JPH06231274A - ３次元シミュレーション方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】２次元画像を３次元形状データにマッピングし
て立体形状を確認する３次元シミュレーションにおい
て、２次元画像の変更を行った場合に、迅速に変更後の
３次元画像を得ることを目的とする。 【構成】ラベルのデザイン等を表す２次元画像をボトル
の形状等の３次元形状データにマッピングしレンダリン
グを施すことで、２次元画像の各点の投影面上の位置及
び色変化を求めて対応テーブルとして記憶装置３に記憶
しておく。２次元画像の変更があった場合、ＣＰＵ４は
変換テーブルに基づいて変更後の２次元画像の各点の投
影面上の位置と色を求め３次元シミュレーションを行
う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ラベル等の平面デザイ
ンがボトルなどの立体物に貼り付けられた場合にどのよ
うに見えるかをコンピュータグラフィックスの手法を用
いてシミュレーションするシステムに関するものであ
り、詳しくはテザインの変更や修正を行う場合に、過去
のシミュレーションのデータを基にして、容易かつ迅速
に変更後のシミュレーション画像を得ることができるシ
ミュレーションシステムに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、コンピュータグラフィックス
の手法を用いて、実際に物を作ることなく完成イメージ
をシミュレーションすることが行われている。例えば、
ボトル等のラベルのデザイン設計においては、平面的な
ラベルのデザインを決定後、そのラベルをボトルに貼着
した際のイメージを把握する必要があるため、２次元上
で作成したラベルデザインを予め定義しておいた立体形
状に貼り付けるいわゆるマッピングを施し、マッピング
された３次元形状データをディスプレイ等の投影面に投
影し、色付けや陰影付けを行ういわゆるレンダリングを
行って３次元画像を得る３次元コンピュータ・グラフィ
ックスシステムが各種開発されている。

【０００３】従来のシミュレーションの手法を図５を参
照して説明する。まず、２次元画像Ｔを３次元形状デー
タＳの表面にマッピングさせる。これは、３次元形状Ｓ
をベジェ、Ｂ−スプライン、ＮＵＲＢＳ等の数式で表現
しておき、その数式に従って２次元画像Ｔの点Ｘを３次
元形状Ｓ上の点Ｘに対応させる座標変換を行う。

【０００４】この例では、３次元形状Ｓは（ｓ、ｔ）の
中心角及び中心からの距離でＸが表現できるが、実際に
２次元画像Ｔの点Ｘを３次元形状Ｓ上の点Ｘに対応させ
るＸ→Ｘの座標変換を行うには、２次元画像Ｔがｍ（ｐ
ｉｘｅｌ）×ｎ（ｐｉｘｅｌ）から成り立っていれば、
中心角ｓをｍ等分、ｔをｎ等分することにより計算が行
える。以上のようにして３次元形状に２次元画像をマッ
ピングさせた後、光源から物体に当たって目に入るまで
の光をレイトレーシング等の手法により求めることで、
２次元画像Ｔ上の点ｘが、ディスプレイのどの位置に何
色で表示されるのかを求めることができ、ディスプレイ
上に３次元形状データを表示することができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
のコンピュータ・グラフィックスによるシミュレーショ
ンシステムは、画像データに対して複雑な計算を行わな
ければならないため、計算量が膨大となり処理の時間と
手間を必要とするものである。従って、２次元画像を修
正又は変更して再度同じ３次元形状データにマッピング
させた画像を得ようとすると、改めて２次元画像の３次
元物体上へのマッピング計算や、照明光や観察者の視点
を考慮した３次元形状データの投影面への投影計算を行
う必要があるため、多大な計算時間が必要となり、その
度に人間の思考が中断されてしまうため、デザイン決定
がスムースに出来ないという問題点があった。

