JP4254543B2

JP4254543B2 - 意匠開発支援装置及び支援方法

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Publication number: JP4254543B2
Application number: JP2004002176A
Authority: JP
Inventors: 隆浩坪内; 稔池田; 秀俊加藤; 弘三田栗
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2004-01-07
Filing date: 2004-01-07
Publication date: 2009-04-15
Anticipated expiration: 2024-01-07
Also published as: JP2005196477A

Description

本発明は、デザイナーが意図する塗装面が実際に得られるまでの過程を支援し、短期間のうちに意図する塗装面が得られるようにする技術に関する。

塗装は、着色顔料を主成分とするソリッド塗料と、着色顔料と光輝材を主成分とするメタリック塗料に大別される。ソリッド塗料を塗布した塗装面は、光源位置や視点位置の変化にかかわらず、ほぼ一定の色彩に見える。

これに対して、メタリック塗料を塗布した塗装面は、光源位置や視点位置によって、見える色彩が変化する。

たとえば、自動車のように外表面が湾曲している物体は、外表面の位置によって光源に対する角度や視点に対する角度が変化する。このために、一種類のメタリック塗料を全面に塗布したとしても、物体表面に見える色彩は均一とはならず、位置によって色彩が異なり、物体表面に色彩分布が現れる。デザイナーは、物体表面に現れる色彩分布を想定し、現出させたい色彩分布を決定する。

物体表面に現れる色彩分布は、塗料によって決定される。着色顔料と光輝材の種類と配合を変えることによって物体表面に現れる色彩分布が変化する。そこで、デザイナーが現出させたい色彩分布をもたらす塗料を設計する必要がある。

たとえば、特開２００３−２８１５６５号公報は、ヒトが光沢感を知覚する傾向を主観評価実験により測定し、主観評価実験から得られた等光沢感曲線に基づいて表面反射成分を変化させて、光沢感再現を可能とすることを開示する。

特開２００３−２８１５６５

現状では、デザイナーが塗料設計者に現出させたい色彩分布を伝え、その情報に基づいて塗料設計者が塗料を設計する。塗料設計者が設計した試作塗料が試験片に塗布されてデザイナーに提供される。デザイナーは、試験塗装面を観察して自己が希望する塗装面との違いを塗料設計者にフィードバックする。このサイクルを繰り返すために、デザイナーが意図する塗装面が実際に得られるまでの期間が長くなる。

特に、デザイナーが意図する塗装面を光輝材の反射特性に起因する光輝性まで含めて正確に記述するツールがなく、しばしば「もっとギラギラした感じ」といった感性を示す言葉でフィードバックするために、フィードバック回数が多くなりがちである。この結果、デザイナーが意図する塗装面が得られないうちに製品出荷が始まってしまうことがある。また、デザイナーが意図する意匠が十分伝わらず、意図する意匠が得られないことがある。

そこで、本発明では、デザイナーが塗装設計者に伝える指示情報を、感性に属する表現から客観的な表現に変えることによって、意図する塗装面が得られるまでの期間を短縮化する。また、デザイナーの意図する意匠を精度良く具現化し、より付加価値の高い色を創出する。

本発明は、塗装面の変角分光反射率の初期値を記憶している反射率記憶手段と、塗装面の光輝粒子性データの初期値を記憶している光輝粒子性データ記憶手段と、物体表面の角度分布を記憶している角度分布記憶手段と、仮定された光源の位置と、仮定された視点の位置と、前記角度分布記憶手段に記憶されている角度分布から、前記光源で照明された前記物体を前記視点で観測するときの物体表面での変角分布を計算する変角分布計算手段と、変角分布計算手段で計算された変角分布と、前記反射率記憶手段に記憶されている変角分光反射率および光輝粒子性データ記憶手段に記憶されている光輝粒子性データに基づいて、前記光源で照明された前記物体を前記視点で観察するときに得られる物体表面の色彩分布を計算する色彩分布計算手段と、前記色彩分布計算手段で計算された色彩分布の表示および前記色彩分布計算手段に用いられた光輝粒子性データを表示する表示手段と、前記光輝粒子性データを修正する修正手段と、前記表示装置に表示されている色彩分布表示を、修正された光輝粒子性データから計算される色彩分布に変更する手段と、を備える。

上記本発明の光輝粒子性データは、所定面積中における光輝度を代表する複数の光輝度レベルと、所定面積中に占める各光輝度レベルの単位面積数の比率とを含むことを特徴とする。

上記本発明の修正手段は、前記光輝度レベルまたは／および前記比率を修正することを特徴とする。

また、本発明は、前記表示手段が色彩分布表示に対応する変角分光反射率のグラフをさらに表示し、前記表示装置にグラフ表示されている変角分光反射率を修正する修正手段と、前記反射率記憶手段の記憶内容を、修正された変角分光反射率に更新する手段と、前記表示装置に表示されている色彩分布表示を、修正された変角分光反射率および初期または修正された前記光輝粒子性データから計算される色彩分布に変更する手段と、を備えることを特徴とする。

また、本発明は、塗装面の変角分光反射率を仮定する工程と、塗装面の光輝粒子性データを仮定する工程と、物体表面の角度分布と光源の位置と視点の位置から、光源で照明された物体を視点で観測するときに得られる物体表面の変角分布を計算する工程と、計算された変角分布と、仮定された変角分光反射率および光輝粒子性データから、光源で照明された物体を視点で観測するときに得られる物体表面の色彩分布を計算する工程と、計算された色彩分布を表示装置に表示する工程と、光輝粒子性データを修正する工程と、表示装置に表示されている色彩分布表示を、修正された光輝粒子性データから計算される色彩分布に変更する工程と、を備えることを特徴とする。

