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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-10-07
(45)【発行日】2024-10-16
(54)【発明の名称】計算装置、計算方法およびプログラム
(51)【国際特許分類】
G06T 15/80 20110101AFI20241008BHJP
G01N 21/57 20060101ALI20241008BHJP
【ＦＩ】
G06T15/80
G01N21/57
【請求項の数】
9
(21)【出願番号】P 2021016520
(22)【出願日】2021-02-04
(65)【公開番号】P2022119427
(43)【公開日】2022-08-17
【審査請求日】2024-01-24
(73)【特許権者】
【識別番号】000003193
【氏名又は名称】ＴＯＰＰＡＮホールディングス株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100149548
【弁理士】
【氏名又は名称】松沼 泰史
(74)【代理人】
【識別番号】100139686
【弁理士】
【氏名又は名称】鈴木 史朗
(74)【代理人】
【識別番号】100169764
【弁理士】
【氏名又は名称】清水 雄一郎
(74)【代理人】
【識別番号】100147267
【弁理士】
【氏名又は名称】大槻 真紀子
(72)【発明者】
【氏名】鈴木 翼
【審査官】鈴木 明
(56)【参考文献】
【文献】特開２０２０－０９５４８４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１９－１０２０５８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平１０－１１５５５５（ＪＰ，Ａ）
【文献】池本祥、向川康博、松下康之、久保尋之、八木康史，観測スケールを考慮したメタリック塗装の表面下法線分布解析，情報処理学会研究報告，ＣＧ－１６１－１５，日本，2015年11月07日，pp.1-9
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０６Ｔ １５／８０
Ｇ０１Ｎ ２１／５７
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
光輝材を含む物体における光輝感をコンピュータグラフィックスにより表現する画像の表示色を計算する計算装置であり、前記物体の形状を示す物体形状情報、前記物体を照明する光源を示す光源情報、前記物体を仮想的に撮像するカメラに関するカメラ情報、所定面積に含まれる前記光輝材の個数と前記光輝材のそれぞれの表面下法線の分布度合とを示す塗装情報、及び前記光輝材による反射特性を示す光輝材情報を取得する取得部と、
前記表面下法線の分布度合及び前記物体形状情報を用いて、前記所定面積に含まれる光輝材の表面下法線を計算する表面下法線計算部と、
前記光輝材情報、及び表面下法線計算部により計算された前記表面下法線を用いて、光源及び視線方向を変数とした光輝材の反射率を、前記カメラの視点位置から前記物体までの視点距離に応じて、計算する反射率計算部と、
前記光源情報を用いて、描画する対象となる描画画素に対する入射光を計算する入射光計算部と、
前記反射率計算部により計算された反射率、前記入射光計算部により計算された入射光、及び前記カメラ情報を用いて、前記描画画素に描画する前記光輝材の反射光成分を計算する鏡面反射光計算部と、
前記鏡面反射光計算部により計算された前記反射光成分を、前記描画画素に含める前記光輝材の個数分足し合わせて、前記描画画素の表示色を計算する光輝感加算部と、
前記光輝感加算部により計算された画素ごとの前記表示色を出力する出力部と、
を備える計算装置。
【請求項2】
前記反射率計算部は、前記視点距離が大きいマクロ視点における前記描画画素において描画する前記物体の描画面積に含まれる前記光輝材の個数が、前記視点距離が小さいミクロ視点における前記描画面積に含まれる前記光輝材の個数と同数となるように、複数の前記光輝材を統合した統合光輝材が前記マクロ視点における前記描画面積に含まれるとし、前記光輝材の反射特性、及び前記マクロ視点における前記描画面積と前記ミクロ視点における前記描画面積との比に基づいて、前記統合光輝材における反射率を計算する、請求項１に記載の計算装置。
【請求項3】
前記光輝材情報は、鏡面反射モデルにおける前記光輝材の鏡面反射係数、及び前記光輝材の表面粗さを示す情報である、請求項１又は請求項２に記載の計算装置。
【請求項4】
前記表面下法線計算部は、塗装情報として、正規分布に従った分散を示す情報を、前記光輝材の表面下法線のばらつき度合として取得し、前記分散を用いて前記光輝材の法線を計算し、前記正規分布は、前記描画画素に描画する物体における表面法線を中心とする前記分散にて示されるばらつきを持ち、前記表面法線に対する天頂角が平均０となる分布である、
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の計算装置。
【請求項5】
前記反射率計算部は、前記描画画素において描画する前記物体の描画面積に応じて、前記光輝材の反射光における視線角度に応じた放射輝度の広がりを制御する、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の計算装置。
【請求項6】
前記反射率計算部は、前記描画画素における描画する前記物体の描画面積に応じて、前記光輝材情報における前記光輝材の表面粗さを変化させることにより、前記光輝材の反射光における視線角度に応じた放射輝度の広がりを制御する、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の計算装置。
【請求項7】
前記反射率計算部は、前記描画画素において描画する前記物体の描画面積に含まれる前記光輝材の個数が、予め定められた所定面積に含まれる前記光輝材の個数と同数となるように、複数の前記光輝材を統合した統合光輝材が前記描画面積に含まれるとし、前記光輝材の表面粗さに対する前記統合光輝材の表面粗さの比が、前記所定面積に対する前記描画面積の比と同じ比率となるように、前記統合光輝材の表面粗さを決定する、請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の計算装置。
【請求項8】
光輝材を含む物体における光輝感をコンピュータグラフィックスにより表現する画像の表示色を計算するコンピュータ装置が行う計算方法であり、取得部が、前記物体の形状を示す物体形状情報、前記物体を照明する光源を示す光源情報、前記物体を仮想的に撮像するカメラに関するカメラ情報、所定面積に含まれる前記光輝材の個数と前記光輝材のそれぞれの表面下法線の分布度合とを示す塗装情報、及び前記光輝材による反射特性を示す光輝材情報を取得し、
