JP5104040B2 - 媒体、媒体作製装置、媒体作製方法及びそのプログラム - Google Patents

Description

本発明は、表面が微小な溝の集合から形成された異方性反射特性を有する媒体であって、特に立体形状の模様、鏡面反射が表現された媒体、その媒体の作製に用いる媒体作製装置、媒体作製方法及びそのプログラムに関する。

通常の印刷物は、４色のインキを用いてカラーの印刷像を形成する。そして、被写体を撮影した画像を印刷する場合、被写体の立体感を効果的に再現するため、撮影時にライティングや被写体の向きを考慮し、画像に含まれる陰影やハイライトが適切な状態になるように細心の注意を払う。これは、平面に印刷された画像を観察する場合、人間の視覚が、画像に含まれる陰影やハイライトから被写体の立体感を認識するようになっているからである。しかしながら、ある部分の立体感を効果的に再現するためのライティングは別の部分の立体感を犠牲にするものであり、通常の印刷物では、ライティングと観察方向が固定された状況下の被写体の立体感しか再現することができない。

一方、紙、プラスチック、金属といった媒体上に、異方性反射特性を有する画像を実体化し、画像の立体感を表現する技術が開発されている（特許文献１）。特許文献１では、ＣＧ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｇｒａｐｈｉｃｓ）画像をレンダリングする際に得られる法線ベクトル場に基づいて、曲線群または格子群の画像を生成し、その曲線群または格子群をエンボス加工や印刷の手法を用いて凹凸として媒体上に実体化する。そして、この結果得られる異方性反射特性により、元のＣＧ画像に対してライティングを変化させたときのハイライトの変化を再現することができる。特許文献１に開示されている手法では、元のＣＧ画像から得られる法線ベクトルの情報が、媒体上の微小な溝（スクラッチ傷）の方向ベクトルに継承されているため、元のＣＧ画像に定義された立体形状を再現することが可能である。
特開２００１−１３８７００号公報

しかしながら、特許文献１に開示されている手法では、媒体上の像を観察したとき元のＣＧ画像に定義された形状に関する表現が認識されるだけである。例えば、はためく国旗をこの手法で表現した場合、単なる無地の旗として表現されてしまい、どこの国の国旗かという表現はできないという課題がある。また、例えば、金属の球体と石膏の球体を並べたシーンをこの手法で表現した場合、同じ輝き方の２つの球体として表現されてしまい、グロスなのかマットなのかという材質的な表現はできないという課題がある。

本発明は、前述した問題点に鑑みてなされたもので、その目的は表面が微小な溝の集合から形成された異方性反射特性を有する媒体であって、特に立体形状の模様、鏡面反射が表現された媒体を作製することである。

前述した目的を達成するために第１の発明は、表面が微小な溝の集合から形成された異方性反射特性を有する媒体の作製に用いる媒体作製装置であって、所望の立体形状を設計する立体形状設計手段と、前記立体形状の各画素における法線ベクトルを算出する法線ベクトル算出手段と、前記法線ベクトルの情報を継承した前記媒体上の前記溝の方向ベクトルを算出する方向ベクトル算出手段と、前記方向ベクトル群を前記立体形状の各画素における特定情報に応じて変換する方向ベクトル変換手段と、を具備することを特徴とする媒体作製装置である。

第１の発明は、更に、前記立体形状の各画素における色彩情報を算出する色彩情報算出手段、を具備し、前記方向ベクトル変換手段は、例えば、前記色彩情報に応じた変位量を加減するものであっても良い。前記色彩情報は、例えば、各画素における色彩に関するパラメータ値のいずれかを所定の範囲に正規化したものである。また、前記色彩情報は、例えば、各画素における色彩に関するパラメータ値のいずれかをインデックス化したものである。

また、第１の発明は、更に、前記立体形状の各画素における鏡面反射情報を算出する鏡面反射情報算出手段、を具備し、前記方向ベクトル変換手段は、例えば、前記鏡面反射情報に応じたランダムな変位量を加減するものであっても良い。前記鏡面反射情報は、例えば、各画素における鏡面反射の鋭さである。そして、前記方向ベクトル変換手段における変位量の最大値は、例えば、完全鏡面では０となり、前記鏡面反射の鋭さの減少とともに単純増加するものである。