上記本発明の光輝粒子性データを修正する工程は、前記光輝度レベルまたは／および前記比率を修正することを特徴とする。

本発明によれば、分光反射率曲線だけでは特定できない光輝性粒子も含めた意匠開発支援が可能となるため、光輝材含有塗装色の高度な開発支援が可能となる。

図１は、本実施形態に係る意匠開発支援装置１０を示す。意匠開発支援装置１０は、コンピュータ２０、ディスプレイ４０（表示装置）、データ等の入力のためのキーボード５０、マウス５２、光ディスクドライブ５４を備える。

コンピュータ２０は、ＣＰＵ２２、データ記憶部２４、プログラム記憶部２６、入出力ポート２８、ディスプレイドライバ３０等を備える。

ディスプレイ４０は、コンピュータ２０のディスプレイドライバ３０に接続されている。ディスプレイドライバ３０は、入出力ポート２８から入力される信号を画像表示信号へ変換してディスプレイ４０へ出力する。ディスプレイ４０は、入力された画像表示信号によってカラー画像を映し出す。

キーボード５０、マウス５２および光ディスクドライブ５４は、コンピュータ２０の入出力ポート２８に接続されている。意匠開発支援装置１０へのデータの教示や修正、または意匠開発支援装置１０の操作等は、これらの入力装置によって行われる。

データ記憶部２４は、塗装面の変角分光反射率を記述する変角分光反射率データ６０、光輝粒子性データ６２および自動車のボディの形状を記述するＣＡＤデータ６４を記憶している。

次に、変角分光反射率データ６０は、塗料の変角分光反射率を記述するものである。変角分光反射率は、物体表面の測色において正反射方向に対する角度を変化させて得られる分光反射率である。正反射方向に対して観測方向がなす角度を変角という。即ち、変角分光反射率は、変角毎に測定される分光反射率を記述するものである。ここで、変角について図２を用いて説明する。図２は、塗装面１２に光源１４から光が入射している様子を示している。その入射方向は矢印１６で示される。このとき、塗装面１２での正反射方向は図２の矢印１８で示される。塗装面の反射光を図２の矢印１９で示される方向で観測した場合、矢印１８で示される正反射方向と矢印１９で示される観測方向のなす角度θが変角である。

塗装面の変角分光反射率は、既存の塗料を塗布した塗装面を、変角分光反射率測定装置等で測定することによって得られる。変角分光反射率測定装置としては、たとえば、一般的に知られている「株式会社村上色彩技術研究所」によって製作・市販されている変角分光反射率システム等を使用することができる。

図３および図４は、具体例として、変角分光反射率測定装置１００の構成を示す。変角分光反射率測定装置１００は、図３および図４に示すように、主に光源１０２と受光素子１０４等から構成される。変角分光反射率測定装置１００は、試料１０６に対して、光源１０２から放射された照明光を照射し、受光素子１０４の観測方向を変化させ、複数の観測方向から受光したそれぞれの反射光の分光反射率の測定を行って変角分光反射率を取得する。ここで、試料１０６は、メタリック系光輝材（たとえば、アルミフレーク顔料、金属メッキしたガラスフレーク顔料、板状酸化鉄顔料、グラファイト等）および／またはマイカ系光輝材（たとえば、ホワイトマイカ、干渉マイカ、着色マイカ等）を含む塗装色が塗布された所定面積の板状の塗装面（たとえば、金属板、プラスチック板）である。

図３および図４は、変角分光反射率測定装置１００の光源１０２から放射された照明光が入射方向１０３から角度θ１で入射していることを示している。このときの試料１０６での正反射方向は、試料法線１０８を挟んでθ１と同角度をなす矢印１１０で示される。試料１０６の反射光を破線１１２で示される方向から観測した場合、試料法線１０８と破線１１２で示される観測方向のなす角度θ２が受光角である。また、破線１１２で示される観測方向と矢印１１０で示される正反射方向のなす角度θ３が変角である。受光角θ２と変角θ３は、受光素子１０４の観測方向を動かすことによって変化する。

図３は、変角θ３が３０度の場合（入射角度θ１が６０度、受光角θ２が３０度の場合）を示し、図４は変角θ３が１２０度の場合（入射角度θ１が６０度、受光角θ２が−６０度の場合）を示している。本実施形態では、変角θ３を３０度から１２０度まで１度ずつ変えながら、１度毎の変角θ３の分光反射率を受光素子１０４を用いて取得する。

図５は、上記のように取得された変角分光反射率の例を示す。ここでの測定条件は、波長が４１０〜７３０ｎｍ、受光角θ２が３０〜−６０度（変角θ３が３０度〜１２０度）である。変角分光反射率は、変角と波長の既存の所定の関数で求められる。図３に示したように、受光角θ２が最大の３０度のとき（変角θ３が最小の３０度のとき）に最も大きい分光反射率が得られ、図４に示したように、受光角θ２が最小の−６０度のとき（変角θ３が最大の１２０度のとき）に最も小さい分光反射率となったことがわかる。

光輝粒子性データ６２は、光輝材含有塗料の光輝度情報を記述するものである。光輝度情報は、所定の入射角および変角での塗装面上の所定領域における光輝度に関する情報である。

