【研究分野】メディア情報学・データベース

【研究領域課題番号】17300038 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

コンピュータグラフィックス / 物理モデル駆動 / バーチャルリアリティ / 非写実的画像生成法 / 仮想版画・彫刻 / 人工知能 / 形状モデリング / 仮想空間における形状創成 / グラフィクス

【研究成果の概要】

ノンフォトリアリスティックコンピュータグラフィックス技術(NPR : Non-photorealistic rendering)は、様々な可視化技術などに使用されるが、近年では、美術・工芸の分野への応用が模索されている。本課題はこれらのNPR画像生成を、物理学的根拠のある生成方式によって行うとともに、既存の版画作品を高次レベルで符号化することを目的としている。まず、PBR(physics-based rendering)アプローチに基づき、木彫刻、木版画、銅版画を題材としたコンピュータグラフィックス(CG)画像合成法を開発した。特に木版画ではユーザインタフェースの開発を進めた。また銅版画ではドライポイントと呼ばれる芸術性が高い技術の工程と現象を物理的に模擬し、画像合成を試みた。本研究は九州産業大学芸術学部の協力を得て、専門家の参加により評価が行われたが良好な評価結果を得た。次に、次世代カーナビゲーションシステムの構成法と要素技術の開発を行った。従来型の二次記憶ベースのフルCGによるカーナビに対して、本研究では拡張現実を利用した新方式を提案した。そこでは車載カメラから得た走行前方画像をコンピュータビジョン技術により符号化し、仮想世界を構築した。その仮想世界の同一視点の画像を生成し、運転者に提示することによってリアルタイム情報を効率的に伝える方式を実現した。さらに、ノンフォトリアリスティック画像(non-photorealistic image:非写実的画像)の生成技法として、銅版画、特にメゾチントに焦点を当て、物理モデルの構成と画像生成法の研究を実施した。そこでは二種類の中間表現画像により、多彩な濃淡階調表現能力を有するメゾチント技法の再現を試みた。その結果、物理的にも良好なメゾチント作品をPBRの枠内で画像生成できることを確認した。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2005 - 2007

【配分額】13,550千円 (直接経費: 12,500千円、間接経費: 1,050千円)

【研究分野】計算機科学

【研究領域課題番号】11680369 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

コンピュータグラフィックス / モデリング / レンダリング / レイトレーシング / 形状モデリング / wrinkly曲面 / フラクタル

【研究成果の概要】

コンピュータグラフィックスの普及に伴い,非常に複雑なシーンのレンダリングが要求されるようになってきた.しかし,シーンの複雑さには際限がなく,コンピュータの計算能力やメモリの容量がいかに向上しても,決して満足されることがない.本研究ではこの問題を,次の2通りのアプローチで解決することをはかった.
(1)レンダリングの必要に応じて,モデルの細部を生成する.こうすることにより,同時に膨大な量のシーンデータをメモリ上に展開する必要がなくなり,ハードディスクへのアクセス回数を画期的に削減できる.この考え方としては,フラクタルが有名であるが,本研究では,より表現能力の高いモデリング法としてWrinkly曲面を開発し,さらにその応用範囲を拡張する研究を行なった.
(2)圧縮した形式のシーンデータをレイトレーシング法で利用できるようこする.通常のレイトレーシング法では,シーンデータへのアクセスがランダムな順序で行われる.このため,すべてのシーンデータをあらかじめメモリ上に展開しておかざるを得ない.このため,シーンデータが膨大になってメモリの容量を超過すると,ハードディスクへのアクセスでスラッシングという現象を生じ,レンダリング速度が極端に低下する.本研究では,レイトレーシング法における光線追跡を,通常の深さ優先探索ではなく,幅優先探索を導入することにより,解決した.またそのアルゴリズムの改良をはかり,1億個の物体を含むシーンを,並の性能のPCを用いて,50分程度の時間でレンダリングすることに成功した.