【０００６】本発明は上記のような課題を解決するため
に成されたもので、その目的は２次元画像の修正や変更
を行った場合に、迅速に３次元画像を得ることのできる
３次元シミュレーションシステムを提供することにあ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するためになされたものであり、請求項１記載の発明
は、２次元画像を３次元物体データにマッピングして投
影面上に投影することで３次元のシミュレーションを行
い、２次元画像の各点が投影面上のどの位置に対応する
かを表す位置対応データ及び２次元画像の各点の色が投
影面上でどのような色であらわされているかを示す色変
化データを求めておき、この位置対応データ及び色変化
データに基づいて入力された２次元画像の各点の投影面
上の位置及び色を求め立体画像を生成することを特徴と
する３次元シミュレーション方法である。

【０００８】また、請求項２記載の発明は、２次元画像
を３次元物体データにマッピングし、このマッピングさ
れた３次元データを投影面上に投影することで立体画像
を生成する３次元シミュレーション装置であって、２次
元画像の各点が投影面上のどの位置に対応するかを表す
位置対応データ及び２次元画像の各点の色が投影面上で
どのような色で表されているかを示す色変化データを記
憶する対応テーブルと、入力された２次元画像に対して
前記位置対応データ及び色変化データに基づいて２次元
画像の各点の投影面上の位置及び色を求め立体画像を生
成する画像生成手段を具備することを特徴とする３次元
シミュレーション装置である。

【０００９】

【作用】本発明の３次元シミュレーション方法及び装置
によれば、ラベルのデザイン等を表す２次元画像をボト
ルの形状等の３次元形状データにマッピングさせた時
に、２次元画像の各点が投影面上のどの位置に対応する
かを表す位置対応データと、２次元画像の各点の色が投
影面上でどのような色で表されているかの色変化データ
を求めて対応テーブルを予め作成しておく。２次元画像
の修正又は変更があり新たな２次元画像が作成された場
合には前記変換テーブルの位置対応データを参照して変
更又は修正された２次元画像の各点の投影面上の位置を
求め、また色変化データから２次元画像の各点がどのよ
うな色に変化するかを求める。このようにして求めた位
置及び色のデータに基づいて立体画像を生成する。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の一実施例について図面を参照
して詳細に説明する。図１は、本実施例による３次元シ
ミュレーションシステムの構成例を示すブロック図であ
る。図１に示すように、本実施例の３次元シミュレーシ
ョンシステムは、入力装置１と、ディスプレイ２，記憶
装置３、ＣＰＵ４、ハードコピー機等の出力装置５とか
ら概略構成されている。

【００１１】入力装置１は、シミュレーションに用いる
２次元画像と３次元物体の形状データを入力するもので
あり、前者としては例えばフラットベットスキャナー等
の画像入力装置、後者としては３次元ＣＡＤシステム等
の立体形状データの入力装置からなる。

【００１２】ディスプレイ２は、ラベル等の２次元画像
を表示するとともに、２次元画像を３次元形状データに
マッピングした画像を表示するものである。記憶装置３
は、入力された２次元画像と３次元形状データ等をそれ
ぞれ記憶するとともに、シミュレーション後のデータを
記憶するものである。また、記憶装置３はシミュレーシ
ョン結果をもとに２次元画像と３次元データとの各ピク
セルの位置及び色の対応データを記憶するものである。

【００１３】ＣＰＵ４は、テクスチュアマッピング等の
手法により２次元画像を３次元形状データにマッピング
し、レイ・トレーシング等の手法により３次元のシミュ
レーション画像を得るものである。そして、このシミュ
レーションデータを基に、２次元画像の各ピクセルが投
影面のどの位置に対応しているかを示す位置対応データ
と、２次元画像の各ピクセルの色が３次元形状データに
マッピングされ、投影面に投影されたときにどのような
色に変化したかを対応付けた色変化データとを抽出する
ものである。又、２次元画像に修正・変更等があった場
合に、前記求めた位置及び色変化データに基づいて、修
正・変更のシミュレーションを行うものである。