ここで、光輝度情報およびその取得方法について具体的に説明する。光輝度情報は、図６に示す光輝度測定装置２００を用いて取得することができる。光輝度測定装置２００は、光輝材含有塗料の塗装色が塗布された試料の光輝度をカメラで測定して画像データを取得し、光輝度を計算する。

光輝度測定装置２００は、より具体的には、図６に示すように、主に光源２０２とＣＣＤ(Charge Coupled Device)カメラ２０４と、ＣＣＤカメラと接続されたコンピュータ２０６等から構成される。光輝度測定装置２００は、変角分光反射率測定装置１００で変角分光反射率が測定されたものと同じ試料１０６に対して、光源２０２から放射された照明光を入射方向２０３で照射し、矢印２０８で示される正反射光ではない観測方向２１０から、試料１０６をＣＣＤカメラ２０４で撮影し、画像データを取得する。本実施形態においては、入射角θ４を２５度、受光角θ５を１０度、変角θ６を１５度に固定して、撮影を行う。

取得された画像データは、コンピュータ２０６に送信され、コンピュータ２０６によって光輝度が計算される。上記のように取得された画像データを、図７および図８に例示する。２つの９ｍｍ×９ｍｍの試料の画像データを、５１２×５１２個のピクセルに分解した例がそれぞれ示されている。図７は「ぎらぎら」と官能評価されるシルバーメタリックの試料の画像データの例であり、図８は「緻密」と官能評価されるシルバーメタリックの試料の画像データの例である。

このような画像データからピクセル毎の光輝度が計算され、ピクセル毎に光輝度の分散が計算される。光輝度の分散は、上記取得されたピクセル毎の光輝度をヒストグラム処理することによって計算される。ヒストグラムの例が、図９および図１０に示されている。図９は図７の画像データに基づくピクセル毎の光輝度をヒストグラム化したものである。図７においては光輝度が極端に大きい部分が点在しているために、図９では偏った分散となっている。一方、図１０は図８の画像データに基づくピクセル毎の光輝度をヒストグラム化したものである。図８においては光輝度が均等であるために、図１０では平均を中心にして左右対称の幅の狭い分散となっていることがわかる。

計算された光輝度の分散に基づいて、光輝度レベル毎のピクセル数の比率が計算される。まず、本実施形態での光輝度レベルの分類について説明する。たとえば、ある試料について図１１のようなヒストグラムが得られた場合、全ピクセル数で合計した光輝度の平均がＡと計算されている。またＢは、平均光輝度Ａ以上の高光輝度レベルのピクセルをさらに２つに分類するポイントであり、Ａ＋αで表される。ここで、αの値は任意に設定可能であり、所定の固定値や、あるいは、Ａの値に伴って変化する係数に設定してもよく、本実施形態では、αはＡ＋１５００の固定値に設定されている。これらの光輝度Ａ，Ｂは、下記に説明する光輝度レベル毎の光輝度比率を決定するキー値となり、特にＢの決定手法が光輝粒子性を精度良く表現するために重要となる。このように計算された光輝度Ａ，Ｂを閾値として、Ａ以下のＸを色材主体部、Ａ以上Ｂ以下のＹを光輝材主体部、Ｂ以上のＺを高光輝材主体部とし、光輝度レベル毎に分類する。これらのピクセル数の比率は、図１１のヒストグラム曲線と横軸とで囲まれた部分（斜線部分）のうち、色材主体部Ｘに属するピクセル数の試料面積に占める比率と、光輝材主体部Ｙに属する試料面積に占めるピクセル数の比率と、高光輝材主体部Ｚに属する試料面積に占めるピクセル数の比率を計算することで求められる。本実施形態では、図１２の右側に示すように、Ｘの割合が６０％、Ｙの割合が３５％、Ｚの割合が５％と計算されている。

続いて、光輝度レベル毎の光輝度の比率が計算される。この光輝度比率は、ピクセル数比率で分類された各ピクセルの変角分光反射率をＣＡＤデータ６４で記述されている自動車ボディの色彩表示用に修正するものであり、Ａ，Ｂの値を基にして計算される。まず、図１１に示すように、Ａ以下の色材主体部Ｘに属するピクセルの光輝度の平均光輝度ｃを計算し、Ａ以上Ｂ以下の光輝材主体部Ｙに属するピクセルの光輝度の平均光輝度ｄを計算し、Ｂ以上の高光輝材主体部Ｚに属するピクセルの光輝度の平均光輝度ｅを計算する。すると、図１２の左側に示すように、全ピクセルの平均光輝度Ａに対する光輝度比率を計算することができる。本実施形態では、ｃ／Ａの光輝度比率が０．８、ｄ／Ａの光輝度比率が１．２、ｅ／Ａの光輝度比率が２．０と計算されている。

次に、光輝度レベル毎の光輝度の比率を計算する。この光輝度比率は、ピクセル数比率で分類された各ピクセルの変角分光反射率をＣＧ用に修正するものであり、Ａ，Ｂの値を基にして計算される。まず、図１１に示すように、Ａ以下の色材主体部Ｘに属するピクセルの光輝度の平均光輝度ｃを計算し、Ａ以上Ｂ以下の光輝材主体部Ｙに属するピクセルの光輝度の平均光輝度ｄを計算し、Ｂ以上の高光輝材主体部Ｚに属するピクセルの光輝度の平均光輝度ｅを計算する。すると、図１２の左側に示すように、全ピクセルの平均光輝度Ａに対する光輝度比率を計算することができる。本実施形態では、ｃ／Ａの光輝度比率が０．８、ｄ／Ａの光輝度比率が１．２、ｅ／Ａの光輝度比率が２．０と計算されている。