第１の発明は、更に、前記方向ベクトル変換手段によって変換された方向ベクトル群を基に版下データを作成する版下データ作成手段、を具備することが望ましい。

第２の発明は、表面が微小な溝の集合から形成された異方性反射特性を有する媒体の作製方法であって、所望の立体形状を設計するステップと、前記立体形状の各画素における法線ベクトルを算出するステップと、前記法線ベクトルの情報を継承した前記媒体上の前記溝の方向ベクトルを算出するステップと、前記方向ベクトル群を前記立体形状の各画素における特定情報に応じて変換するステップと、を含むことを特徴とする媒体作製方法である。

第２の発明は、更に、前記方向ベクトルを変換するステップによって変換された方向ベクトル群を基に版下データを作成するステップ、を含むことが望ましい。

第３の発明は、コンピュータを第１の発明の媒体作製装置として機能させるプログラムである。

第４の発明は、第２の発明の媒体作製方法によって作成された前記版下データに基づいて、表面に微小な溝を形成することによって作製された前記媒体である。

本発明により、表面が微小な溝の集合から形成された異方性反射特性を有する媒体であって、特に立体形状の模様、鏡面反射が表現された媒体を作製することができる。

以下図面に基づいて、本発明の実施形態を詳細に説明する。

まず、第１の実施の形態について説明する。
図１は、第１の実施の形態に係る媒体作製装置１を実現するコンピュータのハードウェア構成図である。尚、図１のハードウェア構成は一例であり、用途、目的に応じて様々な構成を採ることが可能である。
コンピュータは、制御部３、記憶部５、メディア入出力部７、通信制御部９、入力部１１、表示部１３、周辺機器Ｉ／Ｆ部１５等が、バス１７を介して接続される。

制御部３は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等で構成される。

ＣＰＵは、記憶部５、ＲＯＭ、記録媒体等に格納されるプログラムをＲＡＭ上のワークメモリ領域に呼び出して実行し、バス１７を介して接続された各装置を駆動制御し、媒体作製装置１が行う後述する処理を実現する。
ＲＯＭは、不揮発性メモリであり、コンピュータのブートプログラムやＢＩＯＳ等のプログラム、データ等を恒久的に保持している。
ＲＡＭは、揮発性メモリであり、記憶部５、ＲＯＭ、記録媒体等からロードしたプログラム、データ等を一時的に保持するとともに、制御部３が各種処理を行う為に使用するワークエリアを備える。

記憶部５は、ＨＤＤ（ハードディスクドライブ）であり、制御部３が実行するプログラム、プログラム実行に必要なデータ、ＯＳ（オペレーティングシステム）等が格納される。プログラムに関しては、ＯＳ（オペレーティングシステム）に相当する制御プログラムや、後述の処理に相当するアプリケーションプログラムが格納されている。
これらの各プログラムコードは、制御部３により必要に応じて読み出されてＲＡＭに移され、ＣＰＵに読み出されて各種の手段として実行される。

メディア入出力部７（ドライブ装置）は、データの入出力を行い、例えば、フロッピー（登録商標）ディスクドライブ、ＣＤドライブ（−ＲＯＭ、−Ｒ、ＲＷ等）、ＤＶＤドライブ（−ＲＯＭ、−Ｒ、−ＲＷ等）、ＭＯドライブ等のメディア入出力装置を有する。

通信制御部９は、通信制御装置、通信ポート等を有し、コンピュータとネットワーク１９間の通信を媒介する通信インタフェースであり、ネットワーク１９を介して、他のコンピュータ間との通信制御を行う。

入力部１１は、データの入力を行い、例えば、キーボード、マウス等のポインティングデバイス、テンキー等の入力装置を有する。
入力部１１を介して、コンピュータに対して、操作指示、動作指示、データ入力等を行うことができる。

表示部１３は、ＣＲＴモニタ、液晶パネル等のディスプレイ装置、ディスプレイ装置と連携してコンピュータのビデオ機能を実現するための論理回路等（ビデオアダプタ等）を有する。

周辺機器Ｉ／Ｆ（インタフェース）部１５は、コンピュータに周辺機器を接続させるためのポートであり、周辺機器Ｉ／Ｆ部１５を介してコンピュータは周辺機器とのデータの送受信を行う。周辺機器Ｉ／Ｆ部１５は、ＵＳＢやＩＥＥＥ１３９４やＲＳ−２３２Ｃ等で構成されており、通常複数の周辺機器Ｉ／Ｆを有する。周辺機器との接続形態は有線、無線を問わない。

バス１７は、各装置間の制御信号、データ信号等の授受を媒介する経路である。

次に、図２を参照しながら、媒体作製装置１の機能を実現する構成について説明する。尚、本実施の形態では、画像を画素単位に取り扱い、画素ごとに溝の方向が異なる媒体を作製するものとする。
図２は、媒体作製装置１の機能の概要を示すブロック図である。

