JP6624942B2 - 投影システム、プロジェクター装置、および、プログラム - Google Patents
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Description
投影部は、投影面に画像を投影する投影部であって、画像の垂直方向を規定する縦基準線を有する第1テスト画像を投影するとともに、画像の水平方向を規定する横基準線を有する第2テスト画像を投影する。
(1A)投影画像調整部は、3次元形状測定部により計測された3次元形状データに基づいて、投影部の投影軸と投影面との交点である投影中心点を通り、投影面の法線上の点である第1点から見たときに、幾何学的な画像歪みが低減された状態とするように、第1テスト画像に対して画像変換処理である補正処理を実行する。
(2A)投影画像調整部は、制御信号に従い第1回転角度を決定し、第1点から投影面を見たときに、補正処理後の第1テスト画像の投影部による投影面への投影画像が投影中心点を中心として、第1回転角度だけ回転した画像となるように、補正処理後の第1テスト画像に対して画像変換処理である第1回転処理を実行する。
(1B)投影画像調整部は、3次元形状測定部により計測された3次元形状データに基づいて、投影部の投影軸と投影面との交点である投影中心点を通り、投影面の法線上の点である第1点から見たときに、幾何学的な画像歪みが低減された状態とするように、第2テスト画像に対して画像変換処理である補正処理を実行する。
(2B)投影画像調整部は、制御信号に従い第2回転角度を決定し、第1点から投影面を見たときに、補正処理後の第2テスト画像の投影部による投影面への投影画像が投影中心点を中心として、第2回転角度だけ回転した画像となるように、補正処理後の第2テスト画像に対して画像変換処理である第2回転処理を実行する。
(3)投影画像調整部は、第1回転処理後の第1テスト画像の投影面上の縦基準線を含む直線である第1直線と、第2回転処理後の第2テスト画像の投影面上の縦基準線を含む直線である第2直線とに基づいて、第1直線と第2直線とが直交して見える視点候補点を決定し、決定した視点候補点から見たときに幾何学的な画像歪みが低減された状態とするように、投影面に投影される画像を変換する視点特定処理を実行する。
第1回転処理後の第1テスト画像の投影面上の縦基準線を含む直線である第1直線上の点を点Paとし、点Paの座標を(ax,ay,az)とし、
第2回転処理後の第2テスト画像の投影面上の横基準線を含む直線である第2直線上の点を点Pbとし、点Pbの座標を(bx,by,bz)とし、
第1直線と第2直線との交点を点Pcとして算出し、算出した点Pcの座標を(cx,cy,cz)としたとき、
A=−ax×by+ay×bx
B=−ax×bz+az×bx
C=−az×by+ay×bz
に相当する処理を実行し、係数A、B、Cを取得する。
R=Rz・Ry・Rx
に相当する処理を実行することで取得し、上記回転行列の逆行列をR−1として取得する。
コントローラからの制御信号に基づいて、角度θを決定する。
(1A)投影画像調整ステップは、3次元形状測定ステップにより計測された3次元形状データに基づいて、投影ステップで画像を投影するための投影軸と投影面との交点である投影中心点を通り、投影面の法線上の点である第1点から見たときに、幾何学的な画像歪みが低減された状態とするように、第1テスト画像に対して画像変換処理である補正処理を実行する。
(2A)投影画像調整ステップは、制御信号に従い第1回転角度を決定し、第1点から投影面を見たときに、補正処理後の第1テスト画像の投影ステップによる投影面への投影画像が投影中心点を中心として、第1回転角度だけ回転した画像となるように、補正処理後の第1テスト画像に対して画像変換処理である第1回転処理を実行する。
(1B)投影画像調整ステップは、3次元形状測定ステップにより計測された3次元形状データに基づいて、投影ステップで画像を投影するための投影軸と投影面との交点である投影中心点を通り、投影面の法線上の点である第1点から見たときに、幾何学的な画像歪みが低減された状態とするように、第2テスト画像に対して画像変換処理である補正処理を実行する。
(2B)投影画像調整ステップは、制御信号に従い第2回転角度を決定し、第1点から投影面を見たときに、補正処理後の第2テスト画像の投影ステップによる投影面への投影画像が投影中心点を中心として、第2回転角度だけ回転した画像となるように、補正処理後の第2テスト画像に対して画像変換処理である第2回転処理を実行する。
