場合についてのシミュレーションが終了した時点で自動的に当該シミュレーションの処理を終了させるようにしてもよい。
【0037】
ステップS9で終了の条件が満足されたのであれば当該シミュレーションの処理は終了となるが、そうでなければステップS10において仮想的な光線方向の角度φlを△φだけ更新して、ステップS7、S8の処理を行う。この△φは任意に定めることができる。このように、仮想的な光線方向の角度φlを変化させていくことは、相対的に、当該万線画像の万線パターンをエンボス加工したシートに当てる光線方向の角度を一定にしておいて視線を変化させていくことと同じであり、また光線方向の角度及び視線を一定にしておいて、エンボス加工されたシートを回転させていくこととも同じである。
【0038】
以上の処理を、ステップS9でyesと判断されるまで繰り返し行うと、ディスプレイの所定の表示領域には、ステップS10において仮想的な光線方向の角度φlが更新されるのに伴って、明暗の状態が順次変化していく様子がアニメーション的に表示されることになる。これは当該万線画像の万線パターンをエンボス加工したシートに現れる照りの移動の様子を示していることに他ならない。
【0039】
以上のようであるので、この異方性反射のシミュレーション方法によれば、作成した万線パターンの画像を用いて、エンボス加工したときに現れる照りの移動の様子をシミュレーションすることができるので、従来のように実際に万線パターンからエンボス版を作ってエンボス加工するという作業を行うことなく、作成した万線パターンの評価を行うことができる。
【0040】
なお、以上の実施形態では、第1メモリと表示用メモリの二つの同じサイズのメモリを用いるものとしたが、表示用メモリだけを用いても同様に行うことができる。その場合には、予め図1のステップS4の角度θと輝度との関係を定義しておく必要がある。そして、表示用メモリの各画素に対応する万線画像上の画素位置を求めて、当該万線画像上の画素位置での方向ベクトルの角度φpを求め、その角度φpと、そのときに設定されている仮想的な光線方向の角度φlとからθを求め、そのθのときの輝度を定義した角度θと輝度との関係から求めて表示用メモリの対応する画素位置に書き込み、それをディスプレイの表示領域に表示するという処理を、仮想的な光線方向の角度φlを順次変更しながら終了条件を満足するまで繰り返せばよい。
【0041】
以上、本発明に係る異方性反射のシミュレーション方法の実施形態について説明したが、次に、上述したシミュレーションを行うためのシミュレーション装置の実施形態について図7を参照して説明する。
【0042】
このシミュレーション装置は、万線画像入力手段1、設定手段2、メモリ手段3、万線角度演算手段4、輝度演算手段5、表示手段6を備えている。万線画像入力手段1は、当該シミュレーションを行う万線パターンが描かれた万線画像を取り込むための手段であり、万線パターンが描かれた原稿から万線パターンを読み取るためのスキャナや、他の装置から万線パターンをデジタルデータとして取り込むための装置で構成される。
【0043】
設定手段2は、シミュレーションを行うための種々のパラメータを設定するものであり、照明の条件の設定、即ち具体的には角度θと輝度の関係の定義の設定、あるいは、第1メモリ及び表示用メモリのサイズの設定、図1のステップS10で仮想的な光線方向の角度を更新する際に用いるパラメータである△φの設定、ステップS9の判断処理で用いる終了条件の設定等を行うためのものである。この設定手段2は、キーボード等で構成することができる。
メモリ手段3には、第1メモリ及び表示用メモリの領域が設定されている。
【0044】
万線角度演算手段4は、メモリ手段3に設定されている第1メモリの各画素に対応する万線画像上の画素位置を求め、図1のステップS3の処理を行って、当該第1メモリの各画素に対応する万線画像上の画素位置における方向ベクトルの角度φpを求めて、その求めた角度φpを第1メモリの対応する画素位置に書き込む処理を行うものである。
【0045】
輝度演算手段5は、第1メモリの各画素位置について、書き込まれている角度φpと、そのときの仮想的な光線方向の角度φlとから角度θを求め、更に設定手段2によって定義された角度θと輝度との関係から輝度を求める処理を行って、求めた輝度値を表示用メモリの対応する画素位置に書き込む処理を、仮想的な光線方向の角度φlを更新しながら、終了条件を満足するまで繰り返し実行するものである。
【0046】
表示手段6は、メモリ手段3の表示用メモリに、輝度演算手段5によって書き込まれた輝度値を、その輝度値に応じた輝度で所定の表示領域に表示するものである。
【0047】
これらの設定手段2、メモリ手段3、万線角度演算手段4、輝度演算手段5、表示手段6の各構成要素は、いずれもコンピュータを利用して構築される構成要素であり、最終的に、このコンピュータによって、当該万線画像の万線パターンをエンドレス加工したシートに現れる照りの移動の様子がシミュレーションされることになる。