媒体作製装置１は、立体形状設計手段２１、法線ベクトル算出手段２２、方向ベクトル算出手段２３、色彩情報算出手段２４、方向ベクトル変換手段２５、版下データ作成手段２６等を備える。

立体形状設計手段２１は、媒体上に表現する所望の立体形状を設計する。立体形状設計手段２１は、ＣＧ製作過程におけるモデリングに相当し、一般に市販されているＣＧソフトウェア等が有する機能である。

法線ベクトル算出手段２２は、立体形状の各画素における法線ベクトルを算出する。ＣＧ製作過程では、モデリングによって作成された形状データから、ライティングやカメラの条件等を加味して最終的な画像を作成するレンダリングが行われる。通常のレンダリングでは各画素の輝度を算出するが、法線ベクトル算出手段２２は、各画素の輝度ではなく形状データの法線ベクトルを算出する。後述する処理に必要な情報は、例えば、形状データをＣＧの投影面の各画素に投影し、投影面に定義した座標系で表現した形状データの単位法線ベクトルである。

方向ベクトル算出手段２３は、法線ベクトルの情報を継承した媒体上の溝の方向ベクトルを算出する。本実施の形態では、表面が微小な溝の集合から形成された異方性反射特性を有する媒体を作製する。この媒体上に所望の立体形状を表現するためには、立体形状の法線ベクトルの情報を媒体上の溝の方向ベクトルに継承することが必要となる。

図３は、投影面Ｓ１上の法線ベクトルＮ１の１例を示す図である。
法線ベクトルＮ１は、投影面Ｓ１上の点ｐを始点とし、投影面Ｓ１に定義した座標系に対する方位角φと仰角ｋとで表現できる。一方、法線ベクトルＮ１の情報を継承する媒体上（２次元平面上）の溝の方向ベクトルは、媒体面における方位角のみで表現できることから、法線ベクトルＮ１の情報を全て継承することはできない。従って、方向ベクトル算出手段２３は、法線ベクトルＮ１を所定の方位角に投影して次元を減ずることにより、媒体上の溝の方向ベクトルに情報を継承する。

図４は、法線ベクトルＮ１の法線投影面Ｓ２への投影を示す図である。
法線投影面Ｓ２は、投影面Ｓ１に対して垂直であり、方位角α方向に設けられた新たな投影面である。方向ベクトル算出手段２３は、法線ベクトルＮ１を法線投影面Ｓ２に投影した法線ベクトルＮ２の仰角ｔを算出し、仰角ｔの値を媒体上の溝の方向ベクトルに継承する。尚、仰角ｔは、図４に示すように、Ｓ２内でＰを通過し、Ｓ１に垂直な線を基準（ｔ＝０度）とし、基準線と法線ベクトルＮ２とのなす角度によって定義する。
ここで、立体形状の隠面は投影されないから、法線ベクトルＮ１の向きは、必ず点Ｐから見て投影面Ｓ１の表の方向になる。従って、仰角ｔは１８０度（−９０度≦ｔ≦９０度）の範囲を取り得る。
次に、媒体上の溝の方向ベクトルを示す角度をθとする。θとｔは何らかの相関関係を有することで、仰角ｔの値を媒体上の溝の方向ベクトルに継承することができる。本実施の形態では、立体形状を媒体上に出来る限り正確に表現するために、θとｔは線形関係を維持するように設定する。また、立体形状に含まれる最も形状の異なる部分が最も異なる角度を継承するために、θ＝ｔ／２としてθの取り得る範囲を９０度（−４５度≦θ≦４５度）とする。これは、θ＝ｔとしてθの取り得る範囲を１８０度（−９０度≦θ≦９０度）とすると、最も形状の異なる部分、例えば、ｔ＝９０度の部分とｔ＝−９０度の部分が、媒体上の溝の方向に継承したときに同じ方向を持つことになる。そうすると、立体形状に含まれる最も形状の異なる部分が、類似した異方性反射特性を有することになり、好ましくないからである。但し、θの取り得る範囲は９０度に限定されるものではなく、媒体の使用目的や立体像の特性等に応じて任意に設定することが可能である。
以上のように、方向ベクトル算出手段２３は、法線ベクトルの情報を継承した媒体上の溝の方向ベクトルを示す角度θを算出する。