【００１４】出力手段５は上記のようにして求めたシミ
ュレーション画像を、カラーハードコピーとして出力す
るものである。

【００１５】以上のように構成した、本実施例のシミュ
レーション装置の作用について、図２に示すフローチャ
ートに基づいて説明する。まず、２次元画像を作成する
（ステップＳＰ１）。これは、別システムで作成した画
像データを入力装置１を用いて入力するか、あるいは、
通常の２次元コンピュータグラフィックスにより、本シ
ステム内で対話的に作成してもよい。次に、過去のシミ
ュレーション結果に基づいた対象テーブルの有無を判断
（ステップＳＰ２）、過去に対象テーブルを作成してい
ればステップＳＰ４に進む。過去に対応テーブルを作成
しておらず、今回が初めてのシミュレーションの場合
は、対応テーブルの作成を行う（ステップＳＰ３）

【００１６】この対応テーブルについて説明する。先ず
２次元画像作成プログラムで作成したか、或いはスキャ
ナー等から入力した２次元画像に、図３のようにピクセ
ル（画素）単位でｘ及びｙ座標を与える。そして、２次
元画像の全てのピクセルに単一のダミー色（Ｒ_d 、
Ｇ_d 、Ｂ_d ）を与えておき（例えば，（Ｒ、Ｇ、Ｂ）＝
（１２７、１２７、１２７））このデータに対して３次
元形状データへのマッピング及びレンダリングを行う。

【００１７】これにより、マッピングの際に座標
（ｘ₁ 、ｙ₁ ）で表される２次元画像のピクセルが、３
次元形状データのどの座標位置（ｘ₂ 、ｙ₂ ）にマッピ
ングされるのかの対応を求めておく。更に、レンダリン
グにより３次元画像の各ピクセルが図４に示す投影面の
どの座標位置（ｘ₃ 、ｙ₃ ）に投影されるかの対応を求
めておく。以上のデータから、２次元画像から投影面へ
の各ピクセルの位置対応（ｘ ₁ 、ｙ₁ ）→（ｘ₃ 、
ｙ₃ ）を表す位置対応データを２次元画像の全ピクセル
分抽出しておく。

【００１８】また、同様にレンダリングによって２次元
画像に与えたダミー色（Ｒ_d 、Ｇ_d、Ｂ_d ）が、レンダ
リング後に陰影付け等によってどのような色（Ｒ_a 、Ｇ
_a 、Ｂ_a ）に変化したかという色変化データも求めてお
く。以上の２つような位置対応データと色変化データを
基に、図６に示すような対応テーブルを作成する。この
例では、投影平面の各座標（ｘ₃ 、ｙ₃ ）には２次元画
像のどの座標（ｘ₁ 、ｙ₁ ）が投影されたものであるか
を各欄の上段に表し、また２次元画像にダミー色（１２
７、１２７、１２７）を与えた時、投影面の各座標（ｘ
₃ 、ｙ₃ ）ではどのような色に表されるかを下段に表し
たものである。

【００１９】尚、対応表を作成するときには必ずしも単
一のダミー色を用いる必要はなく、各ピクセルの色がど
のように変化するめのかの対応がわかれば、個々のピク
セルで異なる色データを当てはめてもよいし、位置対応
データと色変化データはそれぞれ別のテーブルに記憶す
るようにしてもよい。

【００２０】対応テーブルが作成されると、以後２次元
画像に修正・変更があった場合はこの対応テーブルをも
とに３次元形状シミュレーションが行われることになる
（ステップＳＰ４）。