【0048】
以上の構成によれば、万線画像を入力すると共に、設定手段2によって所定のパラメータを設定してメモリ手段3、万線角度演算手段4、及び輝度演算手段5を起動させれば、表示手段6の所定の表示領域には、明暗の状態が順次変化していく様子がアニメーション的に表示されることになる。
【0049】
なお、以上の動作は第1メモリと表示用メモリの二つのメモリをメモリ手段3に設定した場合であるが、メモリ手段3には表示用メモリのみを設定するようにしてもよい。その場合には、万線角度演算手段4では、メモリ手段3に設定されている表示用メモリの各画素に対応する万線画像上の画素位置を求め、図1のステップS3の処理を行って、当該表示用メモリの各画素に対応する万線画像上の画素位置における方向ベクトルの角度φpを求め、その求めた角度φpを輝度演算手段に渡し、輝度演算手段5では、万線角度演算手段4から渡された角度φpと、そのときの仮想的な光線方向の角度φlとから角度θを求め、更に設定手段2によって定義された角度θと輝度との関係から輝度を求める処理を行って、求めた輝度値を表示用メモリの対応する画素位置に書き込む処理を、仮想的な光線方向の角度φlを更新しながら、終了条件を満足するまで繰り返し実行する処理を行うようにすればよい。
【0050】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能であることは当業者に明らかである。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に係る異方性反射のシミュレーション方法の一実施形態を示すフローチャートである。
【図2】 万線画像と第1メモリを説明するための図である。
【図3】 万線パターンをエンドレス加工したシートにおいて現れる照りと、万線の各位置における方向ベクトルとの関係を説明するための図である。
【図4】 図1のステップS3の処理の詳細を説明するためのフローチャートである。
【図5】 図4のステップS33の処理の詳細を説明するためのフローチャートである。
【図6】 図1のステップS4で定義される角度θと輝度との関係の例を示す図である。
【図7】 本発明に係る異方性反射のシミュレーション装置の一実施形態を示す図である。
【図8】 万線パターンがエンドレス加工されたシートの表面に形成された万線条溝Gの構造を示す斜視図である。
【符号の説明】
1…万線画像入力手段
2…設定手段
3…メモリ手段
4…万線角度演算手段
5…輝度演算手段
6…表示手段[0001]
[Industrial application fields]
In the present invention, a pattern (hereinafter referred to as a line pattern) composed of a large number of curves or straight lines (hereinafter collectively referred to as a line pattern) is embossed and referred to as “shine”. The present invention relates to a method and an apparatus for simulating how the shine changes in a sheet that can express a glossy pattern.
[0002]
[Prior art]
In decorative sheets used for the surface decoration of wallpaper and flooring materials and furniture, the line pattern can be embossed directly on the decorative sheet to express a glossy pattern called shimmer. Alternatively, an embossed sheet is created by embossing a line pattern on a transparent sheet, and the embossed sheet is applied to a decorative sheet on which a pattern such as a wood grain pattern is printed to form a laminated structure.
[0003]
In this way, the principle that shine can be expressed by embossing the line pattern is as follows.