(3)投影画像調整ステップは、第1回転処理後の第1テスト画像の投影面上の縦基準線を含む直線である第1直線と、第2回転処理後の第2テスト画像の投影面上の縦基準線を含む直線である第2直線とに基づいて、第1直線と第2直線とが直交して見える視点候補点を決定し、決定した視点候補点から見たときに幾何学的な画像歪みが低減された状態とするように、投影面に投影される画像を変換する視点特定処理を実行する。
第1実施形態について、図面を参照しながら、以下、説明する。
図1は、第1実施形態に係る投影システム1000の概略構成図である。
以上のように構成された投影システム1000の動作について、以下、説明する。
なお、傾斜天井CLは、上記のように、床FLと平行な平面(ab平面)に対して、回転軸をb軸として回転させた平面となる場合のみに限定されることはない。例えば、傾斜天井CLは、床FLと平行な平面(ab平面)に対して、回転軸をb軸として角度αだけ回転させ、さらに、回転軸をa軸として角度βだけ回転させた平面と一致する平面であってもよい。
まず、3次元形状測定処理について、説明する。
次に、補正処理について、説明する。
次に、第1回転処理について、説明する。
なお、第1回転処理部13は、3次元形状データ3D_dataと、投影部3の投影点についての情報P_prjとを用いずに、信号Sig1に基づいて、、補正部11から出力される画像D2に対して第1回転処理を実行するようにしてもよい。この場合、3次元形状データ3D_dataと、投影部3の投影点についての情報P_prjとは、第1回転処理部13に入力されなくてもよい。
図9は、第2回転処理に用いるテスト画像Img1の一例である第2テスト画像Img1_T2を示す図である。
次に、第2回転処理について、説明する。
なお、第2回転処理部14は、3次元形状データ3D_dataと、投影部3の投影点についての情報P_prjとを用いずに、信号Sig1に基づいて、、補正部11から出力される画像D3に対して第2回転処理を実行するようにしてもよい。この場合、3次元形状データ3D_dataと、投影部3の投影点についての情報P_prjとは、第2回転処理部14に入力されなくてもよい。
次に、視点特定処理について、説明する。
Data(Pa)=(ax,ay,az)
Data(Pb)=(bx,by,bz)
Data(Pc)=(cx,cy,cz)
交点算出部1511は、取得した点PaのデータData(Pa)と、取得した点PbのデータData(Pb)と、を係数算出部1512に出力する。
A=−ax×by+ay×bx
B=−ax×bz+az×bx
C=−az×by+ay×bz
に相当する処理を実行し、係数A、B、Cを取得する。
R=Rz・Ry・Rx
に相当する処理(行列の合成処理)を行い、合成行列Rを取得する。
(1)by’>0のとき(−π/2<θ<0)
(1)傾斜天井平面CL内で投影画像を、ユーザーから見たときに、第1テスト画像Img1_T1の縦中心線L1vが垂直に見えるように回転させる処理(第1回転処理)。
(2)傾斜天井平面CL内で投影画像を、ユーザーから見たときに、第2テスト画像Img1_T2の横中心線L1hが水平に見えるように回転させる処理(第2回転処理)。
(3)第1回転処理の完了後において、傾斜天井CLに投影されている第1テスト画像Img1_T1の縦中心線L1vを含む第1直線と、第2回転処理の完了後において、傾斜天井CLに投影されている第2テスト画像Img1_T2の横中心線L1hを含む第2直線と、に基づいて、視点候補点を特定し、特定した視点候補点から見たときに、幾何的な歪のない画像を生成し、当該画像を投影する処理(視点特定処理)。
次に、投影システム1000で実行される投影方法について、説明する。
ステップS1において、投影システム1000では、第1回転処理が実行される。
ステップS2において、投影システム1000では、第2回転処理が実行される。
ステップS3において、投影システム1000では、視点特定処理が実行される。
ステップS301において、視点候補取得部151の交点算出部1511は、第1回転処理部13から出力される検出信号Det1から、第1直線のデータを取得し、状態4Aにおける縦中心線L1vを含む直線上(第1直線上)の点Paの座標データData(Pa)(=(ax,ay,az))を取得する。