色彩情報算出手段２４は、各画素における立体形状の色彩情報を算出する。色彩情報算出手段２４は、法線ベクトル算出手段２２によって法線ベクトルを算出したときと同じカメラ条件で形状データをレンダリングし、色彩情報を算出する。
色彩情報は、各画素において投影される形状上の位置に設定されている色彩に関するパラメータ値、例えば、輝度、色相、またはＲＧＢの１成分等のいずれかを所定の範囲に正規化したものである。範囲は、例えば、０〜１の実数、または０〜２５５の整数等である。
また、色彩情報は、各画素における色彩に関するパラメータ値のいずれかをインデックス化したものであってもよい。日本国旗を媒体上の像として表現する場合、例えば、赤の領域となる画素に対しては１、白の領域となる画素に対しては２としてインデックス化する。

方向ベクトル変換手段２５は、方向ベクトル群を立体形状の各画素における特定情報に応じて変換する。本実施の形態では、特定情報とは色彩情報である。
ある画素（ｘ、ｙ）に対し、溝の方向ベクトルを示す角度をＧ（ｘ、ｙ）とする。また、ある画素（ｘ、ｙ）に対し、色彩情報（正規化した値、またはインデックス値）をＣ（ｘ、ｙ）とする。そして、色彩情報Ｃ（ｘ、ｙ）に応じた変位量をＬ（ｘ、ｙ）とする。このとき、変換後の方向ベクトルを示す角度Ｇ´（ｘ、ｙ）は、Ｇ´（ｘ、ｙ）＝Ｇ（ｘ、ｙ）＋Ｌ（ｘ、ｙ）と表すことができる。ここで、Ｌ（ｘ、ｙ）は、Ｃ（ｘ、ｙ）で一意に定まり、Ｌ（Ｃ）と表すこともできる。色彩情報Ｃ（ｘ、ｙ）と変位量Ｌ（ｘ、ｙ）の対応は任意であり、この対応は変換テーブルによって指定する。日本国旗を媒体上の像として表現する場合、例えば、赤の領域となる画素に対しては１、白の領域となる画素に対しては２としてインデックス化したとすると、それぞれ異なる角度を変位させるように、各インデックス値に対応する変位量Ｌ（ｘ、ｙ）を指定する。

版下データ作成手段２６は、変換された方向ベクトル群を基に版下データを作成する。ここで、版下データはいわゆる二値画像データであり、画素ごとに溝の方向が表現されたものである。版下データの作成は、例えば、特許文献１に開示されている手法を用いることができる。
そして、各種の製版機器や切削機は、版下データに基づいて媒体上の表面に微小な溝を形成し、異方性反射特性を有する立体像を実体化する。

このように作製された媒体は、異方性反射によって見る角度、光線方向に依存した反射の変化が生じ、立体曲面が照明方向や見る方向に依存して光の反射が変化する様相を表現することができる。さらに、方向ベクトル変換手段２５によって、媒体上の溝の方向に対して色彩情報に応じた変換を行っているため、立体形状の模様も表現することができる。
作製される媒体は、カタログ、パンフレット、ポスター、カレンダー、トレーディングカード、包装パッケージ、書籍、銘板、雑貨、樹脂成型品、エンボス製品等がある。

次に、図５を参照しながら、媒体作製装置１の動作の詳細について説明する。
図５は、媒体作製装置１の処理手順を示すフローチャートである。

図５に示すように、制御部３は、立体形状設計手段２１によって立体形状を設計し、形状データを算出する（ステップ１０１）。ここで、立体形状設計手段２１は、対話的なモデリング処理である。すなわち、入力部１１による入力と表示部１３による表示を繰り返すことで立体形状が設計され、形状データが算出される。

次に、制御部３は、入力部１１を介して必要なパラメータが入力された後（ステップ１０２）、レンダリング処理を開始し、後続の処理を行う画素を決定する（ステップ１０３）。ここで、必要なパラメータとは、後述するステップ１０７で用いるものである。すなわち、前述した方向ベクトル変換手段２５の説明における、色彩情報Ｃ（ｘ、ｙ）と変位量Ｌ（ｘ、ｙ）の対応を示す変換テーブルを指す。

次に、制御部３は、法線ベクトル算出手段２２によって、ステップ１０３で決定された画素に対応する法線ベクトルを算出する（ステップ１０４）。

次に、制御部３は、方向ベクトル算出手段２３によって、ステップ１０４で算出された法線ベクトルの情報を継承した方向ベクトルを算出する（ステップ１０５）。

次に、制御部３は、色彩情報算出手段２４によって、ステップ１０３で決定された画素に対応する色彩情報を算出する（ステップ１０６）。

次に、制御部３は、方向ベクトル変換手段２５によって、ステップ１０５で算出された方向ベクトルの変換処理を行う（ステップ１０７）。方向ベクトル変換手段２５は、ステップ１０２で入力されたパラメータに従い、方向ベクトルの変換処理を行う。また、方向ベクトル変換手段２５は、ステップ１０６で算出された色彩情報を処理に用いる。