FIG. 8 is a perspective view of a sheet E on which a multi-line pattern is embossed to form a multi-line groove G. In this example, a large number of multi-line grooves G having a width W1 are formed at intervals of W2. Yes. With respect to the total thickness D1 of the sheet E, the line groove G forms a groove with a depth D2, and a large number of line grooves G are arranged substantially in parallel. Such a pattern composed of the multi-row grooves G has a two-step step structure of a concave portion having a width W1 and a convex portion having a width W2.
[0004]
It is known that the intensity of the reflected light obtained from the surface of the sheet E on which such a linear groove G is formed varies depending on the position. That is, anisotropic reflection is performed. When the line of sight of such a sheet E is continuously changed, a portion that strongly reflects, that is, a portion that has high brightness and shines brightly changes. This is called shimmering movement.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, in a sheet embossed with a line pattern, the shine can be expressed by anisotropic reflection based on the uneven structure of the emboss, and the shine moves when the line-of-sight direction is changed. In particular, the movement of the shimmer when moving in the line of sight is a very important matter, for example, in a decorative sheet printed with a wood grain pattern. Therefore, the designer is finished in designing the line pattern. However, it is very difficult to predict what kind of shimmer movement the designed line pattern will actually cause, and the embossed version will be based on the actually created line pattern. It was impossible to understand unless the sheet was prepared, embossed on the embossed plate, and observed.
[0006]
Therefore, if the embossed plate is created based on the created line pattern and the sheet is embossed with the embossed plate, if the shimmer movement as intended by the designer cannot be realized, The current situation is that patterns have been modified and new line patterns have been designed.
[0007]
However, it would be wasteful and time consuming if the embossing of the line pattern created in this way was not actually embossed. Met.
[0008]
Therefore, the present invention provides an anisotropic reflection simulation method that can easily confirm and evaluate what kind of shimmer movement occurs in the created line pattern without actually performing embossing, and The object is to provide a simulation apparatus.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, an anisotropic reflection simulation method according to the present invention is an anisotropic reflection simulation method for simulating the movement of light appearing on a sheet obtained by endlessly processing a line pattern of a line image. And defining the relationship between the angle θ between the direction vector of the line and the imaginary ray direction and the luminance, obtaining the pixel position on the line image corresponding to each display pixel of the display, and The angle φp of the direction vector at the pixel position on the image is obtained, the angle θ is obtained from the angle φp and the angle φl of the virtual light direction set at that time, and the luminance at the time of θ is obtained. The processing for obtaining and displaying from the relationship between the defined angle θ and luminance is performed while sequentially changing the angle φl of the virtual light beam direction.
[0010]
The anisotropic reflection simulation apparatus according to the present invention is an anisotropic reflection simulation apparatus for simulating movement of shine appearing on a sheet obtained by endlessly processing a line pattern of a line image. Means for defining the relationship between the angle θ between the direction vector and the virtual ray direction and the luminance, and the pixel position on the line image corresponding to each display pixel of the display, and the pixel position on the line image Is obtained from the angle φp of the direction vector and the angle φl of the imaginary ray direction set at that time, and the luminance at the time of θ is defined as the angle defined above. and means for performing a process of obtaining and displaying from the relationship between θ and luminance while sequentially changing the angle φl of the virtual ray direction.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings.
First, an embodiment of the anisotropic reflection simulation method according to the present invention will be described.
FIG. 1 is a flowchart for explaining the flow of processing in this embodiment.
[0012]
First, a line image on which a line pattern is drawn is captured (step S1). The line pattern may be created by any method. For example, a method disclosed in Japanese Patent Laid-Open Nos. 5-289302 and 8-323948 may be used. Since the line pattern is for embossing, it is natural that it is a binary image.
[0013]
If this line image is output by a printer or the like, the line image can be read by a scanner. If there is digital data of the generated line pattern, the digital data is read. You just have to take it in. Here, as shown in FIG. 2A, the size of the captured line image in the x direction (horizontal direction in the figure) is wo, and the size in the y direction (vertical direction in the figure) is ho. . In this line image, each line is drawn vertically in the y direction as indicated by M in the figure.