表面下法線計算部が、前記表面下法線の分布度合及び前記物体形状情報を用いて、前記所定面積に含まれる光輝材の表面下法線を計算し、
反射率計算部が、前記光輝材情報、及び表面下法線計算部により計算された前記表面下法線を用いて、光源及び視線方向を変数とした光輝材の反射率を、前記カメラの視点位置から前記物体までの視点距離に応じて、計算し、
入射光計算部が、前記光源情報を用いて、描画する対象となる描画画素に対する入射光を計算し、
鏡面反射光計算部が、前記反射率計算部により計算された反射率、前記入射光計算部により計算された入射光、及び前記カメラ情報を用いて、前記描画画素に描画する前記光輝材の反射光成分を計算し、
光輝感加算部が、前記鏡面反射光計算部により計算された前記反射光成分を、前記描画画素に含める前記光輝材の個数分足し合わせて、前記描画画素の表示色を計算し、
出力部が、前記光輝感加算部により計算された画素ごとの前記表示色を出力する、
計算方法。
【請求項9】
光輝材を含む物体における光輝感をコンピュータグラフィックスにより表現する画像の表示色を計算するするコンピュータ装置に、前記物体の形状を示す物体形状情報、前記物体を照明する光源を示す光源情報、前記物体を仮想的に撮像するカメラに関するカメラ情報、所定面積に含まれる前記光輝材の個数と前記光輝材のそれぞれの表面下法線の分布度合とを示す塗装情報、及び前記光輝材による反射特性を示す光輝材情報を取得する取得工程、
前記表面下法線の分布度合及び前記物体形状情報を用いて、前記所定面積に含まれる光輝材の表面下法線を計算する表面下法線計算工程、
前記光輝材情報、及び表面下法線計算工程により計算された前記表面下法線を用いて、光源及び視線方向を変数とした光輝材の反射率を、前記カメラの視点位置から前記物体までの視点距離に応じて、計算する反射率計算工程、
前記光源情報を用いて、描画する対象となる描画画素に対する入射光を計算する入射光計算工程、
前記反射率計算工程により計算された反射率、前記入射光計算工程により計算された入射光、及び前記カメラ情報を用いて、前記描画画素に描画する前記光輝材の反射光成分を計算する鏡面反射光計算工程、
前記鏡面反射光計算工程により計算された前記反射光成分を、前記描画画素に含める前記光輝材の個数分足し合わせて、前記描画画素の表示色を計算する光輝感加算工程、
前記光輝感加算工程により計算された画素ごとの前記表示色を出力する出力工程、
を実行させるプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、計算装置、計算方法およびプログラムに関する。特に、光輝材を含んだ物体の表示色をコンピュータグラフィックスにより表現する技術に関する。
【背景技術】
【0002】
自動車業界では、広告やプロモーション、およびデザイン段階において、コンピュータグラフィックス（以下ＣＧ：Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｇｒａｐｈｉｃｓ）による映像表現が多く用いられている。自動車の中でも、外装の大半を占める塗板は、その複雑な構成によりＣＧによる正確な表現が試みられている。多くの塗板は、複数の層により構成されており、その層内にフレーク顔料を含有することでフレークによる光輝感（粒子性：フレークによるつぶつぶ感）や見る角度によって色彩が変化するフリップフロップ性からなる反射特性を持つ。こうした反射特性を、ＣＧにより正確に表現することができれば、デザイン段階などにおいて物体に実際に塗料を塗布して仕上がりを確認する必要がなくなる。
【0003】
特許文献１には、偏角分光反射率を測定して、物体の塗装色をＣＧ再現する技術が開示されている。この技術では、実測した偏角分光反射率を用いてＣＧを生成するため、見る角度によって色彩が変化する塗装面のフリップフロップ性を表現することができる。
【0004】
フレークによる光輝感を表現する反射モデルがいくつか提案されている。例えば、非特許文献１では、塗板の見えを顔料による一様な双方向反射率分布関数（ＢＲＤＦ：Ｂｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ Ｒｅｆｌｅｃｔａｎｃｅ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）と座標位置により変化するＢＴＦ（Ｂｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ Ｔｅｘｔｕｒｅ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）で表現する。ＢＴＦは見えを画像により表現する手法であり、光源・視線方向の違いによる見えの変化を画像として保存および再現する手法である。フレークもある方向から見た際の見えを画像として保存しておくことで表現する。
【0005】
また、非特許文献２に示すような３ＤＣＧソフトウェア開発会社が提供しているＣａｒ Ｐａｉｎｔシェーダ（反射モデル）では、クリアコート層、フレーク層、拡散反射を表現する顔料層のそれぞれを計算する。フレーク層では、乱数により生成された法線マップテクスチャをスケーリングして与えることでざらついた光輝感を表現する。
【0006】
また、非特許文献３では、塗板に内包されたフレークの数を塗板表面下の法線分布として定式化している。法線分布で表現される複数の法線からの光沢を計算することで、テクスチャの１画素内に複数存在するフレークによる光輝感を表現することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【文献】特開平１０－１１５５５５号公報
【非特許文献】
【0008】
【文献】M. Rump, G. Muller, R. Sarlette, D. Koch and R. Klein, “Photo-realistic Rendering of Metallic Car Paint from Image-Based Measurements”, Computer Graphics Forum, Vol. 27-2, pp.527-536 (2008).
【文献】［online］、“Car Paint Material / Shader”、［令和３年１月２９日検索］、インターネット〈URL:https://knowledge.autodesk.com/support/3ds-max/learn-explore/caas/CloudHelp/cloudhelp/2015/ENU/3DSMax/files/GUID-1CD21856-588A-4A05-AC0A-88489F5F9C84-htm.html〉.