以上のように光輝度情報が計算され、光輝粒子性データ６２としてデータ記憶部２４に記憶される。

図１の説明に戻り、ＣＡＤデータ６４は、自動車ボディの形状を３次元で記述している。ＣＡＤデータ６４を処理することにより、自動車ボディ表面の角度分布を知ることができる。その自動車が３次元ＣＡＤ等によって設計されていれば、そのＣＡＤデータを利用すればよい。または、実存する自動車ボディ形状を３次元測定器等によって測定して得られる形状データをＣＡＤデータ化して作成してもよい。

変角分光反射率データ６０、光輝粒子性データ６２およびＣＡＤデータ６４は、キーボード５０、マウス５２または光ディスクドライブ５４を利用して、コンピュータ２０に教示される。コンピュータ２０は、教示されるデータをデータ記憶部２４に記憶する。

プログラム記憶部２６は、ＣＡＤプログラム７０、変角分布計算プログラム７２、色彩分布計算プログラム７４、画像表示プログラム７６、変角分光反射率計算プログラム７８および光輝粒子性修正プログラム８０を記憶している。これらのプログラム７０〜８０は、ＣＰＵ２２の演算処理に用いられる。

ＣＡＤプログラム７０は、自動車ボディ形状を記述しているＣＡＤデータ６４を処理して、自動車ボディ表面の各位置における法線方向を示す角度を計算、自動車ボディ表面の角度分布を記述する角度分布データを作成する。

変角分布計算プログラム７２は、作成された角度分布データと、光源と視点の位置から、その光源で照明された自動車ボディをその視点で観測するときの、自動車ボディ表面の各位置における変角を計算する。光源と視点の位置は、デザイナーが仮定して指定することができる。そして、自動車ボディ表面の角度分布を記述する変角分布データを作成する。

色彩分布計算プログラム７４は、作成された変角分布データ、変角分光反射率データ６０、および光輝粒子性データ６２から、自動車ボディ表面の色彩分布を記述する色彩分布データを作成する。この色彩分布データは、先に指定された光源で照明された物体を、先に指定された視点で観測するときに得られる色彩分布である。

画像表示プログラム７６は、色彩分布データを処理して、ディスプレイ４０に自動車ボディ表面の色彩分布を表示する処理を行う。また、画像表示プログラム７６は、変角分光反射率データ６０によって記述される塗装面の変角の変化に対応する色彩の変化をグラデーション表示する処理を行う。

変角分光反射率計算プログラム７８は、デザイナーが変角分光反射率データ６０を修正することを許容する。また、デザイナーの修正に基づき変角分光反射率データ６０を補完修正する。そして、データ記憶部２４に記憶されている変角分光反射率データ６０を、その補完修正された変角分光反射率データ６０へと更新する。

光輝粒子性修正プログラム８０は、デザイナーが光輝粒子性データ６２を修正することを許容する。

以下、意匠開発支援装置１０の動作手順を、図１３のフローチャートを用いて説明する。

まず、塗装面の変角分光反射率データ６０が初期値としてデータ記憶部２４から読み込まれる（Ｓ１０）。このとき、初期値として読み込まれる変角分光反射率データ６０は、既存の塗装面の変角分光反射率データの中から、デザイナーが開発しようとしている塗装面と近い色彩のものを選ぶとよい。

本実施形態では、塗装面の変角分光反射率データの記述には、ＣＩＥ１９７６（Ｌ＊ａ＊ｂ＊）表色系による記述を用いる。ＣＩＥ１９７６（Ｌ＊ａ＊ｂ＊）表色系では、色彩がＬ＊値、ａ＊値およびｂ＊値で表現される。Ｌ＊値は色彩の明度を記述する。即ち、Ｌ＊値が大きいほど明るい色彩となる。ａ＊値は色彩の色相とその強度を記述し、特に赤と緑の色相に対する強度を記述する。ａ＊値が正の値で大きいほど赤の色相となり、ａ＊値が負の値で小さいほど緑の色相となる。また、ｂ＊値は色彩の色相とその強度を記述し、特に黄色と青の色相に対する強度を記述する。ｂ＊値が正の値で大きいほど黄の色相となり、ｂ＊値が負の値で小さいほど青の色相となる。また、ａ＊値とｂ＊値から計算されるｃ＊値は、色彩の彩度を記述する。なお、ｃ＊＝（ａ＊＾２＋ｂ＊＾２＋）＾１／２である。

続いて、塗装面の光輝粒子性データ６２が初期値としてデータ記憶部２４から読み込まれる（Ｓ２０）。このとき、初期値として読み込まれる変角分光反射率データ６０は、既存の光輝材含有塗料の光輝粒子性データ６２の中から、デザイナーが開発しようとしている塗装面と近い光輝性のものを選ぶとよい。