[0014]
Next, a first memory is prepared (step S2). The size of the first memory is set to the same size as the screen area of the display for displaying the simulation result. Here, the size of the first memory is assumed to be wd pixels in the x direction and hd pixels in the y direction, as shown in FIG. Accordingly, the simulation result described below is displayed in the wd × hd area of the display.
[0015]
Now, what we are trying to simulate here is what kind of shimmering movement will occur in the line image, so when changing the line-of-sight direction or the direction of illumination to see the line image, sometimes It is necessary to determine which part of the line image has high luminance and which part has low luminance, and display the light and dark state of the line image. For that purpose, it is necessary to obtain the luminance value at each position of the line image at that time, changing the line-of-sight direction or the direction of illumination, and display it on the display with the brightness corresponding to the obtained luminance value. There is.
[0016]
However, the size of the display screen of the display is usually about several hundred pixels both vertically and horizontally, and is about several hundreds of pixels at most, whereas the size of the line image is about several tens of thousands of pixels for both wo and ho. Therefore, even if the luminances at all positions of the line image are obtained, it is impossible to display all of them. Of course, if an area of wd × hd is taken at an arbitrary position in the line image and the luminance values at all positions in the area are obtained and displayed, the light / dark state by the line pattern in the area is displayed. Although it is possible to do this, the purpose here is to make it possible to check macroscopically how the shimmer moves in the entire line image. The object cannot be achieved even if the bright and dark state of the illumination of only the wd × hd area is displayed.
[0017]
Therefore, here, first, the pixels of the line image corresponding to each pixel of the first memory are determined, and the luminance value is obtained for the pixels of the line image corresponding to each pixel of the first memory.
[0018]
By the way, when a sheet embossed with a line pattern of a line image is illuminated from a certain angle and viewed from a certain line of sight, what part becomes brighter and what part becomes Whether or not the brightness is lowered has not been completely clarified theoretically, but it has been clarified that the parts having the same direction vector of the lines shine simultaneously with the same brightness. The method of defining the direction vector is arbitrary, but here it is assumed to be a downward tangential direction at each position of the line. Now, as shown in FIG. 3, two parallel lines M arranged in the x direction with exactly the same shape. 1 , M 2 Considering the line M 1 P 11 , P 12 , P 13 , P 14 The direction vector at the position of is indicated by an arrow in the figure, and similarly, the line M 2 P twenty one , P twenty two , P twenty three , P twenty four It is assumed that the direction vector at the position is as shown by the arrow in the figure. Here, M Line M 1 P 11 , P 12 , P 13 , P 14 Y-coordinate value of each line M 2 P twenty one , P twenty two , P twenty three , P twenty four Is the same as the y-coordinate value. And M Line M 1 P 12 Direction vector at the position of P and P 14 It is assumed that the direction vectors at the positions are both directly below, that is, in the y-axis direction.
[0019]
In a sheet embossed with such a multi-line pattern, the line M is aside from the brightness value when illuminated from a certain direction and viewed from a certain direction. 1 Position P 11 And M Line M 2 Position P twenty one Is the same direction vector, so it shines at the same brightness at the same time. 1 P 12 , P 14 , And M 2 P twenty two , P twenty four Since the directional vector has the same direction vector, it simultaneously shines with the same luminance. Similarly, line M 1 P 13 And M Line M 2 P twenty three Since the direction vector has the same direction vector, it shines at the same brightness at the same time.
[0020]
As described above, in order to obtain the luminance value for the pixels of the line image corresponding to each pixel of the first memory, the direction vector at the pixel position of the line image must be obtained. It is known that the angle is not a problem and only the angle is a problem. Therefore, in order to obtain the luminance value for the pixels of the line image corresponding to each pixel of the first memory, it is first necessary to obtain the angle of the direction vector at the pixel position of the line image. This is the process of step S3.
[0021]
Hereinafter, the process of step S3 will be described in detail with reference to the flowchart of FIG.