【文献】池本祥、向川康博、松下康之、久保尋之、八木康史、“観測スケールを考慮したメタリック塗装の表面下法線分布解析”、情報処理学会研究報告、ＣＧ－１６１－１５、（２０１５）．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
しかしながら、特許文献１に記載されているようなフリップフロップ性の表現のみでは塗板の表現としては不十分であり、フレークによる光輝感の表現が重要である。非特許文献１では、視点位置の変化による光輝感の変化をなめらかに表現するためには膨大な数の画像が必要となる。非特許文献２では、テクスチャの１画素に対して１個のフレークが存在することとなる。このため、視点位置の変化による光輝感の変化を表現することが難しい。非特許文献３では、光輝感の定量化に主眼が置かれているため、これを用いたＣＧ生成法についての言及はない。
【0010】
フレークによる光輝感を表現しようとした場合には、視点距離に応じた見えの変化を表現する必要がある。非特許文献１の手法はイメージベースな手法であるため、塗板から離れたマクロな視点においては、フレークの影響が潰れてしまい光輝感を表現することが困難となる。逆に、塗板に近づいたミクロな視点においては、テクスチャ解像度が低く、２０［μｍ］程であるフレークを細かく表現することが困難である。
【0011】
非特許文献２のシェーダにおいては、マクロな視点において、フレークの表現による違和感をなくすためにフレーク減衰距離を設定可能としている。これは、設定した視点距離までに、徐々にフレークの影響をフェードアウトさせる処理である。しかし、マクロ視点においてもフレークによる影響は存在しているため、正しい表現とは言い難い。
【0012】
そこで、非特許文献３にあるように、ある面積あたりの表面下法線の数を定義し、そこからの反射光を計算することでミクロ視点、及びマクロの両視点において、フレークによる光輝感を表現することが考えられる。ただし、マクロ視点においては、レンダリング解像度が低いため、塗板領域における１つの画素に相当する面積が広くなり、１つの画素が内包する表面下法線の数が膨大となる。この膨大な数の表面下法線をすべて表現しようとすると、膨大な計算時間が必要となる。
【0013】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものである。本発明は、光輝材を含んだ物体が塗装された状態をＣＧにて再現する場合において、マクロ視点であっても、少ない計算量により効率的に光輝感を表現することができる計算装置、計算方法およびプログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0014】
上記の課題を解決するために、発明の実施形態の計算装置は、光輝材を含む物体における光輝感をコンピュータグラフィックスにより表現する画像の表示色を計算する計算装置であり、前記物体の形状を示す物体形状情報、前記物体を照明する光源を示す光源情報、前記物体を仮想的に撮像するカメラに関するカメラ情報、所定面積に含まれる前記光輝材の個数と前記光輝材のそれぞれの表面下法線の分布度合とを示す塗装情報、及び前記光輝材による反射特性を示す光輝材情報を取得する取得部と、前記表面下法線の分布度合及び前記物体形状情報を用いて、前記所定面積に含まれる光輝材の表面下法線を計算する表面下法線計算部と、前記光輝材情報、及び表面下法線計算部により計算された前記表面下法線を用いて、光源及び視線方向を変数とした光輝材の反射率を、前記カメラの視点位置から前記物体までの視点距離に応じて、計算する反射率計算部と、前記光源情報を用いて、描画する対象となる描画画素に対する入射光を計算する入射光計算部と、前記反射率計算部により計算された反射率、前記入射光計算部により計算された入射光、及び前記カメラ情報を用いて、前記描画画素に描画する前記光輝材の反射光成分を計算する鏡面反射光計算部と、前記鏡面反射光計算部により計算された前記反射光成分を、前記描画画素に含める前記光輝材の個数分足し合わせて、前記描画画素の表示色を計算する光輝感加算部と、前記光輝感加算部により計算された画素ごとの前記表示色を出力する出力部と、を備える。
【0015】
上記の課題を解決するために、発明の実施形態の計算方法は、光輝材を含む物体における光輝感をコンピュータグラフィックスにより表現する画像の表示色を計算するコンピュータ装置が行う計算方法であり、取得部が、前記物体の形状を示す物体形状情報、前記物体を照明する光源を示す光源情報、前記物体を仮想的に撮像するカメラに関するカメラ情報、所定面積に含まれる前記光輝材の個数と前記光輝材のそれぞれの表面下法線の分布度合とを示す塗装情報、及び前記光輝材による反射特性を示す光輝材情報を取得し、表面下法線計算部が、前記表面下法線の分布度合及び前記物体形状情報を用いて、前記所定面積に含まれる光輝材の表面下法線を計算し、反射率計算部が、前記光輝材情報、及び表面下法線計算部により計算された前記表面下法線を用いて、光源及び視線方向を変数とした光輝材の反射率を、前記カメラの視点位置から前記物体までの視点距離に応じて、計算し、入射光計算部が、前記光源情報を用いて、描画する対象となる描画画素に対する入射光を計算し、鏡面反射光計算部が、前記反射率計算部により計算された反射率、前記入射光計算部により計算された入射光、及び前記カメラ情報を用いて、前記描画画素に描画する前記光輝材の反射光成分を計算し、光輝感加算部が、前記鏡面反射光計算部により計算された前記反射光成分を、前記描画画素に含める前記光輝材の個数分足し合わせて、前記描画画素の表示色を計算し、出力部が、前記光輝感加算部により計算された画素ごとの前記表示色を出力する。
【0016】
上記の課題を解決するために、発明の実施形態のプログラムは、光輝材を含む物体における光輝感をコンピュータグラフィックスにより表現する画像の表示色を計算するコンピュータ装置に、前記物体の形状を示す物体形状情報、前記物体を照明する光源を示す光源情報、前記物体を仮想的に撮像するカメラに関するカメラ情報、所定面積に含まれる前記光輝材の個数と前記光輝材のそれぞれの表面下法線の分布度合とを示す塗装情報、及び前記光輝材による反射特性を示す光輝材情報を取得する取得工程、前記表面下法線の分布度合及び前記物体形状情報を用いて、前記所定面積に含まれる光輝材の表面下法線を計算する表面下法線計算工程、前記光輝材情報、及び表面下法線計算工程により計算された前記表面下法線を用いて、光源及び視線方向を変数とした光輝材の反射率を、前記カメラの視点位置から前記物体までの視点距離に応じて、計算する反射率計算工程、前記光源情報を用いて、描画する対象となる描画画素に対する入射光を計算する入射光計算工程、前記反射率計算工程により計算された反射率、前記入射光計算工程により計算された入射光、及び前記カメラ情報を用いて、前記描画画素に描画する前記光輝材の反射光成分を計算する鏡面反射光計算工程、前記鏡面反射光計算工程により計算された前記反射光成分を、前記描画画素に含める前記光輝材の個数分足し合わせて、前記描画画素の表示色を計算する光輝感加算工程、前記光輝感加算工程により計算された画素ごとの前記表示色を出力する出力工程、を実行させるプログラムである。