続いて、意匠開発支援装置１０に自動車ボディの形状を記述するＣＡＤデータ６４がデータ記憶部２４から読み込まれる（Ｓ３０）。

続いて、ＣＡＤデータ６４から自動車ボディ表面の角度分布が計算される（Ｓ４０）。ＣＰＵ２２は、ＣＡＤプログラム７０によってＣＡＤデータ６４を処理する。ＣＡＤプログラム７０は、図１４に示すようにＣＡＤデータ６４で記述されている自動車ボディ３００をＸＹＺ空間に描く。なお、図１４は自動車ボディ３００のドア部のみを示している。なお、以下の説明においてもドア部のみを用いて説明する。ＣＡＤデータ６４を用いて自動車ボディ３００をＸＹＺ空間に描くことにより、自動車ボディ表面を（ｘｙｚ）座標で記述する座標データが得られる。そして、（ｘｙｚ）座標で記述される自動車ボディ３００の表面の各位置において、法線が直交３軸となす角（αβγ）を求める。このようにして、自動車ボディ３００の表面の位置を記述する座標データと、その座標（ｘｙｚ）における法線方向を示す（αβγ）が対応付けられた角度分布データを得る。

続いて、自動車ボディ３００を照明する光源の位置と、自動車ボディ３００を観測する視点の位置を指定する（Ｓ５０）。光源の位置の指定は、先のＸＹＺ空間内において光源の位置を表す座標（ｘ１，ｙ１，ｚ１）で指定すればよい。このとき、直接に座標（ｘ１，ｙ１，ｚ１）で指定することは、指定する光源を示す座標（ｘ１，ｙ１，ｚ１）を計算する必要があり、不便である。従って、光源の座標（ｘ１，ｙ１，ｚ１）を記述するデータを予め用意しておいてもよい。たとえば、太陽を光源とする場合は、太陽の位置は無限遠方に設定され、太陽の方向のみ記述するデータとなる。このとき、太陽の軌道に関する計算を加味したデータであれば、たとえば「１月１０日の午後３時の太陽」と指定することで、光源の座標（ｘ１，ｙ１，ｚ１）が設定される。観測する視点の位置の指定についても、先のＸＹＺ空間において、視点の位置を座標（ｘ２，ｙ２，ｚ２）で指定すればよい。しかしながら、この場合も指定する視点位置を示す座標を、その都度計算する必要があり不便である。従って、観測する視点位置を記述するデータを予め用意しておいてもよい。たとえば、自動車と同じ高さの位置に立っているヒトが観測する場合には、観測するヒトの身長と自動車ボディ３００との位置関係を入力することで、観測する視点の位置の座標（ｘ２，ｙ２，ｚ２）が設定されるようにできる。光源と視点の位置の指定は、キーボード５０やマウス５２を用いて行う。このようにして、図１４に示すＸＹＺ空間に光源位置（ｘ１，ｙ１，ｚ１）と視点位置（ｘ２，ｙ２，ｚ２）が設定される。

続いて、ＣＰＵ２２が変角分布計算プログラム７２を用いて自動車ボディ３００の表面の変角の分布を計算して、変角分布データを作成する（Ｓ６０）。図１４に示す自動車ボディ３００の表面の位置Ｐ（ｘ，ｙ，ｚ）における、変角の計算例を説明する。自動車ボディ３００の表面は平面メッシュで構成され、位置Ｐは各平面メッシュの代表座標である。指定された光源位置から位置Ｐへの入射方向を、位置Ｐの座標（ｘ，ｙ，ｚ）と光源位置の座標（ｘ１，ｙ１，ｚ１）から求める。そして、求められた入射方向と、角度分布データが記述する位置Ｐの法線方向から、位置Ｐにおける正反射方向を求める。一方、位置Ｐが観測される方向、即ち、位置Ｐから視点位置へ向かう方向を、位置Ｐの座標（ｘ，ｙ，ｚ）と視点位置の座標（ｘ２，ｙ２，ｚ２）から求める。正反射方向と観測方向が求められると、正反射方向と観測方向とがなす角が変角として求められる。このようにして、自動車ボディ３００の表面の全ての平面メッシュにおいて、位置（ｘ，ｙ，ｚ）とその位置における変角が計算され、位置（ｘ，ｙ，ｚ）とその位置における変角を対応付けて記述する変角分布データが得られる。

続いて、ＣＰＵ２２が色彩分布計算プログラム７４を用いて、変角分布データ３４、変角分光反射率データ６０および光輝粒子性データ６２から、色彩分布データを作成する（Ｓ７０）。色彩分布計算プログラム７４は、自動車ボディ３００の表面の位置（ｘ，ｙ，ｚ）の変角に対応する分光反射率を、変角分光反射率データ６０から抽出し、光輝粒子性データ６２を加味することにより色彩分布データを作成する。

ここで、変角分光反射率データ６０に光輝粒子性データ６２を加味した色彩分布データの作成手順について説明する。

変角分光反射率データ６０に光輝粒子性データ６２に定められた光輝度比率を乗算し、３つに分類されたＸ，Ｙ，Ｚの変角分光反射率を計算する。すなわち、自動車ボディ３００表面の各平面メッシュの位置の変角分光反射率ＷにＸの光輝度比率（ｃ／Ａ＝０．８）を乗算してＸの変角分光反射率を計算し、上記変角分光反射率ＷにＹの光輝度比率（ｄ／Ａ＝１．２）を乗算してＹの変角分光反射率を計算し、上記変角分光反射率Ｗの変角分光反射率にＺの光輝度比率（ｅ／Ａ＝２．０）を乗算してＺの変角分光反射率を計算する。

その結果が図１５に示されており、たとえばＷの変角分光反射率がＷ１のときは、Ｘの変角分光反射率がＸ１、Ｙの変角分光反射率がＹ１、Ｚの変角分光反射率がＺ１と計算されている。また、Ｗの変角分光反射率がＷ２のときは、Ｘの変角分光反射率がＸ２、Ｙの変角分光反射率がＹ２、Ｚの変角分光反射率がＺ２と計算されている。