First, initial setting of the pixels of the first memory is performed (step S31). Here, assuming that the pixel position of the first memory is represented by (ix, iy), first, ix = 1 and iy = 1. This pixel position is the pixel position of the upper left corner of the display area of the display that displays the result of this simulation.
[0022]
Next, the position (xo, yo) of the pixel on the line image corresponding to the pixel at the position (ix, iy) in the first memory is determined (step S32). here
xo = ix · (wo / wd) (1)
yo = ii / (ho / hd) (2)
Thus, the pixels of the first memory and the pixels of the line image are associated with each other. Accordingly, in this case, the pixel position on the line image corresponding to the pixel at the position (1, 1) in the first memory is (wo / wd, ho / hd).
[0023]
Next, in step S33, the angle φp of the direction vector in the pixel at the position (xo, yo) in the line image is obtained, and the value of the obtained angle φp is written in the position (1, 1) of the first memory.
[0024]
The angle of the direction vector can be obtained as follows, for example. For example, if the pixel on the line image corresponding to the pixel at the position (1, 1) in the first memory is at the position indicated by p in FIG. The case of obtaining the angle of the direction vector at the position p will be described as an example. Attention is paid to a range of n × n pixels centered on the position indicated by p. An example is shown in FIG. FIG. 5 shows an example in which n = 11. In FIG. 5, a rectangle indicated by white is a pixel having a pixel value of 0 or 1, and a hatched rectangle is a pixel having a pixel value of 1 or 0. When the sheet is actually embossed, either one of the pixels having the pixel value of 0 or the pixel having the pixel value of 1 is formed to form a recess in the sheet. The pixel indicated by p may be any.
[0025]
Then, in the range, the pixels at both ends of the uppermost pixel band of the region having the same pixel value as p are q 1 , Q 2 As these pixels q 1 , Q 2 Let q be the midpoint of. Therefore, in the case shown in FIG. 5, the coordinates of the pixel q on the line image are (xo-2, yo-5). Similarly, in the range, the pixels at both ends of the lowermost pixel band of the region having the same pixel value as p are defined as r. 1 , R 2 These pixels r 1 , R 2 Let r be the midpoint of. In the case of FIG. 5, r is at the position of the boundary between pixels, but the coordinate value can be defined for such a position. Therefore, in the case shown in FIG. 5, the coordinates of the pixel r on the line image are (xo + 2.5, yo + 5). Next, a straight line connecting the position of q and the position of r is taken, and the angle formed by this straight line and the y-axis is defined as an angle φp of the direction vector at the pixel position indicated by p. Here, the angle φp is assumed to be counterclockwise from the y-axis as shown in FIG. Since the equation of the straight line connecting the position of q and the position of r is uniquely determined, it is obvious that the angle φp formed by this straight line and the y axis can be calculated.
[0026]
Thus, the angle φp of the direction vector at the pixel position on the line image corresponding to the pixel at the position (1, 1) in the first memory is obtained. Write to position 1).
[0027]
Next, ix is updated by +1 (step S34). In step S35, it is determined whether or not ix is greater than wd. If the value of ix updated in step S34 is greater than wd, the process proceeds to step S36. If not, the process returns to step S32, and a process for obtaining the pixel position on the line image corresponding to the (2,1) pixel position of the first memory is performed. According to (1) and (2), the pixels on the line image corresponding to the (2,1) pixel of the first memory are (2 · wo / wd, ho / hd). Therefore, the pixel positions on the line image corresponding to the pixels adjacent in the x direction on the first memory are separated by wo / wd in the x direction on the line image.
[0028]
Next, the angle φp of the direction vector at the pixel position (2 · wo / wd, ho / hd) on the line image is obtained by the method described above, and the obtained angle φp is (2,1) in the first memory. ) Is written at the position (step S33).