【発明の効果】
【0017】
本発明の実施形態によれば、光輝材を含んだ物体が塗装された状態をＣＧにて再現する場合において、マクロ視点であっても、少ない計算量により効率的に光輝感を表現することができる。
【図面の簡単な説明】
【0018】
【図1】実施形態の表示装置１の構成例を示すブロック図である。
【図2】実施形態の光輝材を含む塗装を示す模式図である。
【図3】実施形態の塗装情報１２１の構成例を示す図である。
【図4】実施形態の光輝材情報１２２の構成例を示す図である。
【図5】実施形態の光源情報カメラ情報１２３の構成例を示す図である。
【図6】実施形態の反射率計算部１３２が行う処理の説明に用いる図である。
【図7】実施形態の光輝材による反射ローブの例を示す図である。
【図8】実施形態の表示装置１が行う処理の流れを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0019】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳しく説明する。
【0020】
表示装置１は、例えばＰＣ（Personal Computer）、サーバ装置などのコンピュータ装置である。表示装置１は、光輝材を含んだ物体の表示色をコンピュータグラフィックスの技術を用いて描画する画像を生成し、生成した画像を表示する。表示装置１は、「計算装置」の一例である。
【0021】
以下では、光輝材を含んだ塗装剤によって塗装された物体を描画する場合を例示して説明する。しかしながら、塗装に限定されることはない。少なくとも光輝材を含む物体であればよく、例えば、光輝材が練り込まれた物質を形成することにより製造された物体を描画するような場合にも適用することが可能である。
【0022】
図１は、実施形態の表示装置１の構成例を示すブロック図である。表示装置１は、例えば、通信部１１と、記憶部１２と、制御部１３と、ＣＧ表示部１４とを備える。通信部１１は、例えば、汎用の通信用ＩＣ（Integrated Circuit）などによって実現される。通信部１１は、例えば、インターネット通信網などを介して外部の装置と通信し、外部の装置から送信された情報を受信し、受信した情報を記憶部１２に記憶させる。
【0023】
記憶部１２は、例えば、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）やフラッシュメモリなどの記憶装置（非一過性の記憶媒体を備える記憶装置）、或いはこれらの組合せによって実現される。記憶部１２は、表示装置１の各構成要素を実現するためのプログラム、プログラムを実行する際に用いられる変数、及び各種の情報を記憶する。
【0024】
記憶部１２は、例えば、物体形状情報１２０と、塗装情報１２１と、光輝材情報１２２と、光源情報カメラ情報１２３とを記憶する。物体形状情報１２０は、物体の三次元形状を示す情報である。物体形状情報１２０は、例えば、ＣＡＤ（Computer-Aided Design）などにより作成された仮想物体のポリゴン形状を示すデータであり、各ポリゴンの表面法線情報が含まれる。塗装情報１２１は、塗装の状態を示す情報である。塗装情報１２１は、例えば、描画する対象となる塗装について、塗装の種類ごとにその塗装に含まれる光輝材の分布の状態を示す情報が含まれる。光源情報カメラ情報１２３は、描画する際に用いる仮想的な光源、及び物体を撮像する仮想的なカメラの情報である。
【0025】
【0026】
一般に、物体は、ある１点において唯一の法線を持ち、１個の反射ピークを持つ。しかし、図２に示すように、光輝材２１を含む塗装２０のような物体では、塗装２０における表面の法線ｎ０は一つに定まるが、表面下に存在する光輝材２１の影響で反射ピークが複数存在する。そこで、本実施形態では、表面下に存在する光輝材２１による法線ｎｓiのことを表面下法線と定義する。ただし、ｉは光輝材の個数に応じた番号である。
【0027】
図２では、辺長（Δｘ、Δｙ）にて規定される所定面積の塗装２０に、４個の光輝材２１－１～２１－４が含まれる場合の例が示されている。塗装２０の表面における法線は、法線ｎ０である。塗装２０に含まれる光輝材２１－１における表面下法線は、表面下法線ｎｓ１である。光輝材２１－２における表面下法線は、表面下法線ｎｓ２である。光輝材２１－３における表面下法線は、表面下法線ｎｓ３である。光輝材２１－４における表面下法線は、表面下法線ｎｓ４である。
【0028】
図３は、実施形態の塗装情報１２１の構成例を示す図である。塗装情報１２１は、例えば、「塗装Ｎｏ．」、「辺長ｘ」、「辺長ｙ」、「光輝材個数」、「法線分散」などの項目を備える。「塗装Ｎｏ．」は、塗装を一意に識別する識別情報である。「辺長ｘ」と「辺長ｙ」とは、塗装２０の面積を規定する場合における、一方の辺長と他方の辺長とを示す情報である。「光輝材個数」は、「辺長ｘ」及び「辺長ｙ」にて規定される所定面積に含まれる光輝材２１の個数を示す情報である。法線分散は、それぞれの光輝材２１による表面下法線のばらつきの状態を示す情報（分散情報）であり、例えば、分散ｓ２を示す情報である。ただし、ｓは、それぞれの光輝材２１による表面下法線の標準偏差である。
【0029】
この図の例では、塗装Ｎｏ．１にて識別される塗装２０は、辺長（Δｘ１、Δｙ１）の所定面積内にＮ１個の光輝材２１が含まれることが示されている。また、Ｎ１個の光輝材２１のそれぞれによる表面下法線の分散がＳ１
２であることが示されている。
【0030】
図４は、実施形態の光輝材情報１２２の構成例を示す図である。光輝材情報１２２は、例えば、「光輝材Ｎｏ．」、「鏡面反射係数」、「表面粗さ」などの項目を備える。「光輝材Ｎｏ．」は、光輝材を一意に識別する識別情報である。「鏡面反射係数」及び「表面粗さ」は、光輝材を、鏡面反射を示す鏡面反射モデルとした場合におけるパラメータである。この図の例では、光輝材Ｎｏ．１にて識別される光輝材２１は、鏡面反射係数がｋｓ１であり、表面粗さがσ１
２であることが示されている。
【0031】
図５は、実施形態の光源情報カメラ情報１２３の構成例を示す図である。光源情報カメラ情報１２３は、例えば、ユーザにより設定された情報、もしくは予め記憶された情報である。光源情報カメラ情報１２３は、例えば、「Ｎｏ．」、「光源情報」、「カメラ情報」などの項目を備える。「Ｎｏ．」は、光源情報及びカメラ情報の組合せを一意に識別する識別情報である。光源情報は、描画に用いる仮想的な光源の情報であり、例えば、ワールド座標系における光源の位置、及び光源の強度を示す情報である。カメラ情報は、描画に用いる仮想的なカメラの情報であり、例えば、ワールド座標系におけるカメラの位置、カメラの画角、及びレンダリング時の画素数などを示す情報である。この図の例では、Ｎｏ．１にて識別される光源情報は、光源の位置座標がＰＬ１（ｘＬ１、ｙＬ１、ｚＬ１）、光源の強度がＩＬ１であることが示されている。また、Ｎｏ．１にて識別されるカメラ情報は、カメラの位置座標がＰｃ１（ｘｃ１、ｙｃ１、ｚｃ１）、カメラの画角が（θｘ１、θｙ１）、画素数が（Ｕ１、Ｖ１）であることが示されている。