なお、図１５では、Ｗ１のときは受光角θ２は１０度とされており、光輝度測定装置２００で取得した光輝度の受光角θ５の１０度（図６を参照）と一致する。このため、光輝度測定装置２００で取得した光輝度に基づく光輝度比率を、Ｗ１に適用することには異論がない。一方、Ｗ２のときは分光反射率の受光角θ２は２５度とされており、光輝度の受光角θ５の１０度と一致しない。しかしながら、光輝度の分散はどの受光角においても同様な形を示すと考えられるため、一つの受光角θ５の光輝度に基づく光輝度比率を、各受光角θ２における各Ｗに適用できると考えられる。このようにして、３０〜−６０度の１度毎に取得した各受光角θ２について、Ｘ，Ｙ，Ｚのそれぞれの変角分光反射率が計算される。

次に、平面メッシュをピクセルに分割し、各ピクセルを光輝度レベル毎に分類する。たとえば、図１７は、図１６に示す自動車ボディの平面メッシュ３１０を拡大しており、平面メッシュ３１０が複数のピクセルに分割して示されている。各平面メッシュをピクセルに分割することにより、塗装面全部がピクセルに分類される。そして、分割された各ピクセルを光輝度レベル毎に分類する。分類に関しては、たとえば図１２の例示のように、光輝材主体部Ｙや光輝材主体部Ｚに分類されたピクセルについては、ピクセル数比率に比例する確率に従って、ピクセル数をランダムに寄せ集めたランダムパターン（ｐで示されている）で表現し、光輝材のリアルな粒子性を表示できるようにする。

最後に、ピクセル毎の表示用塗装色が計算される。この場合、分類された各ピクセルの光輝度レベルに応じて、既に計算されたその光輝度ピクセルの変角分光反射率が適用される。すなわち、色材主体部Ｘに分類されたピクセルにはＸの変角分光反射率が適用され、光輝材主体部Ｙに分類されたピクセルにはＹの変角分光反射率が適用され、高光輝材主体部Ｚに分類されたピクセルにはＺの変角分光反射率が適用される。この際、物体形状から得られる物体塗装内のピクセルの変角を加味して、ピクセル毎のＣＧ表示用塗装色を計算する。たとえば、図１８に示すように、自動車のボディの平面メッシュ３１０に含まれる１つのピクセルにの変角がθ３１であり、そのピクセルがＸに分類された場合は、そのピクセルには変角θ３１の変角分光反射率に対してＸの変角分光反射率を適用し、平面メッシュ３１２に含まれる１つのピクセルの変角がθ３２であり、そのピクセルがＹに分類された場合は、そのピクセルには変角θ３２の変角分光反射率に対してＹの変角分光反射率を適用する。このようにして、塗装面全体の全てのピクセルについて変角分光反射率が計算され、塗装面全体の全てのピクセルの色彩を、明度・色相・彩度で記述する色彩分布データが算出される。

ここで、図１３のフローチャートの説明に戻り、図１９に示すように、コンピュータ２０が画像表示プログラム７６によって色相分布データを処理して、ディスプレイ４０に自動車ボディ３００の色彩分布表示４００を表示する（Ｓ８０）。表面の位置によって視点からの変角が分布するのに対応して、観察される色相も分布している。また、コンピュータ２０が画像表示プログラム７６によって変角分光反射率データ６０を処理して、変角分光反射率のグラフ表示４１０〜４４０を表示する。ここで、グラフ表示４１０は、Ｌ＊値のグラフ表示である。グラフ表示４２０はｃ＊値のグラフ表示である。グラフ表示４３０はａ＊値のグラフ表示である。グラフ表示４４０はｂ＊値のグラフ表示である。なお、ここでグラフ表示されたＬ＊値、ｃ＊値、ａ＊値およびｂ＊値は、光輝性を加味しない色彩分布のベースとなる変角分光反射率データ６０から算出されるものとする。

さらに、コンピュータ２０が画像表示プログラム７６によって変角分光反射率データ６０を処理して、塗装面の変角の変化に対応する色彩の変化を示すグラデーション表示４５０を表示する。さらに、色彩分布データの算出に用いられている光輝粒子性パラメータ４６０が表示される。ここで、表示される光輝粒子性パラメータ４６０は、光輝粒子性データ６２に含まれる光輝度比率およびピクセル数比率である。

即ち、物体表面の色彩分布表示４００と、その色彩分布を実現する塗装面の変角分光反射率のグラフ表示４１０〜４４０と、変角の変化に対応する色彩の変化を示すグラデーション表示４５０と、光輝粒子性パラメータ４６０とが対比観察可能に表示される。このとき、色彩分布表示４００において、位置が指定されると、グラフ表示４１０〜４４０やグラデーション表示４５０において、指定された位置の変角について表示している部分が強調表示されることが好適である。例えば、図１９に示すように、色彩分布表示４００上の位置が指定された場合、グラフ４１０〜４４０においては、位置Ｑにおける変角に対応する位置に直線４７０を表示する。また、グラデーション表示４５０においては、位置Ｑにおける変角を表示している部分を、矢印マーク４８０等で表示する。さらには、その指定された位置における変角に対する分光反射率を数値表示してもよい。それにより、デザイナーは色彩分布表示４００で表示されている色彩と、その色彩の変角分光反射率を的確に比較観察することができる。