[0029]
When the above processing is performed while updating ix by +1 in step S34, the angle φp of the direction vector at the pixel position on the line image corresponding to all the pixels in the first row of the first memory is obtained, If ix = wd + 1 is satisfied in step S34, the determination process in step S35 is yes, so iy is updated by +1 in step S36, and ix = 1 is set, and the processes in steps S32 to S36 satisfy iy> hd. Repeat until. As a result, the angle φp of the direction vector at the pixel position on the line image corresponding to all the pixels of the first memory is obtained, and the angle φp is written to each pixel position of the first memory. According to (1) and (2), the pixel position on the line image corresponding to the pixel adjacent in the y direction on the first memory is only ho / hd on the line image in the y direction. I will leave.
[0030]
When the process of step S3 in FIG. 1 is completed as described above, the relationship between the angle θ and the luminance is then defined (step S4). The relationship between the angle θ and the luminance can be arbitrarily determined as shown in FIGS. 6A, 6B, and 6C, for example. In any case, the value range may be defined to be 0 or more and symmetric with respect to θ = 0. Such a relationship between the angle θ and the luminance can be given by a mathematical expression or can be configured by a look-up table (LUT).
[0031]
Here, the relationship between luminance I and angle θ
I = A ・ cos n θ (where I ≧ 0) (3)
It is defined as Here, A is a coefficient. The relationship between the angle θ and the luminance I is determined in this way. In the sheet embossed with a line pattern, the maximum luminance is obtained when the direction vector of the line forms a right angle with the direction vector of the light beam. The brightness decreases as the distance from the state increases. If the angle between the direction vector of the line and the direction vector of the ray is θ, the brightness is cos. n This is because it is considered to be proportional to θ. Thus, the angle θ represents the angle formed by the direction vector of the line and the direction vector of the light ray.
[0032]
Next, in order to simulate the movement of the shimmer in the sheet embossed with the line pattern of the line image, an initial value of the angle φl in the direction of the virtual light beam that illuminates the embossed sheet is set. (Step S5). Here, φl = 0 °.
[0033]
Next, a display memory is prepared (step S6). The size of the display memory is the same as the size of the first memory. Therefore, in this case, the size of the display memory is wd (x direction) × hd (y direction). As a result, there is a one-to-one correspondence between the pixels of the first memory and the pixels of the display memory.
[0034]
Next, the luminance value of each pixel in the display memory is obtained (step S7). This processing may be performed as follows, for example. First, paying attention to one pixel of the first memory, the angle φp written in the pixel position is read out. And
θ = φp−φl (4)
The angle θ is obtained as follows. Next, the luminance value at the angle θ is obtained from the relationship between the angle θ and the luminance defined in step S4. Therefore, when the luminance value is obtained in step S7 immediately after the angle φl is set to 0 ° in step S5, the luminance value is obtained as θ = φp. Then, the obtained luminance value is written in the corresponding pixel position in the display memory. By this processing, the luminance value is written in all the pixel positions of the display memory.
[0035]
After the luminance values are obtained and stored in this way for all the pixel positions in the display memory, the contents of the display memory are then displayed in a predetermined display area of the display with the luminance corresponding to the luminance value ( Step S8). As a result, a light / dark state is displayed in the predetermined display area of the display. This is initially performed in step S5 on the sheet on which the line pattern of the line image is embossed. This corresponds to a bright and dark state observed when illumination is applied from a set virtual light direction, that is, a state of illumination.
[0036]
Next, it is determined whether or not the process is finished (step S9). This termination condition can be determined as appropriate. For example, a menu for ending the simulation is displayed in an area outside a predetermined display area for displaying the result of the simulation, and when the end is instructed by the menu, the process of the simulation is ended. It may be. Alternatively, the simulation is sequentially performed while updating the angle of the virtual ray direction in step S10, and the simulation processing is automatically terminated when the simulation for the angle θ = 360 ° is completed. May be.
[0037]
If the termination condition is satisfied in step S9, the simulation process is terminated. If not, the virtual ray direction angle φl is updated by Δφ in step S10, and steps S7 and S8 are performed. Perform the process. This Δφ can be arbitrarily determined. In this way, changing the angle φl of the imaginary ray direction relatively means that the angle of the ray direction when the line pattern of the line image is applied to the embossed sheet is kept constant and the line of sight is kept constant. Is the same as changing the angle of the light beam, and is the same as rotating the embossed sheet while keeping the angle and line of sight in the light beam direction constant.