ステップS302において、交点算出部1511は、第1直線と第2直線の交点Pcの座標データData(Pc)(=(cx,cy,cz))を取得する。例えば、交点算出部1511は、第1直線の直線方程式と、第2直線の直線方程式とを求め、求めた第1直線の直線方程式と、第2直線の直線方程式とから、算出により、第1直線と第2直線の交点Pcの座標データData(Pc)(=(cx,cy,cz))を取得する。
Data(Pa)=(ax,ay,az)
Data(Pb)=(bx,by,bz)
Data(Pc)=(cx,cy,cz)
(ステップS303):
ステップS303において、係数算出部1512は、点PaのデータData(Pa)と、点PbのデータData(Pb)とから、
A=−ax×by+ay×bx
B=−ax×bz+az×bx
C=−az×by+ay×bz
に相当する処理を実行し、係数A、B、Cを取得する。
ステップS304において、変換行列取得部1513は、係数A、B、Cと、点PaのデータData(Pa)とを用いて、以下の数式に相当する処理を実行することで、変換行列Rx、Ry、Rzを取得する。
ステップS305において、変換行列合成部1514は、変換行列Rx、Ry、Rzから、
R=Rz・Ry・Rx
に相当する処理(行列の合成処理)を行い、合成行列Rを取得する。
ステップS306において、逆変換行列取得部1515は、合成行列Rから、逆変換行列R−1を取得する。
ステップS307において、変換部1516は、合成行列Rと、点PaのデータData(Pb)とを用いて、以下の数式に相当する処理を実行することで、点Pb’についてのデータ(座標データ)を取得する。
ステップS308において、角度取得部1518は、第1インターフェース6から出力される信号Sig1を入力し、信号Sig1に基づいて、角度θを取得する。角度取得部1518は、例えば、信号Sig1が入力された場合、信号Sig1の信号値に基づいて、角度θが、信号Sigが入力される前に設定されていた角度から、所定の角度だけ変化するように角度θを変化させる。
ステップS309において、視点候補点算出部1519は、データData(Pc)と、角度θと、係数A’と、データData(Pb’)と、逆変換行列R−1とに基づいて、以下の数式に相当する処理を実行することで、視点候補点の座標データVp_cand(=(x,y,z))を取得する。
(1)by’>0のとき(−π/2<θ<0)
ステップS310において、投影画像取得部152は、3次元形状データ3D_dataと、投影部3の投影点についての情報P_prjとに基づいて、入力される第3テスト画像Img1_T3を、座標データVp_cand(=(x,y,z))により特定される視点候補点から見たときに、幾何的な歪みが発生しない画像に変換する。
ステップS311において、投影部3は、ステップS310で取得された画像(画像Dout(画像D41))を傾斜天井CLに投影する。
ステップS312において、ユーザーは、傾斜天井CLに投影されている第3テスト画像Img1_T3の歪度合いがない(十分小さい)か否かを判断する。
(1)傾斜天井平面CL内で投影画像を、ユーザーから見たときに、第1テスト画像Img1_T1の縦中心線L1vが垂直に見えるように回転させる処理(第1回転処理)。
(2)傾斜天井平面CL内で投影画像を、ユーザーから見たときに、第2テスト画像Img1_T2の横中心線L1hが水平に見えるように回転させる処理(第2回転処理)。
(3)第1回転処理の完了後において、傾斜天井CLに投影されている第1テスト画像Img1_T1の縦中心線L1vを含む第1直線と、第2回転処理の完了後において、傾斜天井CLに投影されている第2テスト画像Img1_T1の横中心線L1hを含む第2直線と、に基づいて、視点候補点を特定し、特定した視点候補点から見たときに、幾何的な歪のない画像を生成し、当該画像を投影する処理(視点特定処理)。
なお、ここで、上記視点特定処理の原理について、説明する。
A0=(ax0,ay0,az0)
B0=(bx0,by0,bz0)
C0=(cx0,cy0,cz0)
とし、ベクトルVec(C0,A0)(点C0から点A0へのベクトル)と、ベクトルVec(C0,B0)(点C0から点B0へのベクトル)とが直交して見える点をPxとする。