【0032】
図１の説明に戻り、制御部１３は、表示装置１が備えるハードウェアとしてのＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）等のProcessing Unit（プロセッシングユニット）が記憶部１２に記憶されたプログラムを実行することにより、機能が実現される。
【0033】
制御部１３は、例えば、取得部１３０と、表面下法線計算部１３１と、反射率計算部１３２と、入射光計算部１３３と、鏡面反射光計算部１３４と、光輝感加算部１３５と、を備える。
【0034】
取得部１３０は、描画に必要な種々の情報を取得する。具体的には、取得部１３０は、物体形状情報１２０、塗装情報１２１、光輝材情報１２２、及び光源情報カメラ情報１２３を取得する。取得部１３０は、取得した情報を、表面下法線計算部１３１に出力する。愚弟的には、取得部１３０は、物体形状情報１２０を表面下法線計算部１３１に出力する。
【0035】
ここで、表面下法線計算部１３１が行う処理について、図６を用いて説明する。図６は、表面下法線計算部１３１が行う処理の説明に用いる図である。図６には、ミクロ視点およびマクロ視点のそれぞれにおいて光輝材が分布した状態が模式的に示されている。
【0036】
表面下法線計算部１３１は、表面下法線を計算する。表面下法線計算部１３１は、取得部１３０から物体形状情報１２０を取得し、取得した情報に基づいて、描画対象となる画素に対応するポリゴンの法線ｎ０を取得する。また、表面下法線計算部１３１は、取得部１３０から塗装情報１２１を取得し、取得した情報に基づいて、描画対象となる塗装の表面下法線のばらつきを示す分散情報を取得する。
【0037】
塗装情報１２１には、分散情報として、例えば、塗装２０の表面の法線ｎ０方向を中心としたばらつきの度合いが分散ｓ２にて示されている。この場合、表面下法線計算部１３１は、それぞれの表面下法線の天頂角を、平均が０（ゼロ）であり、且つ分散がｓ２とする正規分布Ｎｄ（０、ｓ２）により計算する。また、表面下法線計算部１３１は、例えば、一様乱数により、表面下法線の方位角を求める。このようにして、表面下法線計算部１３１は、天頂角および方位角を計算することによって、光輝材２１のそれぞれの表面下法線ベクトルｎｓを決定する。
【0038】
反射率計算部１３２は、１個の光輝材２１の反射率を計算する。反射率計算部１３２は、物体形状情報１２０から描画の対象となる画素（以下、描画画素という）の位置座標を読み込んで取得する。反射率計算部１３２は、光源情報カメラ情報１２３から描画に用いる光源及びカメラの位置座標を取得する。反射率計算部１３２は、描画画素、光源及びカメラのそれぞれの位置座標を用いて、描画画素に対する光源方向ベクトルｌ、及び視線方向ベクトルｖを導出する。また、反射率計算部１３２は、表面下法線計算部１３１により計算された表面下法線ベクトルｎｓ、光輝材情報１２２から読み込んだ塗装の鏡面反射係数ｋｓ、及び表面粗さσ２を取得する。反射率計算部１３２は、取得した情報を用いて、光輝材２１の反射率を計算する。
【0039】
ここで、本実施形態では、光輝材２１の反射率を計算する際に、視点距離を考慮する。視点距離は、カメラの視点位置から描画の対象とする物体までの距離である。反射率計算部１３２は、視点距離に応じて、描画する際の解像度が適切な解像度となるように制御する。反射率計算部１３２が、視点距離を考慮して光輝材２１の反射率を計算する方法について、図６を用いて説明する。
【0040】
図６は、実施形態の反射率計算部１３２が行う処理の説明に用いる図である。図６には、ミクロ、及びマクロ視点における光輝材分布の概要が模式的に示されている。レンダリング（描画）の際における透視投影を考えた場合、カメラ３０、ウィンドウ３１、ビューボリューム３２の配置関係は図６の通りとなる。
【0041】
ウィンドウ３１の中に存在する１つの画素に注目したとき、ミクロ視点、つまり物体がカメラ３０に近い場合における描画範囲３３は非常に小さい。この場合、小さい描画範囲３３に含有される描画すべき光輝材の画像３３０の個数は少なくなる。対して、マクロ視点、つまり物体がカメラから遠い場合における描画範囲３４は大きくなる。この場合、大きい描画範囲３４に含有される描画すべき光輝材の画像３４０の個数は多くなる。
【0042】
ウィンドウ３１の中に存在する１つの画素における描画面積Ｓは、カメラの画角、画素数、及び距離ｄにより求めることができる。距離ｄは、カメラ３０から描画範囲３４までの距離（視点距離）である。また、塗装情報１２１には、辺長（Δｘ、Δｙ）からなる所定面積ΔＳ、及び所定面積内に含まれる光輝材の個数Ｎが記憶されている。これより、描画範囲に含まれる光輝材個数を、Ｎ×Ｓ／ΔＳにより求めることができる。ここで、Ｎは所定面積ΔＳ内に含まれる光輝材の個数である。Ｓは描画面積である。ΔＳは所定面積である。
【0043】
ここで、一般的な光輝材の１個あたりの粒径は２０［μｍ］程となり非常に小さい。このため、マクロ視点において、１つの画素に相当する描画範囲に存在する光輝材２１の個数が膨大となる。よって、すべての光輝材２１のそれぞれの反射率を計算するためには非常に長い時間を要してしまうことになる。
【0044】
ところで、マクロ視点により、光輝材２１を含んだ塗板を観察した際には、複数の光輝材２１のそれぞれによる反射光が混ざり合い、１つの大きな広がりを持った反射光のように感じられるという性質がある。そこで、この性質を利用して、本実施形態では、複数の光輝材による反射光の和を、１つの光輝材２１からの反射特性に基づいて近似的に算出する。具体的には、１つの光輝材２１の反射特性により示される反射ローブを広げた特性を、複数の光輝材による反射特性として近似的に表現する。
【0045】
ここで、複数の光輝材による反射光の和を近似的に表現する方法について、図７を用いて説明する。図７は、実施形態の光輝材による反射ローブ（反射光の放射輝度特性）を示す図である。図７の横軸は視線角度、縦軸は放射輝度を示す。
【0046】
図７において、照明は、光輝材２１の表面に対して垂直に、つまり表面の法線方向から入射している。よって、視線角度に依存して、光輝材２１の反射率が変化し、それに伴い反射光の放射輝度も変化する。
【0047】
単一（１つ）の光輝材２１による反射ローブは、図７の実線で示すような鋭いピークを持つ。ウィンドウ３１の中に存在する１つの画素が示す描画範囲に、描画すべき光輝材の画像が１個のみしか含まれないような視点距離（距離ｄ１とする）から観察する場合、その光輝材による光輝感が、図７の実線で示すような鋭いピークを持つ特性として表現される。