[0038]
If the above processing is repeated until it is determined to be “yes” in step S9, the predetermined display area of the display is in a light and dark state as the virtual light direction angle φl is updated in step S10. The state of changing sequentially will be displayed as an animation. This is nothing but the state of movement of the light that appears on the sheet embossed with the line pattern of the line image.
[0039]
As described above, according to this anisotropic reflection simulation method, it is possible to simulate the movement of the shimmer that appears when embossing using the created line pattern image. Thus, the created line pattern can be evaluated without actually performing an embossing process by making an embossed plate from the line pattern.
[0040]
In the above embodiment, the two memories having the same size, the first memory and the display memory, are used. However, the same operation can be performed by using only the display memory. In that case, it is necessary to define the relationship between the angle θ and the luminance in step S4 in FIG. 1 in advance. Then, the pixel position on the line image corresponding to each pixel of the display memory is obtained, the angle φp of the direction vector at the pixel position on the line image is obtained, and the angle φp and the angle φp set at that time are set. Θ is obtained from the angle φl of the virtual light beam direction, and the luminance at the time of θ is obtained from the relationship between the angle θ and the luminance, and written to the corresponding pixel position of the display memory, and is written into the display. The process of displaying in the display area may be repeated until the end condition is satisfied while sequentially changing the angle φl of the virtual light direction.
[0041]
The embodiment of the anisotropic reflection simulation method according to the present invention has been described above. Next, an embodiment of a simulation apparatus for performing the above-described simulation will be described with reference to FIG.
[0042]
This simulation apparatus includes a line image input means 1, a setting means 2, a memory means 3, a line angle calculation means 4, a luminance calculation means 5, and a display means 6. The line image input means 1 is a means for capturing a line image on which a line pattern for performing the simulation is drawn, such as a scanner for reading the line pattern from an original on which the line pattern is drawn, and the like. It is comprised with the apparatus for taking in a line pattern from the apparatus of this as digital data.
[0043]
The setting means 2 is used to set various parameters for performing the simulation. The setting means 2 is used for setting illumination conditions, specifically, setting the definition of the relationship between the angle θ and the brightness, or for the first memory and display. For setting the memory size, setting Δφ which is a parameter used when updating the angle of the virtual ray direction in step S10 in FIG. 1, setting the end condition used in the determination process in step S9, etc. It is. The setting means 2 can be configured with a keyboard or the like.
In the memory means 3, areas of a first memory and a display memory are set.
[0044]
The line angle calculation means 4 obtains the pixel position on the line image corresponding to each pixel of the first memory set in the memory means 3, and performs the process of step S3 in FIG. The direction vector angle φp at the pixel position on the line image corresponding to each of the pixels is obtained, and the obtained angle φp is written into the corresponding pixel position in the first memory.
[0045]
The luminance calculation means 5 obtains an angle θ from the written angle φp and the virtual ray direction angle φl at that time for each pixel position in the first memory, and further, the angle defined by the setting means 2 The process of obtaining the brightness from the relationship between θ and the brightness, and the process of writing the obtained brightness value to the corresponding pixel position in the display memory while satisfying the end condition while updating the angle φl of the virtual ray direction It is executed repeatedly until
[0046]
The
[0047]
Each component of the
[0048]
According to the above configuration, when a line image is input, a predetermined parameter is set by the
[0049]
The above operation is the case where two memories, the first memory and the display memory, are set in the memory means 3, but only the display memory may be set in the memory means 3. In that case, the line angle calculation means 4 obtains the pixel position on the line image corresponding to each pixel of the display memory set in the memory means 3, and performs the process of step S3 in FIG. Then, the angle φp of the direction vector at the pixel position on the line image corresponding to each pixel of the display memory is obtained, and the obtained angle φp is passed to the luminance calculating means. The angle θ is obtained from the angle φp passed from 4 and the angle φ1 of the virtual light direction at that time, and the luminance is further obtained from the relationship between the angle θ and the luminance defined by the setting means 2. Then, the process of writing the calculated luminance value to the corresponding pixel position in the display memory may be performed repeatedly while the imaginary ray direction angle φl is updated and the end condition is satisfied.