次に、制御部３は、全ての画素について処理が終了したか確認する（ステップ１０８）。
処理が終了していない場合、ステップ１０３から繰り返す。
処理が終了している場合、ステップ１０９に進む。

次に、制御部３は、版下データ作成手段２６によって、ステップ１０３からステップ１０８までの処理によって算出された媒体上の溝の方向ベクトルを基に、版下データを作成する（ステップ１０９）。版下データは、各種の製版機器や切削機が利用可能なデータ形式で作成することが望ましい。また、版下データは、ネットワーク１９を介して、他のコンピュータにデータの送信を行っても良い。また、適当なファイル形式によるファイルに出力しても良い。また、表示部１３を介してディスプレイ装置に表示しても良い。

以上説明したように、第１の実施の形態によれば、制御部３は、立体形状設計手段２１によって、立体形状データを算出する。次に、制御部３は、法線ベクトル算出手段２２によって、画素単位の法線ベクトルを算出し、方向ベクトル算出手段２３によって、法線ベクトルの情報を継承した媒体上の溝の方向ベクトルを算出する。そして、制御部３は、色彩情報算出手段２４によって、画素単位の色彩情報を算出し、方向ベクトル変換手段２５によって、色彩情報に応じて方向ベクトルの変換処理を行う。色彩情報は、各画素における色彩に関するパラメータ値のいずれかを所定の範囲に正規化したもの、または、各画素における色彩に関するパラメータ値のいずれかをインデックス化したものである。更に、制御部３は、版下データ作成手段２６によって、変換された方向ベクトル群を基に版下データを作成する。

第１の実施の形態によって得られる版下データを用いて、表面が微小な溝の集合によって形成された媒体は、異方性反射特性を有することで、元のＣＧ画像に対してライティングを変化させたときのハイライトの変化を再現することができる。更に、色彩情報に応じた方向ベクトルの変換によって、媒体上に表現された立体像は、模様が再現されたものとなる。

尚、本実施の形態では、媒体上の溝の方向ベクトルを色彩情報に応じて変換することとしたが、立体形状の法線ベクトルを色彩情報に応じて変換するようにしても良い。

次に、第２の実施の形態について説明する。

図１は、第２の実施の形態に係る媒体作製装置１ａを実現するコンピュータのハードウェア構成図である。媒体作製装置１ａのハードウェア構成は、第１の実施の形態と同様であるため説明を省略する。

次に、図６を説明しながら、媒体作製装置１ａの機能を実現する構成について説明する。尚、本実施の形態では、画像を画素単位に取り扱い、画素ごとに溝の方向が異なる媒体を作製するものとする。
図６は、媒体作製装置１ａの機能の概要を示すブロック図である。
尚、図２に示す構成要素と同一の機能を果たす要素には、同一の番号を付して重複した説明を避ける。

媒体作製装置１ａは、立体形状設計手段２１、法線ベクトル算出手段２２、方向ベクトル算出手段２３、鏡面反射情報算出手段２７、方向ベクトル変換手段２５ａ、版下データ作成手段２６等を備える。

鏡面反射情報算出手段２７は、立体形状の各画素における鏡面反射情報を算出する。鏡面反射情報算出手段２７は、法線ベクトル算出手段２２によって法線ベクトルを算出したときと同じカメラ条件で形状データをレンダリングし、鏡面反射情報を算出する。

図７は、物体表面の反射光強度を示す図である。
Ｌは、光源３１からの光の入射方向である。Ｎは、物体の表面３５の法線方向である。Ｒは、光源３１からの光の正反射方向である。Ｖは、視点３３の方向、すなわち光の射出方向である。そして、光の入射方向Ｌと法線方向Ｎとのなす角度がβ、光の正反射方向Ｒと光の射出方向Ｖとのなす角度がγである。このとき、物体表面の反射光強度Ｉは、

と表すことができる。ここで、ｋｄは拡散反射率（拡散反射の強さ）、Ｉｉは入射光強度、ｋｓは鏡面反射率（鏡面反射の強さ）、ｎは鏡面反射の鋭さを表す。
鏡面反射情報算出手段２７は、形状データをレンダリングする際、例えば、鏡面反射の鋭さｎ、鏡面反射率ｋｓ、鏡面反射率と拡散反射率の比率ｋｓ／ｋｄ等を鏡面反射情報として算出する。本実施の形態では、鏡面反射の鋭さｎを鏡面反射情報とする。