【0048】
一方、同一の反射特性を持つ光輝材２１を含む物体を、距離ｄ１の２倍の視点距離（距離ｄ２とする）から観察した場合を考える。距離ｄ２から観察する場合、ウィンドウ３１の中に存在する１つの画素が示す描画範囲には、描画すべき光輝材の画像が４個含まれることとなる。ここで、描画範囲を１次元として考えた際に、２個の光輝材からのそれぞれの反射特性が合成された特性として光輝感が表現される。
【0049】
本実施形態では、この２個の光輝材２１のそれぞれの反射率を計算する代わりに、２個の光輝材２１による反射特性が、単一の光輝材２１による反射ローブの広がりを２倍に広げた特性であるとみなして近似する。具体的には、２個の光輝材２１による反射特性が、図７の破線で示すような緩やかなピークを持つ反射ローブであるとみなす。
【0050】
ここで、鏡面反射モデルの一例として、Ｗａｒｄモデルを考える。Ｗａｒｄモデルにおける反射率ρｓは、光源・視線方向ベクトル(ｌ，ｖ)を変数として、下記の（１）式にて求められる。（１）式において、σは表面粗さ係数であり、ｋｓは鏡面反射係数である。また、αは表面下法線ベクトルｎｓとハーフベクトルのなす角度である。ハーフベクトルは、光源・視線方向ベクトル(ｌ，ｖ)の中間の向きを表す単位ベクトルであり、視線方向と逆向きのベクトルと光線方向と逆向きのベクトルとを、ベクトル加算して正規化したベクトルである。
【0051】
【数1】
【0052】
（１）式に基づいて、Ｗａｒｄモデルでは、表面粗さσに比例するように、反射ローブの幅が決定される。よって、反射率計算部１３２は、反射ローブの幅を２倍に広げたい場合には、反射ローブの幅を２倍に広げた場合における表面粗さσ’を、元の光輝材２１の持つ表面粗さσの２倍とすればよい。
【0053】
具体的に、上述した近似を用いる場合において、反射率計算部１３２は、以下の（２）式により、表面粗さσ’を計算する。（２）式において、Ｓは１つの画素に相当する描画範囲の面積である。ΔＳは塗装情報１２１に記憶される辺長（ｘ、ｙ）にて規定される所定面積である。σは光輝材情報１２２に記憶される光輝材２１の表面粗さである。
【0054】
【数2】
【0055】
また、反射率計算部１３２は、以下の（３）式により、鏡面反射係数ｋｓ’を計算する。（３）式において、Ｓは１つの画素に相当する描画範囲の面積である。ΔＳは塗装情報１２１に記憶される辺長（ｘ、ｙ）にて規定される所定面積である。ｋｓは光輝材情報１２２に記憶される光輝材２１の鏡面反射係数である。
【0056】
【数3】
【0057】
図７には、１個の光輝材による反射ローブの例が示されている。描画する際には、塗装情報１２１において示された所定面積ΔＳに含まれる光輝材２１の個数分に応じたそれぞれの反射率を計算する。例えば、所定面積ΔＳに４個の光輝材２１が含まれる場合であって、描画面積Ｓが所定面積ΔＳに相当する場合には、従来通り、４個の光輝材２１それぞれの反射率を計算する。この場合において、描画面積Ｓが所定面積ΔＳの１０倍に相当する場合には、従来であれば４０個の光輝材２１それぞれの反射率を計算する必要がある。これに対し、本実施形態では、（Ｓ／ΔＳ＝）１０個の光輝材２１に相当する１つの光輝材（以下、統合光輝材という）を考え、統合光輝材による反射率を、近似的に算出する。そして、描画面積Ｓに４個の統合光輝材が含まれるとみなして、それぞれの統合光輝材の反射率を（近似的に）計算する。
【0058】
具体的に、反射率計算部１３２は、（２）式により求めた近似的な表面粗さσ’、及び（３）式により求めた近似的な鏡面反射係数ｋｓ’を用いて、近似的な反射率を計算する。これにより、反射率計算部１３２は、マクロ視点において膨大な個数の光輝材２１のそれぞれの反射特性を合成する計算を繰り返し行うことなく、ミクロ視点である場合と同じ要領で、マクロ視点における複数の光輝材による反射率を近似的に算出することができる。したがって、マクロ視点であっても、計算時間を増大させることなく、光輝感を近似的に表現することが可能となる。
【0059】
図１の説明に戻り、入射光計算部１３３は、入射光を計算する。入射光計算部１３３は、物体形状情報１２０から描画画素の位置座標（座標データＰＯ）を取得する。入射光計算部１３３は、光源情報カメラ情報１２３から描画に用いる光源の位置座標（光源座標位置ＰＬ）、及び光源の強度（光源強度ＩＬ）を取得する。また、入射光計算部１３３は、表面下法線計算部１３１によって計算された表面下法線ベクトルｎｓを取得する。入射光計算部１３３は、取得した情報を用いて、光源から物体表面下の光輝材２１に対して入射される光の放射照度Ｅｉを計算する。例えば、入射光計算部１３３は、光源が点光源であった場合には、以下の（４）式を用いて、光の放射照度Ｅｉを算出する。（４）式において、Ｅｉは光の放射照度であり、ＩＬは光源強度である。また、ｄＬは光源と画素までの距離であり、θｉは描画の対象とする光輝材２１の表面下法線ベクトルｎｓと、入射される入射光とのなす角度である。
【0060】
【数4】
【0061】
鏡面反射光計算部１３４は、描画画素に含まれる光輝材２１による鏡面の反射光成分を計算する。鏡面反射光計算部１３４は、反射率ρｓに、放射照度Ｅｉを乗算することにより光輝材２１による放射輝度Ｉｓを、反射光成分として計算する。鏡面反射光計算部１３４は、反射率ρｓとして、反射率計算部１３２によって計算された値を用いる。鏡面反射光計算部１３４は、放射照度Ｅｉとして、入射光計算部１３３によって計算された値を用いる。
【0062】
光輝感加算部１３５は、描画画素に含まれる光輝材２１による光輝感を合成する。具体的に、光輝感加算部１３５は、描画する対象とする塗装２０において、所定面積ΔＳに含まれるＮ個分の光輝材２１の反射光成分（放射輝度Ｉｓ）を足し合わせた値を、塗装を表現する画素における表示色とする。
【0063】
これにより、塗装を表現する全ての画素において、描画面積Ｓの大きさに関わらず、Ｎ個の光輝材２１のそれぞれの反射光成分（放射輝度Ｉｓ）が含まれた光輝感が表現されることとなる。しかも、描画面積Ｓの大きさが大きくなる程、光輝材２１の反射ローブの幅が広くなるように近似しているため、マクロ視点の物体を描画する場合であっても、計算時間の増大を抑制しつつ、より実際の見た目に近い光輝感を表現することが可能である。
【0064】
ＣＧ表示部１４は、描画する画像における全ての画素において計算された塗装色（表示色）をＣＧとして表示する。ＣＧ表示部１４は、「出力部」の一例である。
【0065】
ここで、表示装置１が光輝感を表現する処理の動作例を、図８を用いて説明する。図８は、本実施形態の表示装置１が行う処理の流れを示すフローチャートである。以下では、ある画素における塗装の光輝感を、その画素の表示色として計算する処理の流れを説明する。
【0066】
ステップＳ１：