【００２１】この対応テーブルに基づいた３次元シミュ
レーションについて説明する。例えば、図４における３
次元形状データ上の（ｘ₃ 、ｙ₃ ）の位置の色を決定す
るには、対応テーブルから（ｘ₃ 、ｙ₃ ）の２次元画像
上での対応するピクセル（ｘ₁ 、ｙ₁ ）を求める。これ
により、３次元画像上でのピクセル（ｘ₃ 、ｙ₃ ）に
は、２次元画像のピクセル（ｘ₁ 、ｙ₁ ）が投影される
ことがわかる。また、対応テーブルから２次元画像上の
ピクセル（ｘ₁ 、ｙ₁ ）にダミー色を（Ｒ_d 、Ｇ_d 、Ｂ
_d ）を与えたときに、３次元形状データ上では何色にな
るかの色変化データ（Ｒ_a 、Ｇ_a 、Ｂ_a ）も対応テーブ
ルから求めることができる。これにより、３次元画像上
でのピクセル（ｘ₃ 、ｙ₃ ）では２次元画像上でのダミ
ー色（Ｒ_d 、Ｇ_d 、Ｂ_d ）が（Ｒ_a 、Ｇ_a 、Ｂ_a ）に変
化することがわかるので、（ｘ₃ 、ｙ₃ ）におけるマッ
ピング後の色（Ｒ₃ 、Ｇ₃ 、Ｂ₃ ）は、これらの対応デ
ータから、

【００２２】 Ｒ₃ ＝Ｒ₂ ＋（Ｒ_d −Ｒ_a ） ── （但し、Ｒ₃ ＜０ならＲ₃ ＝０ 、 Ｒ₃ ＞２５５なら
Ｒ₃ ＝２５５）

【００２３】 Ｇ₃ ＝Ｇ₂ ＋（Ｇ_d −Ｇ_a ） ── （但し、Ｇ₃ ＜０ならＧ₃ ＝０ 、 Ｇ₃ ＞２５５なら
Ｇ₃ ＝２５５）

【００２４】 Ｂ₃ ＝Ｂ₂ ＋（Ｂ_d −Ｂ_a ） ── （但し、Ｂ₃ ＜０ならＢ₃ ＝０ 、 Ｂ₃ ＞２５５なら
Ｂ₃ ＝２５５） により求めることができる。このようにして、レンダリ
ング後の色（Ｒ₃ 、Ｇ ₃ 、Ｂ₃ ）を求めることができ
る。

【００２５】マッピングを施す全てのピクセルに対して
上記の計算を施すことで、２次元画像のマッピングされ
た３次元形状データを得ることができる。また、２次元
画像に修正・変更があった場合、即ち２次元画像のピク
セルの色データ（Ｒ₂ 、Ｇ₂ 、Ｂ₂ ）が（Ｒ₂ ’、
Ｇ₂ ’、Ｂ₂ ’）になった場合は、〜の式を変更す
ることにより、簡単にレンダリング後の色データを求め
ることができる。

【００２６】尚、２次元画像がマッピングされない３次
元形状データ、即ちボトルのラベルが貼着されない部分
の３次元形状データについては、２次元画像が修正・変
更があってもなんら変化はないので、最初のレンダリン
グにより作成されたシミュレーションデータを記憶して
おき、変化する修正・変更により変化する部分の画像と
合成すればよい。

【００２７】以上のような処理を施すことで、３次元シ
ミュレーション後のデータを、複雑なマッピングやレン
ダリング計算を行うことなく、簡単に求めることができ
る。このようにして作成された３次元画像はディスプレ
イ２に表示され、オペレーターにより確認される（ステ
ップＳＰ５）。問題がなければ、必要に応じて詳細なレ
ンダリングを行う（ステップＳＰ６）。これは、通常の
レイトレーシングの手法により陰影や照明光の種類等を
加味したレンダリングを行うものであり、上記手法によ
るレンダリングだけではできない正確なシミュレーショ
ンを行うものである。デザインの決定段階では、短時間
に行えるステップ１からステップ５における処理により
おおまかなシミュレーションを行ってデザインを決定
し、その後ステップ６のレイトレーシング等の手法によ
りデザイン詳細についての最終確認を行うようにすると
よい。