方向ベクトル変換手段２５ａは、方向ベクトル群を立体形状の各画素における特定情報に応じて変換する。本実施の形態では、特定情報とは鏡面反射情報であり、方向ベクトルの変換は鏡面反射情報に応じたランダムな変位量を加減するものである。
ある画素（ｘ、ｙ）に対し、溝の方向ベクトルを示す角度をＧ（ｘ、ｙ）とする。また、ある画素（ｘ、ｙ）に対し、鏡面反射の鋭さをｎ（ｘ、ｙ）とする。そして、鏡面反射の鋭さｎ（ｘ、ｙ）に応じた最大変位量をＭ（ｘ、ｙ）とする。このとき、変換後の方向ベクトルを示す角度Ｇ´（ｘ、ｙ）は、Ｇ´（ｘ、ｙ）＝Ｇ（ｘ、ｙ）＋ＲＮＤ×Ｍ（ｘ、ｙ）と表すことができる。ここで、ＲＮＤは、例えば、−１≦ＲＮＤ≦１の範囲の一様分布に従う乱数である。
また、Ｍ（ｘ、ｙ）は鏡面反射の鋭さｎ（ｘ、ｙ）で一意に定まる関数であるから、Ｍ（ｎ）と表すこともできる。

関数Ｍ（ｎ）は、ｎ（ｘ、ｙ）に応じてＧ（ｘ、ｙ）を変位させる度合いを制御するものである。本実施の形態では、Ｍ（ｎ）は、完全鏡面（ｎが無限大）では０となり、ｎの減少とともに単調増加する関数とする。

図８は、関数Ｍ（ｎ）の一例を示す図である。
図８に示すように、関数Ｍ（ｎ）は、Ｍ（ｎ）＝ａ／ｎ（ａは定数）である。従って、関数Ｍ（ｎ）は、定数ａのパラメータによって決定される。本実施の形態では、パラメータは処理を開始する前に入力し、様々な値で変換処理を行うことができる。

尚、乱数ＲＮＤは、一様分布以外の他の分布、例えば正規分布に従うものとしても良い。どのような分布を用いるかは、媒体上に表現する立体像の特性等を考慮して判断する。
また、関数Ｍ（ｎ）は、図８に示すものに限定されるものではなく、ｎが無限大で０に収束し、ｎの減少とともに単調増加するようなものであれば良い。

次に、図９を参照しながら、媒体作製装置１ａの動作の詳細について説明する。
図９は、媒体作製装置１ａの処理手順を示すフローチャートである。

図９に示すように、制御部３は、立体形状設計手段２１によって立体形状を設計し、形状データを算出する（ステップ２０１）。ここで、立体形状設計手段２１は、対話的なモデリング処理である。すなわち、入力部１１による入力と表示部１３による表示を繰り返すことで立体形状が設計され、形状データが算出される。

次に、制御部３は、入力部１１を介して必要なパラメータが入力された後（ステップ２０２）、レンダリング処理を開始し、後続の処理を行う画素を決定する（ステップ２０３）。ここで、必要なパラメータとは、後述するステップ２０７で用いるものである。すなわち、前述した方向ベクトル変換手段２５ａの説明における、関数Ｍ（ｎ）の定数ａのパラメータを指す。

次に、制御部３は、法線ベクトル算出手段２２によって、ステップ２０３で決定された画素に対応する法線ベクトルを算出する（ステップ２０４）。

次に、制御部３は、方向ベクトル算出手段２３によって、ステップ２０４で算出された法線ベクトルの情報を継承した方向ベクトルを算出する（ステップ２０５）。

次に、制御部３は、鏡面反射情報算出手段２７によって、ステップ２０３で決定された画素に対応する鏡面反射情報を算出する（ステップ２０６）。

次に、制御部３は、方向ベクトル変換手段２５ａによって、ステップ２０５で算出された方向ベクトルの変換処理を行う（ステップ２０７）。方向ベクトル変換手段２５ａは、ステップ２０２で入力されたパラメータに従い、方向ベクトルの変換処理を行う。また、方向ベクトル変換手段２５ａは、ステップ２０６で算出された鏡面反射情報を処理に用いる。

次に、制御部３は、全ての画素について処理が終了したか確認する（ステップ２０８）。
処理が終了していない場合、ステップ２０３から繰り返す。
処理が終了している場合、ステップ２０９に進む。