(1)ある点P0(例えば、z軸上のある点(0,0,1))から見て、ベクトルVec(C0,A0)と、ベクトルVec(C0,B0)とが直交して見えるようになる幾何変換を求める。なお、ここでは、説明便宜のために、点P0を(0,0,1)として、以下説明する。
P0=GmtrCnv(Px)
Px=(x,y,z)
P0=(0,0,1)
GmtrCnv:幾何変換
(2)点P0に、(1)で求めた幾何変換の逆変換を施した点からは、ベクトルVec(C0,A0)と、ベクトルVec(C0,B0)とが直交して見えるはずである。したがって、
Px=GmtrCnv−1(P0)
GmtrCnv−1:幾何変換GmtrCnvの逆変換
に相当する処理を行うことで、ベクトルVec(C0,A0)(点C0から点A0へのベクトル)と、ベクトルVec(C0,B0)(点C0から点B0へのベクトル)とが直交して見える点Pxを求めることができる。なお、以下では、m0点からm1点へのベクトルをVec(m0,m1)と表記する。
A0=(ax,ay,az)
B0=(bx,by,bz)
C0=(0,0,0)
である場合について、説明する。
A0’=(ax’,ay’,az’)=(0,ay’,0)
B0’=(bx’,by’,bz’)=(bx’,by’,0)
上記回転処理を行う行列は、以下のように表すことができる。
R=Rx・Ry・Rz
なお、Rxは、x軸を中心とする回転処理を表す行列であり、Ryは、y軸を中心とする回転処理を表す行列であり、Rzは、z軸を中心とする回転処理を表す行列である。
A0’’=(ax’’,ay’’,az’’)=(0,ay’’,az’’)
B0’’=(bx’’,by’’,bz’’)=(bx’’,0,bz’’)
図19は、上記処理を実行した後の点A0’’、点B0’’、点C0’’(=点C0)を示す図である。
そして、上記回転処理を実行させる回転行列R’は、以下の通りである。
V’=(0,0,1)
図12(状態4A)における点Pcから点Paまでのベクトルを、上記のベクトルVec(C0,A0)とし、図12(状態4A)における点Pcから点Pbまでのベクトルを、上記のベクトルVec(C0,B0)とすることで、上記と同様にして、図12(状態4A)の点Pc、点Paを通る直線(第1直線)と、点Pc、点Pbを通る直線(第2直線)とが直交して見える点(視点候補点Vp)を算出することができる。
上記実施形態において、第1インターフェース、および/または、第2インターフェースは、無線通信用のインターフェースであってもよいし、有線通信用のインターフェースであってもよい。
100 プロジェクター装置
1 投影画像調整部
2 テスト画像記憶部
3 投影部
4 3次元形状測定部
5 3次元形状データ記憶部
6 第1インターフェース
Claims (9)
- 左眼視点と右眼視点とを含む平面に平行な平面であって、右眼角膜および左眼角膜の共通の接平面である前記平面に対して、傾斜した平面を投影面とし、ユーザーの視点から見たときに幾何学的な画像歪みが低減された状態となるように画像を投影する投影システムであって、
前記投影面に画像を投影する投影部であって、画像の垂直方向を規定する縦基準線を有する第1テスト画像を投影するとともに、画像の水平方向を規定する横基準線を有する第2テスト画像を投影する前記投影部と、
前記投影面の3次元形状を測定する3次元形状測定部と、
ユーザーの操作に基づく制御信号を生成するコントローラと、
(1A)前記3次元形状測定部により計測された3次元形状データに基づいて、前記投影部の投影軸と前記投影面との交点である投影中心点を通る前記投影面の法線上の点である第1点から見たときに、幾何学的な画像歪みが低減された状態となるように、前記第1テスト画像に対して画像変換処理である補正処理を実行し、
(2A)前記制御信号に従い第1回転角度を決定し、前記第1点から前記投影面を見たときに、前記補正処理後の前記第1テスト画像の前記投影部による前記投影面への投影画像が前記投影中心点を中心として、前記第1回転角度だけ回転した画像となるように、前記補正処理後の前記第1テスト画像に対して画像変換処理である第1回転処理を実行し、
(1B)前記3次元形状測定部により計測された3次元形状データに基づいて、前記投影部の投影軸と前記投影面との交点である投影中心点を通る前記投影面の法線上の点である第1点から見たときに、幾何学的な画像歪みが低減された状態となるように、前記第2テスト画像に対して画像変換処理である補正処理を実行し、