この対比表示が得られると、デザイナーは、色彩分布表示と変角分光反射率の関係を視覚を通して確認することができる。たとえば、物体表面の特定変角エリアに現れる色彩に不満がある場合には、その変角に対応する分光反射率を知ることができる。

デザイナーがディスプレイ４０に表示されている色彩分布表示について、光輝性を変更する必要があるか否かを判断する（Ｓ９０）。

デザイナーが光輝性に不満のある場合には、光輝粒子性パラメータ４６０を変更することが可能である（Ｓ１００）。たとえば、「ぎらぎら感」を強めたい場合には、高光輝材主体部Ｚを８％、光輝材主体部Ｙを３０％に変更することにより所望の光輝性が実現される。

なお、光輝性の変更においては、デザイナーが光輝粒子性パラメータ４６０を直接変更してもよいし、光輝性と光輝粒子性パラメータ４６０とを予め対応付けておき、上記のように「ぎらぎら感」を強めたいという指示に基づいて、光輝粒子性パラメータ４６０を変更させてもよい。

変更された光輝粒子性パラメータ４６０を用いて、Ｓ７０と同様な手順で塗装面の色彩分布データが再度作成される（Ｓ１１０）。

再作成された色彩分布データによって、ディスプレイ４０に表示されている自動車ボディ３００の色彩分布表示４００が変更される（Ｓ１２０）。また、ディスプレイ４０に表示されている変角分光反射率のグラフ表示４１０〜４４０が変更される。また、ディスプレイ４０に表示されている塗装面のグラデーション表示４５０が変更される。

Ｓ９０に戻り、デザイナーは、変更された色彩分布表示４００を観察して、光輝性を変更する必要があるか否かを判断する（Ｓ９０）。

Ｓ９０において、光輝性を変更する必要がない場合には、色彩分布のベースとなる変角分光反射率データ６０を修正する必要があるか否かが判断される（Ｓ１３０）。

デザイナーは、ディスプレイ４０に表示されている色彩分布表示４００において、色彩に不満のあるエリアを特定して、その変角における分光反射率を修正することができる（Ｓ１４０）。

デザイナーは、表示されている色彩分布表示４００において、色彩を修正する位置を指定する。色彩分布表示４００において位置が指定されると、図１９に示すようにグラフ表示４１０〜４４０において、指定された位置における変角の分光反射率を表示している部分が直線４７０によって強調表示される。これにより、デザイナーは色彩を修正する位置の変角を知ることができる。デザイナーは、変角分光反射率データ６０のその変角に対応付けられたデータを修正すればよい。即ち、デザイナーは色彩に不満のあるエリアの色彩を容易に変更することができる。たとえば、指定した位置の色彩の明度を上げるために、Ｌ＊値を大きくしてもよい。たとえば、指定した位置の色彩の彩度を上げるために、ｃ＊値を大きくしてもよい。たとえば、色彩に赤みを加えるには、ａ＊値を大きくしてもよい。このとき、ディスプレイ４０にグラフ表示されている変角の分光反射率を、グラフ表示上で直接に修正する形態であると修正しやすい。

また、上記の修正においては、デザイナーが分光反射率を直接に修正してもよいし、変角分光反射率計算プログラム７８に計算させてもよい。そのためには、デザイナーによる指示内容と分光反射率の修正計算パターンを対応付けて教示しておけばよい。たとえば、デザイナーが明度の変更を指示したとき、変角分光反射率計算プログラム７８はＬ＊値を変更する。このような修正形態であると、デザイナーは自己の意図する色彩分布と表示されている色彩分布との差異を、感性に基づく表現で、たとえば「明るく」という指示を入力することによって修正することができる。

デザイナーによって修正された変角分光反射率データが、変角分光反射率計算プログラム７８によって補完修正される（Ｓ１５０）。図２０を用いて、デザイナーが例えばＬ＊値を修正した場合の補完修正の例を示す。色彩分布表示４００において、デザイナーが指定した位置の変角はθとする。そして、変角θにおけるＬ＊値をＬ１からＬ２へ修正したとする。図２０のグラフ表示５００において、曲線（点線）５１０が修正前の変角に対応するＬ＊値のデータを示す。変角θにおけるＬ＊値がＬ１からＬ２に修正されたことにより、変角とＬ＊値との関係は曲線５１０に代わり曲線５２０で示される。しかしながら、データの修正をデザイナーの修正部分のみ行うと、曲線５２０が示すように変角とＬ＊値の関係において変化率が急激に変化する範囲ができる。このような変角とＬ＊値の関係を実現する塗装面を得ることは、いかなる光輝材を用いた塗料であっても困難である。

そこで、変角分光反射率計算プログラム７８は、デザイナーによるデータの修正を補完修正する。この補完修正は、変角に対するＬ＊値の変化率の変化率（すなわち、グラフ表示４１０における曲率）が所定の値以下となるように修正する。このとき、デザイナーが修正した変角θよりも小さい変角の範囲においては、修正されるデータ範囲が最小限の範囲となるように修正する。また、デザイナーが修正した変角θよりも大きい変角のデータ範囲においては、修正前のデータと変化率が同一となるように修正する。このようにして、変角分光反射率データ６０において変角とＬ＊値の関係を記述するデータは図２０の曲線５３０で示す関係に補完修正される。

