特許 7585457 ランダムタイル

(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】2024-11-08

(45)【発行日】2024-11-18

(54)【発明の名称】ランダムタイル

(51)【国際特許分類】

   G06T 15/80 20110101AFI20241111BHJP

【ＦＩ】

G06T15/80

【請求項の数】 12

(21)【出願番号】P 2023507932

(86)(22)【出願日】2021-08-02

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2023-08-29

(86)【国際出願番号】 EP2021071597

(87)【国際公開番号】W WO2022029093

(87)【国際公開日】2022-02-10

【審査請求日】2023-04-13

(31)【優先権主張番号】20189719.6

(32)【優先日】2020-08-05

(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP

(73)【特許権者】

【識別番号】390008981

【氏名又は名称】ビーエーエスエフ コーティングス ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング

【氏名又は名称原語表記】ＢＡＳＦ Ｃｏａｔｉｎｇｓ ＧｍｂＨ

【住所又は居所原語表記】Ｇｌａｓｕｒｉｔｓｔｒａｓｓｅ １， Ｄ－４８１６５ Ｍｕｅｎｓｔｅｒ，Ｇｅｒｍａｎｙ

(74)【代理人】

【識別番号】100100354

【弁理士】

【氏名又は名称】江藤 聡明

(74)【代理人】

【識別番号】100167106

【弁理士】

【氏名又は名称】倉脇 明子

(74)【代理人】

【識別番号】100194135

【弁理士】

【氏名又は名称】山口 修

(74)【代理人】

【識別番号】100206069

【弁理士】

【氏名又は名称】稲垣 謙司

(74)【代理人】

【識別番号】100185915

【弁理士】

【氏名又は名称】長山 弘典

(72)【発明者】

【氏名】ランファー，ベンヤミン

【審査官】益戸 宏

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１５－０２８７８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第０５９６６１３４（ＵＳ，Ａ）

【文献】Tim Golla et al.，Interactive Interpolation of Metallic Effect Car Paints，Vision, Modeling and Visualization，2018年，pp.11-20

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０６Ｔ １５／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

効果顔料を含む塗料でコーティングされた車部品のデジタル表現を生成する方法であって、該方法は、レンダリングソフトウェアを使用して３Ｄ物体上の塗料の外観をシミュレーションするために、異なる視線方向と照射方向に対する前記塗料の効果顔料のきらめきを表す複数のテクスチャ画像を含む塗料の双方向テクスチャ関数（ＢＴＦ）を用いることを含み、
ランダムな遷移点ｔ_ｎ周辺の幅ｗの区間でのスムースステップ関数

【数1】

が、複数のテクスチャ画像間の局所座標ｘ^＊におけるピクセル強度を補間するために使用され、
前記遷移点ｔ _ｎ は、前記テクスチャ画像の各ピクセルについて、区間[w/2,1-w/2]で一回ランダムに選択され、
前記スムースステップ関数は、

【数2】

の形をとり、
前記補間されるピクセル強度は、

【数3】

によって計算され、
式中、

【数4】

は、局所座標

【数5】

を有するピクセルの補間された強度;

【数6】

は局所座標

【数7】

でのスムースステップ関数の値;
I _ab (x)は、ピクセル位置ｘの隣接するテクスチャ画像abのピクセル強度の値である、方法。

【請求項2】

前記テクスチャ画像はｓＲＧＢテクスチャ画像である、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記ＢＴＦは、少なくとも以下のステップ：
－ カメラベースの測定装置を使用して、前記塗料の初期ＢＴＦを測定するステップと、
－ 分光光度計を使用して、事前に与えられた数の異なる測定ジオメトリについて、前記塗料のスペクトル反射率データをキャプチャするステップと、
－ 前記初期ＢＴＦを前記キャプチャされたスペクトル反射率データに適合させ、最適化されたＢＴＦを得るステップと、
を含む方法によって生成される、請求項１または２に記載の方法。

【請求項4】

前記カメラベースの測定装置は、異なる視線角で、異なる照射角で、又は異なる照射色で、及び／又は異なる露出時間で、前記物体の複数の画像を作成し、これにより、照射角、視線角、照射色及び／又は露出時間の複数の組み合わせを考慮して複数の測定データを提供する、請求項３に記載の方法。

【請求項5】

異なる照射色及び異なる露光時間を有するが、等しい照射角及び視線角を有する画像が、それぞれ高いダイナミックレンジの画像に組み合わされる、請求項４に記載の方法。

【請求項6】

前記初期ＢＴＦは、２つの主要な項にセグメント化され、第一項は、測定ジオメトリにのみ依存する、前記物体の反射率特性を記述する均一な双方向反射率分布関数（ＢＲＤＦ）であり、第二項は、前記物体の空間的に変化する外観を説明するテクスチャ関数である、請求項３～５のいずれか一項に記載の方法。