(2B)前記制御信号に従い第2回転角度を決定し、前記第1点から前記投影面を見たときに、前記補正処理後の前記第2テスト画像の前記投影部による前記投影面への投影画像が前記投影中心点を中心として、前記第2回転角度だけ回転した画像となるように、前記補正処理後の前記第2テスト画像に対して画像変換処理である第2回転処理を実行し、
(3)前記第1回転処理後の前記第1テスト画像の前記投影面上の前記縦基準線を含む直線である第1直線と、前記第2回転処理後の前記第2テスト画像の前記投影面上の前記縦基準線を含む直線である第2直線とに基づいて、前記第1直線と前記第2直線とが直交して見える視点候補点を決定し、決定した視点候補点である決定視点候補点から見たときに幾何学的な画像歪みが低減された状態となるように、前記投影面に投影される画像を変換する視点特定処理を実行する、投影画像調整部と、
を備え、
前記投影画像調整部は、
前記第1回転処理を実行して、前記第1テスト画像の前記縦基準線に対応する、前記第1テスト画像の前記投影画像上の線が、ユーザーの視点から見たときに、垂直な直線となる状態である第1状態となった後、前記第2回転処理を実行し、
さらに、前記投影画像調整部は、
前記第2回転処理を実行することで、前記第2テスト画像の前記横基準線に対応する、前記第2テスト画像の前記投影画像上の線が、ユーザーの視点から見たときに、水平な直線となる状態である第2状態となった後、前記視点特定処理を実行し、
さらに、前記投影画像調整部は、
前記コントローラからの前記制御信号に従い、現時点よりも前に設定された前記決定視点候補点を、前記視点候補点に含まれる点であって、現時点よりも前に設定された前記決定視点候補点以外の点に変更することで、前記決定視点候補点を変更し、変更した前記決定視点候補点を用いて、前記視点特定処理を実行する、
投影システム。 - 前記投影画像調整部は、
前記投影部の光軸をz軸とし、前記投影部の光軸を法線とする平面をxy平面とするようにx軸およびy軸を設定したxyz座標空間において、
前記第1回転処理後の前記第1テスト画像の前記投影面上の前記縦基準線を含む直線である第1直線上の点を点Paとし、点Paの座標を(ax,ay,az)とし、
前記第2回転処理後の前記第2テスト画像の前記投影面上の前記横基準線を含む直線である第2直線上の点を点Pbとし、点Pbの座標を(bx,by,bz)とし、
前記第1直線と前記第2直線との交点を点Pcとして算出し、算出した点Pcの座標を(cx,cy,cz)としたとき、
A=−ax×by+ay×bx
B=−ax×bz+az×bx
C=−az×by+ay×bz
に相当する処理を実行し、係数A、B、Cを取得し、
により、回転行列Rx,Ry、Rzを取得し、
回転行列Rx,Ry、Rzの合成行列をR
R=Rz・Ry・Rx
に相当する処理を実行することで取得し、
前記回転行列の逆行列をR−1として取得し、
点Pbの座標(bx,by,bz)に対して、前記合成行列により変換した点を点Pb’として取得し、点Pb’の座標を(bx’,by’,bz’)として取得し、
前記コントローラからの前記制御信号に基づいて、角度θを決定し、
係数A’を
により取得し、
前記視点候補点の座標(x,y,z)を、
V’=(0,0,1)
により算出する、
請求項1に記載の投影システム。 - 前記第1テスト画像は、表示画面に表示されている状態において、前記第1テスト画像の中心点を通る前記縦基準線を含む、
請求項1又は2に記載の投影システム。 - 前記第2テスト画像は、表示画面に表示されている状態において、前記第2テスト画像の中心点を通る前記横基準線を含む、
請求項1又は2に記載の投影システム。 - 前記第1テスト画像は、
表示画面に表示されている状態において、画像上の上部を判別することができるパターンを含む画像である、
請求項1から4のいずれかに記載の投影システム。 - 前記視点特定処理が実行される場合、
前記投影画像調整部は、
複数の正方形の格子パターンからなる格子状パターンを含む第3テスト画像に対して、前記視点特定処理を実行し、
前記投影部は、前記視点特定処理の実行後の前記第3テスト画像を前記投影面に投影する、
請求項1から5のいずれかに記載の投影システム。 - 前記第3テスト画像は、