【００２８】このように、本実施例においては２次元画
像の３次元形状データへのマッピング及びレンダリング
を行った際に、２次元画像の各ピクセルが投影面のどの
ピクセルに対応するかの位置対応データと、２次元画像
の各ピクセルに指定された色がレンダリングによりどの
ような色になるかを表す色対応データを予め求めておく
ことで、２次元画像の修正・変更があった場合であって
も、複雑なマッピングやレンダリング計算を行うことな
く簡単に３次元シミュレーション画像を得ることができ
る。即ち、対応テーブルから位置対応データを読み出
し、前記〜の式に基づいて色計算を行うだけで３次
元シミュレーションを行うことができるのでハードウェ
アへの負担が少なく、計算時間を大幅に短縮することが
できる。

【００２９】尚、本実施例のシステムには、通常のコン
ピュータグラフィックスの手法によるマッピング及びレ
ンダリングの処理を行う機能、これらの処理を行うこと
により位置対応データと色変化データを抽出し対応テー
ブルを作成する機能及びこの対応テーブルを用いた３次
元シミュレーション処理機能を持たせたものであるが、
これらは個別の装置でそれぞれ行ってもかまわない。

【００３０】例えば、マッピング及びレンダリングの処
理と対応テーブルの作成は通常のコンピュータグラフィ
ックス作成システムで行い、ここで作成された３次元画
像と対応テーブルの各データをパーソナルコンピュータ
等に持たせて、対応テーブルを用いた３次元シミュレー
ションを行うようにしてもよい。こうすることで、高価
なコンピュータグラフィックスシステムを長時間占有す
ることなく、本発明による３次元シミュレーションを得
意先等にある安価なパーソナルコンピュータで行うこと
ができる。

【００３１】この場合でも対応テーブルを用いた修正・
変更は、通常のコンピュータグラフィックスシステムに
よるテクスチュアマッピングやレイ・トレーシングとい
った計算に比べて、ごく簡単な計算を行えばよいので、
パーソナルコンピュータの処理能力でも十分実用的な処
理を行うことが可能である。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、一
旦シミュレーションを行った後は、２次元画像の修正・
変更があった場合であっても迅速に３次元シミュレーシ
ョンを行うことができるという効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の３次元シミュレーション装置の一実施
例のブロック図

【図２】同実施例における作用を説明するためのフロー
図

【図３】２次元画像の説明図

【図４】３次元形状データの説明図

【図５】従来技術のマッピングとレンダリングの説明図

【図６】対応テーブルの説明図

【符号の説明】

１…入力装置、２…ディスプレイ、３…記憶装置、４…
ＣＰＵ、５…出力装置

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】２次元画像を３次元物体データにマッピン
   グして投影面上に投影することで３次元のシミュレーシ
   ョンを行い、２次元画像の各点が投影面上のどの位置に
   対応するかを表す位置対応データ及び２次元画像の各点
   の色が投影面上でどのような色であらわされているかを
   示す色変化データを求めておき、 この位置対応データ及び色変化データに基づいて入力さ
   れた２次元画像の各点の投影面上の位置及び色を求め立
   体画像を生成することを特徴とする３次元シミュレーシ
   ョン方法。
2. 【請求項２】２次元画像を３次元物体データにマッピン
   グし、このマッピングされた３次元データを投影面上に
   投影することで立体画像を生成する３次元シミュレーシ
   ョン装置であって、 ２次元画像の各点が投影面上のどの位置に対応するかを
   表す位置対応データ及び２次元画像の各点の色が投影面
   上でどのような色で表されているかを示す色変化データ
   を記憶する対応テーブルと、 入力された２次元画像に対して前記位置対応データ及び
   色変化データに基づいて２次元画像の各点の投影面上の
   位置及び色を求め立体画像を生成する画像生成手段を具
   備することを特徴とする３次元シミュレーション装置。