次に、制御部３は、版下データ作成手段２６によって、ステップ２０３からステップ２０８までの処理によって算出された媒体上の溝の方向ベクトルを基に、版下データを作成する（ステップ２０９）。版下データは、各種の製版機器や切削機が利用可能なデータ形式で作成することが望ましい。また、版下データは、ネットワーク１９を介して、他のコンピュータにデータの送信を行っても良い。また、適当なファイル形式によるファイルに出力しても良い。また、表示部１３を介してディスプレイ装置に表示しても良い。

以上説明したように、第２の実施の形態によれば、制御部３は、立体形状設計手段２１によって、立体形状データを算出する。次に、制御部３は、法線ベクトル算出手段２２によって、画素単位の法線ベクトルを算出し、方向ベクトル算出手段２３によって、法線ベクトルの情報を継承した媒体上の溝の方向ベクトルを算出する。そして、制御部３は、鏡面反射情報算出手段２７によって、画素単位の鏡面反射情報を算出し、方向ベクトル変換手段２５ａによって、鏡面反射情報に応じて方向ベクトルの変換処理を行う。鏡面反射情報は、各画素における鏡面反射の鋭さであり、方向ベクトル変換手段２５ａにおける変位量の最大値は、完全鏡面では０となり、前記鏡面反射の鋭さの減少とともに単純増加するものである。更に、制御部３は、版下データ作成手段２６によって、変換された方向ベクトル群を基に版下データを作成する。

第２の実施の形態によって得られる版下データを用いて、表面が微小な溝の集合によって形成された媒体は、異方性反射特性を有することで、元のＣＧ画像に対してライティングを変化させたときのハイライトの変化を再現することができる。更に、鏡面反射情報に応じた方向ベクトルの変換によって、媒体上に表現された立体像は、鏡面反射が再現されたもの、すなわち、グロス感やマット感といった材質的な表現を認識できるものとなる。

尚、第１の実施の形態と第２の実施の形態を同時に実施することもできる。このときの方向ベクトルを変換する際に用いる変換式について説明する。ある画素（ｘ、ｙ）に対し、溝の方向ベクトルを示す角度をＧ（ｘ、ｙ）とする。また、ある画素（ｘ、ｙ）に対し、色彩情報（正規化した値、またはインデックス値）をＣ（ｘ、ｙ）、鏡面反射の鋭さをｎ（ｘ、ｙ）とする。そして、色彩情報Ｃ（ｘ、ｙ）に応じた変位量をＬ（ｘ、ｙ）、鏡面反射の鋭さｎ（ｘ、ｙ）に応じた最大変位量をＭ（ｘ、ｙ）とする。このとき、変換後の方向ベクトルを示す角度Ｇ´（ｘ、ｙ）は、Ｇ´（ｘ、ｙ）＝Ｇ（ｘ、ｙ）＋Ｌ（ｘ、ｙ）＋ＲＮＤ×Ｍ（ｘ、ｙ）と表すことができる。ここで、ＲＮＤは、例えば、−１≦ＲＮＤ≦１の範囲の一様分布に従う乱数である。
このようにして変換された方向ベクトル群を基に得られる版下データを用いて、表面が微小な溝の集合によって形成された媒体は、異方性反射特性を有することで、元のＣＧ画像に対してライティングを変化させたときのハイライトの変化を再現することができる。更に、色彩情報と鏡面反射情報とに応じた方向ベクトルの変換によって、媒体上に表現された立体像は、模様と鏡面反射の両方が再現されたものとなる。

以上、添付図面を参照しながら、本発明に係る媒体作製装置等の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、本願で開示した技術的思想の範疇内において、各種の変更例又は修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

媒体作製装置１（１ａ）を実現するコンピュータのハードウェア構成図 媒体作製装置１の機能の概要を示すブロック図 投影面Ｓ１上の法線ベクトルＮ１の１例を示す図 法線ベクトルＮ１の法線投影面Ｓ２への投影を示す図 媒体作製装置１の処理手順を示すフローチャート 媒体作製装置１ａの機能の概要を示すブロック図 物体表面の反射光強度を示す図 関数Ｍ（ｎ）の一例を示す図 媒体作製装置１ａの処理手順を示すフローチャート