【請求項7】

コンピュータシステムであって、
－ コンピュータユニットと;
－ 非一時的なコンピュータ可読記憶媒体に保存されたプログラムコードを有するコンピュータ可読プログラムであって、前記プログラムコードは、前記プログラムが前記コンピュータユニット上で実行されるときに、前記コンピュータユニットに、
物体の所定の視線方向及び照射方向における前記物体の視覚的外観を正確に再現する、塗料でコーティングされた物体の表現、を生成させるために、効果顔料を含む塗料の双方向テクスチャ関数（ＢＴＦ）を使用させること、
を行わせるコンピュータ可読プログラムとを備え、
前記表現は、局所座標ｘ^＊においてランダムな遷移点t_n周辺の幅ｗの区間でのスムースステップ関数

【数8】

を使用して、隣接する視線方向と照射方向を表すＢＴＦに存在するテクスチャ画像から、与えられた視線方向と照射方向におけるテクスチャ画像を補間する３Ｄレンダリングエンジンを使用して生成され、
前記遷移点ｔ _ｎ は、前記テクスチャ画像の各ピクセルについて、区間[w/2,1-w/2]で一回ランダムに選択され、
前記スムースステップ関数は、

【数9】

の形をとり、
前記補間されるピクセル強度は、

【数10】

によって計算され、
式中、

【数11】

は、局所座標

【数12】

を有するピクセルの補間された強度;

【数13】

は局所座標

【数14】

でのスムースステップ関数の値;
I _ab (x)は、ピクセル位置ｘの隣接するテクスチャ画像abのピクセル強度の値である、コンピュータシステム。

【請求項8】

前記３Ｄレンダリングエンジンはリアルタイムレンダリングエンジンである、請求項７に記載のコンピュータシステム。

【請求項9】

前記３Ｄレンダリングエンジンのためのシェーダをさらに含む、請求項７又は８に記載のコンピュータシステム。

【請求項10】

前記シェーダは、フラグメントシェーダ及び頂点シェーダを含む、請求項９に記載のコンピュータシステム。

【請求項11】

前記シェーダのためのインポータをさらに含む、請求項９又は１０に記載のコンピュータシステム。

【請求項12】

前記インポータは、ファイルから前記ＢＴＦを読み取り、前記ＢＴＦのパラメータを前記シェーダによって使用されるテクスチャ関数のパラメータに翻訳するように構成されている、請求項１１に記載のコンピュータシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、自動車部品のコーティングのデジタル表現を生成するための方法に関する。本方法は、車の塗料のきらめきをレンダリングするための改善されたテクスチャブレンドを提供する。本開示はまた、それぞれのコンピュータシステムにも言及する。

【背景技術】

【0002】

現在の車の塗料の色設計プロセスは、多くの場合小さな平面パネルに塗布された車の塗料の物理的なサンプルに基づいている。物理的なサンプルのみでの作業は、いくつかの欠点を有する。サンプルの塗装にはコストと時間がかかる。加えて、コストの関係で、小さな平面パネルにしか塗装されず、小さなサンプルから異なる３次元形状、例えば車体では、又は異なる光設定では、コーティングがどのように見えるかを推測することは困難であり得る。車の塗料は、特に、干渉、及び／又は真珠光沢フレーク顔料などのメタリックフレーク顔料又は特殊効果フレーク顔料などのメタリック顔料によって引き起こされるゴニオアパレント効果を有する効果色として選ばれることが多い。

【0003】

車の塗料の外観のデジタルモデルを用いることにより、任意の光条件下で任意の形状に塗布された車の塗料の画像をコンピュータ生成することが可能になる。双方向テクスチャ関数（ＢＴＦ）は、きらめきなどの車の塗料の空間的な変化もキャプチャすることができるようなデジタルモデルを呈する。物体に適用された車の塗料のコンピュータ生成画像に基づくことにより、車の塗料の色の特徴を仮想的に評価することができる。

【0004】

ＢＴＦは、視線方向と照射方向、すなわち視線角と照射角の関数としてテクスチャの外観の表現である。ＢＴＦは通常、あり得る視線方向と照射方向の半球のサンプリングの表面を画像化することによってキャプチャされる。ＢＴＦの測定は、画像の集合体である。ＢＴＦは６次元関数である（Ｄａｎａ，Ｋｒｉｓｔｉｎ Ｊ．，Ｂｒａｍ ｖａｎ Ｇｉｎｎｅｋｅｎ，Ｓｈｒｅｅ Ｋ．Ｎａｙａｒ，ａｎｄ Ｊａｎ Ｊ．Ｋｏｅｎｄｅｒｉｎｋ．による「Ｒｅｆｌｅｃｔａｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｘｔｕｒｅ ｏｆ Ｒｅａｌ－Ｗｏｒｌｄ Ｓｕｒｆａｃｅｓ」．ＡＣＭ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｇｒａｐｈｉｃｓ １８，ｎｏ．１（１９９９年１月１日）：１－３４．ｈｔｔｐｓ：／／ｄｏｉ．ｏｒｇ／１０．１１４５／３００７７６．３００７７８．）。