第1の模様を有する第1格子パターンと、第2の模様を有する第2格子パターンとが、幾何学的な歪みがない状態において、前記第3テスト画像上の第1方向、および、前記第3テスト画像上において前記第1方向と直交する第2方向において、交互に配置されることで形成される格子状パターンを含む画像である、
請求項6に記載の投影システム。 - 請求項1から7のいずれかに記載の投影システムに用いられるプロジェクター装置であって、
前記投影部と、前記投影画像調整部とを備える、
プロジェクター装置。 - ユーザーの操作に基づく制御信号を生成するコントローラを用いて実行される投影方法であって、左眼視点と右眼視点とを含む平面に平行な平面であって、右眼角膜および左眼角膜の共通の接平面である前記平面に対して、傾斜した平面を投影面とし、ユーザーの視点から見たときに幾何学的な画像歪みが低減された状態となるように画像を投影する投影方法をコンピュータで実行するためのプログラムであって、
前記投影面に画像を投影する投影ステップであって、画像の垂直方向を規定する縦基準線を有する第1テスト画像を投影するとともに、画像の水平方向を規定する横基準線を有する第2テスト画像を投影する前記投影ステップと、
前記投影面の3次元形状を測定する3次元形状測定ステップと、
と、
(1A)前記3次元形状測定ステップにより計測された3次元形状データに基づいて、前記投影ステップで画像を投影するための投影軸と前記投影面との交点である投影中心点を通る前記投影面の法線上の点である第1点から見たときに、幾何学的な画像歪みが低減された状態となるように、前記第1テスト画像に対して画像変換処理である補正処理を実行し、
(2A)前記制御信号に従い第1回転角度を決定し、前記第1点から前記投影面を見たときに、前記補正処理後の前記第1テスト画像の前記投影ステップによる前記投影面への投影画像が前記投影中心点を中心として、前記第1回転角度だけ回転した画像となるように、前記補正処理後の前記第1テスト画像に対して画像変換処理である第1回転処理を実行し、
(1B)前記3次元形状測定ステップにより計測された3次元形状データに基づいて、前記投影ステップで画像を投影するための投影軸と前記投影面との交点である投影中心点を通る前記投影面の法線上の点である第1点から見たときに、幾何学的な画像歪みが低減された状態となるように、前記第2テスト画像に対して画像変換処理である補正処理を実行し、
(2B)前記制御信号に従い第2回転角度を決定し、前記第1点から前記投影面を見たときに、前記補正処理後の前記第2テスト画像の前記投影ステップによる前記投影面への投影画像が前記投影中心点を中心として、前記第2回転角度だけ回転した画像となるように、前記補正処理後の前記第2テスト画像に対して画像変換処理である第2回転処理を実行し、
(3)前記第1回転処理後の前記第1テスト画像の前記投影面上の前記縦基準線を含む直線である第1直線と、前記第2回転処理後の前記第2テスト画像の前記投影面上の前記縦基準線を含む直線である第2直線とに基づいて、前記第1直線と前記第2直線とが直交して見える視点候補点を決定し、決定した視点候補点である決定視点候補点から見たときに幾何学的な画像歪みが低減された状態となるように、前記投影面に投影される画像を変換する視点特定処理を実行する、投影画像調整ステップと、
を備え、
前記投影画像調整ステップでは、
前記第1回転処理を実行して、前記第1テスト画像の前記縦基準線に対応する、前記第1テスト画像の前記投影画像上の線が、ユーザーの視点から見たときに、垂直な直線となる状態である第1状態となった後、前記第2回転処理を実行し、
さらに、前記投影画像調整ステップでは、
前記第2回転処理を実行することで、前記第2テスト画像の前記横基準線に対応する、前記第2テスト画像の前記投影画像上の線が、ユーザーの視点から見たときに、水平な直線となる状態である第2状態となった後、前記視点特定処理を実行し、
さらに、前記投影画像調整ステップでは、
前記コントローラからの前記制御信号に従い、現時点よりも前に設定された前記決定視点候補点を、前記視点候補点に含まれる点であって、現時点よりも前に設定された前記決定視点候補点以外の点に変更することで、前記決定視点候補点を変更し、変更した前記決定視点候補点を用いて、前記視点特定処理を実行する、
投影方法をコンピュータで実行するためのプログラム。
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