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】1999 - 2000

【配分額】2,600千円 (直接経費: 2,600千円)

【研究分野】知能機械学・機械システム

【研究領域課題番号】10555079 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

3次元形状操作 / 直接・直観的入力装置 / 力覚インタフェース / 複数操作統合 / ヒューマン・インタフェース / CAD / 人工現実感 / ニューラル・ネットワーク / 形状モデリング / コンピュータ・グラフィックス / 3次元形状測定

【研究成果の概要】

本研究は,用途に応じたさまざまな形状の入力装置に,素手で曲げる,ねじる等の直観的な変形操作を加えることにより,コンピュータ中の3次元形状モデルが連動して変形する,受動的力覚インタフェースの実現を目的として研究を行ない,次の成果を得た。
(1)変形により電気抵抗値が変化する導電性弾性体の連続体を,3次元変形センサとして利用する変形入力インタフェースを考案した。
(2)連続体各部の変形と電気抵抗値の変化の関係を,ニューラル・ネットワークに学習させることにより,多様な形状の入力装置に対応可能な変形計測,計算手法を実現した。
(3)本来は矩形格子状の制御立体について提案された自由形状変形(free form deformation)計算について,矩形以外の複雑な形状に適用可能とするために,複数の直方体で近似した単純化制御立体を用いる手法を考案した。
(4)ニューラル・ネットワークにおいて,中間層ユニット数の最適化による学習能力の最適化に加え,学習の過程で必要度の低い端子に対応する入力層ユニットを削除することにより,複雑な形状の入力装置の変形を測定するための最適な端子の数および配置を求める手法を考案した。
(5)CADやCGにおける3次元形状操作を想定,分析し,曲げやねじりなどの形状変形入力のほか,変形の固定/解放などの切替,スケーリング,位置姿勢/視線方向の変更など,必要となる操作をリストアップした。そして,変形を入力する発泡ゴム部,それ以外の操作を行なうボタン,スイッチ,スライドボリュームで構成される,複数の3次元形状操作を統合した直観的入力ツールを提案した。
(6)いくつかの3次元形状操作に関して,本研究の入力インタフェースと,従来のマウス・キーボードによるインタフェースによる,所要操作手数や所要時間に関する定量的な評価を行ない,本研究の有効性を検証した。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】1998 - 2000

【配分額】5,600千円 (直接経費: 5,600千円)

【研究分野】計算機科学

【研究領域課題番号】09680346 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

形状モデリング / コンピュータグラフィックス / 対称性 / 回転対称 / 面対称 / wrinkly曲面 / 形状モデル / 回転対称物体 / 回転対称軸 / 面対称物体 / 対称面

【研究成果の概要】

既存物体にもとづいて,その特徴をとらえた上で,形状モデリングを行うアルゴリズムを開発した。その概要を下に記す。
◇回転対称性の検出:測定点から物体の重心位置を推定し,その重心を通る任意の直線を基準軸として,測定点を円柱座標に変換する。円柱座標をプロットし,点集合の輪郭線を求めて,その周期性から,回転対称軸を決定する。
◇回転対称性を利用した形状モデリング:決定した回転対称軸を利用して,各測定点にパラメータ値を与え,測定点を近似する曲面パッチ群を決定する。
◇面対称性の検出:測定点から物体の重心位置を推定し,その重心を通る任意の平面を選択する。測定点の輪郭面をその平面で切断し,切断面の対称性を求める。そのために,切断面の重心を通る直線を物体の重心周りに回転させ,直線と切断面との交線の長さの極値を検出する。これによって対称面を検出することができる。
◇物体の特徴を考慮したモデリング手法の開発:物体の対称性,非対称性や,さらにその他の規則性を考慮した形状モデリング法として,フラクタル曲面とスプライン曲面の特徴(すなわち,スケーリング方向の規則性と空間方向の規則性)を併せ持つWrinkly曲面を開発した。
◇さらにこのWrinkly曲面に対する一般化を行い,そのモデリングの性能向上を行った。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】1997 - 1998

【配分額】2,100千円 (直接経費: 2,100千円)