補完修正された変角の分光反射率データが、データ記憶部２４に記憶されている変角分光反射率データ６０に更新される（Ｓ１６０）。

更新された変角分光反射率データ６０および光輝粒子性データ６２を用いて、Ｓ７０と同様にして色彩分布データが作成される。そして、その更新された色彩分布データによって、ディスプレイ４０に表示されている自動車ボディ３００の色彩分布表示４００が変更される（Ｓ１７０）。また、ディスプレイ４０に表示されている変角分光反射率のグラフ表示４１０〜４４０が変更される。また、ディスプレイ４０に表示されている塗装面のグラデーション表示４５０が変更される。

デザイナーによる自動車ボディ用の塗装面の変角分光反射率の決定過程において、本発明に係る意匠開発支援装置１０を用いると、光輝粒子性データを修正することにより所望の光輝性が加味された変角分光反射率によるときの自動車ボディ表面の色彩分布表示が得られる。

決定された変角分光反射率は、塗料設計者に対する明確な指針となり、塗料設計者はデザイナーが必要とする塗装面を正確に理解することができ、塗料開発過程が効率化され、短縮化される。

意匠開発支援装置１０の構成を示す図である。変角を説明する図である。変角分光反射率測定装置１００による変角分光反射率の測定方法を例示する図である。変角分光反射率測定装置１００による変角分光反射率の測定方法を例示する図である。変角分光反射率の測定結果を例示する図である。光輝度測定装置２００による光輝度の測定方法を例示する図である。光輝度の測定画像データを例示する図である。光輝度の測定画像データを例示する図である。光輝度分散のヒストグラムを例示する図である。光輝度分散のヒストグラムを例示する図である。光輝度レベルの分類を説明する図である。ピクセル数比率と光輝度比率を説明する図である。意匠開発支援装置１０の動作手順を示すフローチャートである。自動車ボディ３００に関するデータ作成を説明する図である。光輝度レベル毎の変角分光反射率を例示する図である。自動車ボディ上の平面メッシュ３１０を示す図である。平面メッシュ３１０の拡大図である。表面メッシュごとの変角を示す図である。意匠開発支援装置１０の画面表示例を示す図である。変角分光反射率データの補完計算を説明する図である。

符号の説明

１０意匠開発支援装置、２０コンピュータ、２２ＣＰＵ、２４データ記憶部、４０ディスプレイ、５０キーボード、５２マウス、６０変角分光反射率データ、６４ＣＡＤデータ、７０ＣＡＤプログラム、７２変角分布計算プログラム、７４色彩分布計算プログラム、７６画像表示プログラム、７８変角分光反射率計算プログラム、８０光輝粒子性修正プログラム。

Claims

塗装面の変角分光反射率の初期値を記憶している反射率記憶手段と、
塗装面の光輝粒子性データの初期値を記憶している光輝粒子性データ記憶手段と、
物体表面の角度分布を記憶している角度分布記憶手段と、
仮定された光源の位置と、仮定された視点の位置と、前記角度分布記憶手段に記憶されている角度分布から、前記光源で照明された前記物体を前記視点で観測するときの物体表面での変角分布を計算する変角分布計算手段と、
変角分布計算手段で計算された変角分布と、前記反射率記憶手段に記憶されている変角分光反射率および光輝粒子性データ記憶手段に記憶されている光輝粒子性データに基づいて、前記光源で照明された前記物体を前記視点で観察するときに得られる物体表面の色彩分布を計算する色彩分布計算手段と、
前記色彩分布計算手段で計算された色彩分布の表示および前記色彩分布計算手段に用いられた光輝粒子性データを表示する表示手段と、
前記光輝粒子性データを修正する修正手段と、
前記表示装置に表示されている色彩分布表示を、修正された光輝粒子性データから計算される色彩分布に変更する手段と、
を備えることを特徴とする意匠開発支援装置。
前記光輝粒子性データは、所定面積中における光輝度を代表する複数の光輝度レベルと、所定面積中に占める各光輝度レベルの単位面積数の比率と、
を含むことを特徴とする請求項１に記載の意匠開発支援装置。
前記修正手段は、前記光輝度レベルまたは／および前記比率を修正することを特徴とする請求項２に記載の意匠開発支援装置。
前記表示手段は、色彩分布表示に対応する変角分光反射率のグラフをさらに表示し、
前記表示装置にグラフ表示されている変角分光反射率を修正する修正手段と、
前記反射率記憶手段の記憶内容を、修正された変角分光反射率に更新する手段と、
前記表示装置に表示されている色彩分布表示を、修正された変角分光反射率および初期または修正された前記光輝粒子性データから計算される色彩分布に変更する手段と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の意匠開発支援装置。
塗装面の変角分光反射率を仮定する工程と、
塗装面の光輝粒子性データを仮定する工程と、
物体表面の角度分布と光源の位置と視点の位置から、光源で照明された物体を視点で観測するときに得られる物体表面の変角分布を計算する工程と、
計算された変角分布と、仮定された変角分光反射率および光輝粒子性データから、光源で照明された物体を視点で観測するときに得られる物体表面の色彩分布を計算する工程と、
計算された色彩分布を表示装置に表示する工程と、
光輝粒子性データを修正する工程と、
表示装置に表示されている色彩分布表示を、修正された光輝粒子性データから計算される色彩分布に変更する工程と、
を備えることを特徴とする意匠開発支援方法。
前記光輝粒子性データは、所定面積中における光輝度を代表する複数の光輝度レベルと、所定面積中に占める各光輝度レベルの単位面積数の比率と
を含むことを特徴とする請求項５に記載の意匠開発支援方法。
前記光輝粒子性データを修正する工程は、前記光輝度レベルまたは／および前記比率を修正することを特徴とする請求項６に記載の意匠開発支援方法。