符号の説明

１………媒体作製装置
３………制御部
５………記憶部
７………メディア入出力部
９………通信制御部
１１………入力部
１３………表示部
１５………周辺機器Ｉ／Ｆ部
１７………バス
１９………ネットワーク
２１………立体形状設計手段
２２………法線ベクトル算出手段
２３………方向ベクトル算出手段
２４………色彩情報算出手段
２５………方向ベクトル変換手段
２６………版下データ作成手段
２７………鏡面反射情報算出手段

Claims (18)

1. 表面が微小な溝の集合から形成された異方性反射特性を有する媒体の作製に用いる媒体作製装置であって、
   所望の立体形状を設計する立体形状設計手段と、
   前記立体形状の各画素における法線ベクトルを算出する法線ベクトル算出手段と、
   前記法線ベクトルの情報を継承した前記媒体上の前記溝の方向ベクトルを算出する方向ベクトル算出手段と、
   前記方向ベクトル群を前記立体形状の各画素における特定情報に応じて変換する方向ベクトル変換手段と、
   を具備することを特徴とする媒体作製装置。
2. 前記立体形状の各画素における色彩情報を算出する色彩情報算出手段、
   を更に具備し、
   前記方向ベクトル変換手段は、前記色彩情報に応じた変位量を加減するものであることを特徴とする請求項１に記載の媒体作製装置。
3. 前記色彩情報は、各画素における色彩に関するパラメータ値のいずれかを所定の範囲に正規化したものであることを特徴とする請求項２に記載の媒体作製装置。
4. 前記色彩情報は、各画素における色彩に関するパラメータ値のいずれかをインデックス化したものであることを特徴とする請求項２に記載の媒体作製装置。
5. 前記立体形状の各画素における鏡面反射情報を算出する鏡面反射情報算出手段、
   を更に具備し、
   前記方向ベクトル変換手段は、前記鏡面反射情報に応じたランダムな変位量を加減するものであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の媒体作製装置。
6. 前記鏡面反射情報は、各画素における鏡面反射の鋭さであることを特徴とする請求項５に記載の媒体作製装置。
7. 前記方向ベクトル変換手段における変位量の最大値は、完全鏡面では０となり、前記鏡面反射の鋭さの減少とともに単純増加するものであることを特徴とする請求項６に記載の媒体作製装置。
8. 前記方向ベクトル変換手段によって変換された方向ベクトル群を基に版下データを作成する版下データ作成手段、
   を更に具備することを特徴とする請求項１から請求項７のいずれかに記載の媒体作製装置。
9. 表面が微小な溝の集合から形成された異方性反射特性を有する媒体の作製方法であって、
   所望の立体形状を設計するステップと、
   前記立体形状の各画素における法線ベクトルを算出するステップと、
   前記法線ベクトルの情報を継承した前記媒体上の前記溝の方向ベクトルを算出するステップと、
   前記方向ベクトル群を前記立体形状の各画素における特定情報に応じて変換するステップと、
   を含むことを特徴とする媒体作製方法。
10. 前記立体形状の各画素における色彩情報を算出するステップ、
    を更に含み、
    前記方向ベクトルを変換するステップは、前記色彩情報に応じた変位量を加減するものであることを特徴とする請求項９に記載の媒体作製方法。
11. 前記色彩情報は、各画素における色彩に関するパラメータ値のいずれかを所定の範囲に正規化したものであることを特徴とする請求項１０に記載の媒体作製方法。
12. 前記色彩情報は、各画素における色彩に関するパラメータ値のいずれかをインデックス化したものであることを特徴とする請求項１０に記載の媒体作製方法。
13. 前記立体形状の各画素における鏡面反射情報を算出するステップ、
    を更に含み、
    前記方向ベクトルを変換するステップは、前記鏡面反射情報に応じたランダムな変位量を加減するものであることを特徴とする請求項９または請求項１０に記載の媒体作製方法。
14. 前記鏡面反射情報は、各画素における鏡面反射の鋭さであることを特徴とする請求項１３に記載の媒体作製方法。
15. 前記方向ベクトルを変換するステップにおける変位量の最大値は、完全鏡面では０となり、前記鏡面反射の鋭さの減少とともに単純増加するものであることを特徴とする請求項１４に記載の媒体作製方法。
16. 前記方向ベクトルを変換するステップによって変換された方向ベクトル群を基に版下データを作成するステップ、
    を更に含むことを特徴とする請求項９から請求項１５のいずれかに記載の媒体作製方法。
17. コンピュータを請求項１から請求項８までのいずれかに記載の媒体作製装置として機能させるプログラム。
18. 請求項１６に記載の媒体作製方法によって作成された前記版下データに基づいて、表面に微小な溝を形成することによって作製された前記媒体。

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