表示装置１は、物体形状情報１２０より、描画画素に対応する物体のポリゴン情報として、ポリゴンの位置座標、及びポリゴンの法線ｎ０を取得する。
表示装置１は、物体形状情報１２０より、描画画素に対応する物体のポリゴン情報として、ポリゴンの位置座標、及びポリゴンの法線ｎ０を取得する。
【0067】
ステップＳ２：
表示装置１は、光源情報カメラ情報１２３より、物体を照明する光源情報およびカメラの位置情報を取得する。
表示装置１は、光源情報カメラ情報１２３より、物体を照明する光源情報およびカメラの位置情報を取得する。
【0068】
ステップＳ３：
表示装置１は、塗装情報１２１より、描画画素に対応する塗装２０の情報として、所定面積ΔＳ、所定面積ΔＳに含まれる光輝材２１の個数Ｎ、及びそれぞれの光輝材２１における表面下法線の分散ｓ２を取得する。
表示装置１は、塗装情報１２１より、描画画素に対応する塗装２０の情報として、所定面積ΔＳ、所定面積ΔＳに含まれる光輝材２１の個数Ｎ、及びそれぞれの光輝材２１における表面下法線の分散ｓ２を取得する。
【0069】
ステップＳ４：
表示装置１は、光輝材情報１２２より、描画画素に対応する塗装２０に含まれる光輝材２１に関する情報として、光輝材1個における鏡面反射係数ｋｓ、及び表面粗さσ２を取得する。表示装置１は、変数ｍを初期化し、変数ｍ＝０（ゼロ）とする。
表示装置１は、光輝材情報１２２より、描画画素に対応する塗装２０に含まれる光輝材２１に関する情報として、光輝材1個における鏡面反射係数ｋｓ、及び表面粗さσ２を取得する。表示装置１は、変数ｍを初期化し、変数ｍ＝０（ゼロ）とする。
【0070】
ステップＳ５：
表示装置１は、変数ｍが個数Ｎより大きいか否かを判定する。個数Ｎは、所定面積ΔＳに含まれる光輝材２１の個数であり、塗装情報１２１に記憶される情報である。表示装置１は、変数ｍが個数Ｎより小さい場合にはステップＳ６に進む。すなわち、表示装置１は、以下のステップＳ６からステップ９を、個数Ｎだけ繰り返す。
表示装置１は、変数ｍが個数Ｎより大きいか否かを判定する。個数Ｎは、所定面積ΔＳに含まれる光輝材２１の個数であり、塗装情報１２１に記憶される情報である。表示装置１は、変数ｍが個数Ｎより小さい場合にはステップＳ６に進む。すなわち、表示装置１は、以下のステップＳ６からステップ９を、個数Ｎだけ繰り返す。
【0071】
ステップＳ６：
表示装置１は、塗装情報１２１として取得した、光輝材２１の表面下法線における分散情報を用いて、ガウス分布関数によって決定される、光輝材２１のそれぞれの表面下法線を計算する。
表示装置１は、塗装情報１２１として取得した、光輝材２１の表面下法線における分散情報を用いて、ガウス分布関数によって決定される、光輝材２１のそれぞれの表面下法線を計算する。
【0072】
ステップＳ７：
表示装置１は、ステップＳ６によって計算した光輝材２１のそれぞれの表面下法線、光源情報カメラ情報１２３から取得した光源及びカメラの方向、光輝材情報１２２、及び描画画素における描画面積Ｓから、描画画素において描画する１個の光輝材による反射率（鏡面反射係数）を計算する。
表示装置１は、ステップＳ６によって計算した光輝材２１のそれぞれの表面下法線、光源情報カメラ情報１２３から取得した光源及びカメラの方向、光輝材情報１２２、及び描画画素における描画面積Ｓから、描画画素において描画する１個の光輝材による反射率（鏡面反射係数）を計算する。
【0073】
この場合において、表示装置１は、描画面積Ｓと、予め設定された所定面積ΔＳとの比を用いて、描画面積Ｓに含まれる光輝材２１の個数を、所定面積ΔＳに含まれる光輝材の個数と同数とみなした場合における光輝材の反射特性を近似的に算出し、近似的に算出した反射特性を用いて、光輝材の反射率を計算する。
【0074】
ステップＳ８：
表示装置１は、描画画素において光輝材に入射する光の強度を計算する。
表示装置１は、描画画素において光輝材に入射する光の強度を計算する。
【0075】
ステップＳ９：
表示装置１は、ステップＳ７により取得した鏡面反射係数、及びステップＳ８で計算した入射光強度から、描画画素における１個の光輝材から放たれる放射輝度Ｉｓを、光輝材の鏡面における反射光成分として計算する。
表示装置１は、ステップＳ７により取得した鏡面反射係数、及びステップＳ８で計算した入射光強度から、描画画素における１個の光輝材から放たれる放射輝度Ｉｓを、光輝材の鏡面における反射光成分として計算する。
【0076】
ステップＳ１０：
表示装置１は、変数ｍをインクリメントし、ステップＳ５に示す処理に戻る。表示装置１は、ステップＳ５において、表示装置１は、変数ｍが個数Ｎより大きい場合にはステップＳ１１に進む。
表示装置１は、変数ｍをインクリメントし、ステップＳ５に示す処理に戻る。表示装置１は、ステップＳ５において、表示装置１は、変数ｍが個数Ｎより大きい場合にはステップＳ１１に進む。
【0077】
ステップＳ１１：
表示装置１は、ステップＳ６～Ｓ１０を繰り返すごとに算出したＮ個の光輝材それぞれにおける反射光成分（放射輝度Ｉｓ）を足し合わせた値を、描画画素の表示色とする。
表示装置１は、ステップＳ６～Ｓ１０を繰り返すごとに算出したＮ個の光輝材それぞれにおける反射光成分（放射輝度Ｉｓ）を足し合わせた値を、描画画素の表示色とする。
【0078】
上述したフローチャートでは、Ｎ個分の放射輝度Ｉｓを計算した後に、それぞれの放射輝度Ｉｓを足し合わせる場合を例示して説明したが、これに限定されることはない。放射輝度Ｉｓを計算する度に、計算した放射輝度Ｉｓを足し合わせる処理をＮ回じっしすることにより表示色が算出されるようにしてもよい。
【0079】
以上説明したように、実施形態の表示装置１は、取得部１３０と、表面下法線計算部１３１と、反射率計算部１３２と、入射光計算部１３３と、鏡面反射光計算部１３４と、光輝感加算部１３５と、ＣＧ表示部１４とを備える。取得部１３０は、物体形状情報１２０、塗装情報１２１、光輝材情報１２２、及び光源情報カメラ情報１２３を取得する。表面下法線計算部１３１は、塗装情報１２１の表面下法線の分布度合、及び物体形状情報１２０を用いて、所定面積ΔＳに含まれる光輝材２１の表面下法線を計算する。反射率計算部１３２は、光輝材情報１２２、及び表面下法線計算部１３１により計算された表面下法線を用いて、光輝材２１の反射率を計算する。反射率は、光源及び視線方向を変数とする。反射率計算部１３２は、距離ｄに応じて光輝材２１の反射率を計算する。距離ｄはカメラの視点位置から物体までの視点距離である。入射光計算部１３３は、光源情報を用いて、描画画素に対する入射光を計算する。鏡面反射光計算部１３４は、反射率計算部１３２により計算された反射率、入射光計算部１３３により計算された入射光、及びカメラ情報を用いて、描画画素に描画する光輝材２１の反射光成分を計算する。光輝感加算部１３５は、鏡面反射光計算部１３４により計算された反射光成分を、描画画素に含める光輝材の個数分足し合わせて、描画画素の表示色を計算する。ＣＧ表示部１４は、光輝感加算部１３５により計算された画素ごとの表示色を出力（表示）する。これにより、実施形態の表示装置１では、視点距離に応じて光輝材２１の反射率を計算することができ、視点距離に応じた適切な分解能で物体を表現するような反射率を算出することが可能となる。したがって、マクロ視点であっても、少ない計算量により効率的に光輝感を表現することができる。