[0050]
Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and it will be apparent to those skilled in the art that various modifications are possible.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a flowchart showing an embodiment of a simulation method for anisotropic reflection according to the present invention.
FIG. 2 is a diagram for explaining a line image and a first memory.
FIG. 3 is a diagram for explaining a relationship between a shimmer appearing in a sheet obtained by endlessly processing a line pattern and a direction vector at each position of the line.
FIG. 4 is a flowchart for explaining details of processing in step S3 of FIG. 1;
FIG. 5 is a flowchart for explaining details of processing in step S33 of FIG. 4;
6 is a diagram illustrating an example of a relationship between an angle θ defined in step S4 of FIG. 1 and luminance. FIG.
FIG. 7 is a diagram showing an embodiment of a simulation apparatus for anisotropic reflection according to the present invention.
FIG. 8 is a perspective view showing a structure of a line groove G formed on the surface of a sheet on which a line pattern is endlessly processed.
[Explanation of symbols]
1 ... Line image input means
2 Setting means
3. Memory means
4 ... Line angle calculation means
5. Luminance calculation means
6. Display means
Claims (2)
万線の方向ベクトルと仮想的な光線方向とのなす角度θと、輝度の関係を定義し、ディスプレイの各表示画素に対応する万線画像上の画素位置を求め、当該万線画像上の画素位置での方向ベクトルの角度φpを求め、その角度φpと、そのときに設定されている仮想的な光線方向の角度φlとから前記角度θを求め、そのθのときの輝度を、前記定義した角度θと輝度との関係から求めて表示する処理を、仮想的な光線方向の角度φlを順次変更しながら行うことを特徴とする異方性反射のシミュレーション方法。A method of simulating anisotropic reflection for simulating the movement of shine appearing on a sheet obtained by endlessly processing a line pattern of a line image,
Define the relationship between the angle θ between the direction vector of the line and the imaginary ray direction and the luminance, and determine the pixel position on the line image corresponding to each display pixel of the display, and the pixel on the line image The angle φp of the direction vector at the position is obtained, the angle θ is obtained from the angle φp and the angle φl of the virtual ray direction set at that time, and the luminance at the time of θ is defined as above. A method for simulating anisotropic reflection, characterized in that the processing for obtaining and displaying from the relationship between the angle θ and the luminance is performed while sequentially changing the angle φl of the virtual ray direction.
万線の方向ベクトルと仮想的な光線方向とのなす角度θと、輝度の関係を定義する手段と、
ディスプレイの各表示画素に対応する万線画像上の画素位置を求め、当該万線画像上の画素位置での方向ベクトルの角度φpを求め、その角度φpと、そのときに設定されている仮想的な光線方向の角度φlとから前記角度θを求め、そのθのときの輝度を、前記定義した角度θと輝度との関係から求めて表示する処理を、仮想的な光線方向の角度φlを順次変更しながら行う手段と
を備えることを特徴とする異方性反射のシミュレーション装置。An anisotropic reflection simulation device for simulating the movement of shine that appears on a sheet obtained by endlessly processing a line pattern of a line image,
Means for defining the relationship between the angle θ between the direction vector of the line and the virtual ray direction and the luminance;
The pixel position on the line image corresponding to each display pixel of the display is obtained, the angle φp of the direction vector at the pixel position on the line image is obtained, the angle φp, and the virtual set at that time The angle θ is obtained from the angle φ1 of the light ray direction, and the brightness at that θ is obtained from the relationship between the defined angle θ and the luminance, and the process of displaying the angle φl of the virtual light direction is sequentially performed. An anisotropic reflection simulation apparatus comprising: means for performing while changing.
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