【0080】
また、実施形態の表示装置１では、反射率計算部１３２は、マクロ視点における描画面積に含まれる光輝材２１の個数が、ミクロ視点における描画面積に含まれる光輝材２１の個数と同数となるように、複数の光輝材２１を統合した統合光輝材がマクロ視点における描画面積に含まれるとする。反射率計算部１３２は、光輝材２１の反射特性、マクロ視点における描画面積とミクロ視点における描画面積との比に基づいて、統合光輝材における反射光成分を計算する。これにより、実施形態の表示装置１では、マクロ視点であっても、ミクロ視点と同等の計算により表示色を計算することができる。しかも、統合光輝材における反射光成分を、統合前の個々の光輝材２１の反射特性と面積比（Ｓ／ΔＳ）に基づいて計算することができるため、マクロ視点における反射特性を、視点距離に応じた特性となるように計算することが可能である。したがって、マクロ視点であっても、少ない計算量により効率的に光輝感を表現することができる。
【0081】
また、実施形態の表示装置１では、反射率計算部１３２は、描画面積Ｓに応じて、光輝材２１の反射光における、視線角度に応じた放射輝度の広がりを制御する。これにより、実施形態の表示装置１では、描画面積Ｓに応じた反射率を計算することができる。したがって、上述した効果と同等の効果を奏する。
【0082】
また、実施形態の表示装置１では、反射率計算部１３２は、描画面積Ｓに応じて、光輝材情報１２２における光輝材２１の表面粗さσ２を変化させることにより、光輝材２１の反射光における視線角度に応じた放射輝度の広がりを制御する。これにより、実施形態の表示装置１では、描画面積Ｓに応じた表面粗さσ２を計算することにより、反射率を計算することができる。したがって、上述した効果と同等の効果を奏する。
【0083】
また、実施形態の表示装置１では、反射率計算部１３２は、描画面積Ｓに含まれる光輝材２１の個数が、所定面積ΔＳに含まれる光輝材２１の個数と同数とする。これにより、実施形態の表示装置１では、描画面積Ｓに関わらず、所定面積ΔＳの物体を描画する場合と同様な計算量にて、表示色を計算することができる。
【0084】
また、実施形態の表示装置１では、反射率計算部１３２は、描画面積Ｓに含まれる光輝材２１の個数が、予め定められた所定面積ΔＳに含まれる光輝材２１の個数と同数となるように、複数の光輝材２１を統合した統合光輝材が描画面積Ｓに含まれると仮定する。反射率計算部１３２は、光輝材２１の表面粗さσ２に対する統合光輝材の表面粗さσ’２の比が、所定面積ΔＳに対する描画面積Ｓの比と同じ比率となるように、統合光輝材の表面粗さσ’２を決定する。これにより、実施形態の表示装置１では、描画面積Ｓに応じて、適切な統合光輝材の表面粗さσ’２を決定することができる。
【0085】
上述した実施形態では、塗装を表現する１つの画素における光輝感を表現する際に、画素の描画面積Ｓと予め設定された所定面積ΔＳとの比を用いて反射光を計算するようにした。これにより、視点距離に応じた光輝感を表現することができる。特に、本実施形態では、マクロ視点において膨大な数の光輝材からの反射光を計算する必要がなく、ミクロ視点と同等に、高速に光輝感を表現することが可能である。
【0086】
また、上述した実施形態においては、光輝感の表現を中心として記述した。しかし、もちろん塗装では、最も上層のクリアコート層表面における鏡面反射や、下層部の顔料層における拡散反射も発生する。こうした層におけるそれぞれの反射光を、別途計算してＣＧ表示部１４において足し合わせることで、より複雑な塗装色として表現することも想定される。
【0087】
また、上述した実施形態において、表面粗さσ’２、及び鏡面反射係数ｋｓ’は、所定面積ΔＳと描画面積Ｓとの比を用いて計算されている。他にも、ある解像度に対する視点距離の関係から、上記のパラメータ（表面粗さσ’２、及び鏡面反射係数ｋｓ’）を変更したり補正したりすることも考えられる。
【0088】
また、上述した実施形態において、鏡面反射係数ｋｓ、ｋｓ’、表面粗さσ２、σ’２などのパラメータが、ＲＧＢの各色で設定されてもよい。これにより、光輝材２１の色を表現することができる。
【0089】
また、上述した実施形態では、鏡面反射光計算部１３４により個々の光輝材２１における放射輝度Ｉｓ（鏡面反射放射輝度）を計算した後に、光輝感加算部１３５において放射輝度Ｉｓの足し合わせを実施している。しかし、反射率計算部１３２により計算された各光輝材２１における反射率を事前に足し合わせてから、鏡面反射光計算部１３４によりカメラ方向に対する鏡面反射光を計算してもよい。
【0090】
また、上述した実施形態では、反射特性を推定する場合に用いる反射モデルが、Ｗａｒｄモデルである場合を例示して説明した。しかしながらこれに限定されない。Ｗａｒｄモデルに限らず、如何なるモデルを用いて反射特性が推定されてもよい。例えば、Ｃｏｏｋ－Ｔｏｒｒａｎｃｅのような金属反射に適したモデルを採用し、アルミフレークのような光輝感を表現するようにしてもよい。
【0091】
上述した実施形態における表示装置１の全部または一部をコンピュータで実現するようにしてもよい。その場合、この機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することによって実現してもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ－ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含んでもよい。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよく、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよく、ＦＰＧＡ等のプログラマブルロジックデバイスを用いて実現されるものであってもよい。
【0092】
以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。
【符号の説明】
【0093】
１…表示装置（計算装置）、１１…通信部、１２…記憶部、１３…制御部、１２０…物体形状情報、１２１…塗装情報、１２２…光輝材情報、１３０…取得部、１３１…表面下法線計算部、１３２…反射率計算部、１３３…入射光計算部、１３４…鏡面反射光計算部、１３５…光輝感加算部、１４…ＣＧ表示部
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】