【0005】

ＰＣＴ／ＥＰ２０２０／０５８４４４は、物体の双方向テクスチャ関数（ＢＴＦ）を生成するための方法を開示している。この方法は、カメラベースの測定装置を用いて物体の初期ＢＴＦを測定することと、分光光度計を用いて予め与えられた数の異なる測定ジオメトリについて物体のスペクトル反射率データをキャプチャすることと、最適化されたＢＴＦを得るために初期ＢＴＦをキャプチャされたスペクトル反射率データに適合させることと、を含んでいる。

【0006】

ＥＰ２０１８２８０８．４は、塗装された車部品を視覚化する方法を開示している。この方法は、測定と塗料の双方向テクスチャ関数（ＢＴＦ）の最適化、及びレンダリングソフトウェアを用いた後続の３Ｄ物体の塗料の外観のシミュレーションに基づいている。ＢＴＦはまた、異なる視線及び照射のジオメトリに対する塗料の効果顔料のきらめきを表すテクスチャ画像をも含む。当然ながら、すべての観察方向及び照射方向に対してきらめきの画像をキャプチャし、保存することは不可能である。したがって、ＢＴＦを評価する場合には、レンダリング時に、記録された最も近い隣接のジオメトリのきらめき画像から、与えられたジオメトリでのきらめき画像を補間する必要がある。線形補間が使用されているが、線形補間は散在するきらめき点の強度の強い低下と、したがってコントラストと奥行きの低下を引き起こす。そのため、レンダリングされたきらめきはコントラストと奥行きに欠け、変化する観察条件又は光条件の下できらめき点のダイナミクスが妥当ではない。さらに、低下したコントラストのハロー状の光学効果もきらめき内で観察される。

【0007】

本開示の目的は、車の塗料のきらめきのよりリアルかつ妥当なデジタル表現、及び効果顔料コーティングを有する車部品のよりリアルな視覚化、を生成する方法を提供することである。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

本開示は、それぞれ独立請求項の特徴を有する、車部品のコーティングのデジタル表現を生成するための方法、及びその方法を実装するコンピュータシステムを提供する。特許請求される方法及びシステムのさらなる特徴及び実施形態は、従属請求項及び明細書に記載されている。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本方法は、車の塗料のきらめきのレンダリングのための改良されたテクスチャブレンドを使用する。線形補間関数の代わりに、ランダム遷移点を中心とするスムースステップ関数が、隣接するテクスチャ画像からピクセル値を補間するために使用される。このようにして、補間されたヒストグラム、つまりコントラストが保持される。さらに、変化する視線条件及び光条件の下でのコーティング表面のきらめきダイナミクスが、よりリアルにレンダリングされる。

【発明を実施するための形態】

【0010】

詳細な説明
本開示によれば、車の塗料の双方向テクスチャ関数（ＢＴＦ）が、車の塗料でコーティングされた物体の光学的外観、特に、色及び色効果を、物体の所定の照射において正確に再現する車の塗料でコーティングされた物体の表現をレンダリングするために使用される。

【0011】

本開示の文脈では、「レンダリング」という用語は、コンピュータプログラムによって物体の写実的画像を生成する自動的なプロセスを説明するのに使用される。

【0012】

本開示は、効果顔料を含む塗料でコーティングされた車部品のデジタル表現を生成する方法を提供する。本方法は、レンダリングソフトウェアを使用して３Ｄ物体の塗料の外観をシミュレーションするために、異なる視線方向と照射方向に対する塗料の効果顔料のきらめきを表す複数のテクスチャ画像を含む塗料の双方向テクスチャ関数（ＢＴＦ）を用いることを含む。本開示の方法では、ランダムな遷移点ｔ_ｎ周辺の幅ｗの区間でスムースステップ関数

【0013】

【数1】

【0014】

が、複数のテクスチャ画像間の局所座標ｘ^＊におけるピクセル値を補間するのに使用される。この式において、ｘ^＋は、幅ｗの区間と、後で説明する局所座標

【0015】

【数2】

【0016】

を記述するパラメータｘ^＊に依存する遷移点ｔ_ｎとによる座標変換に相当する。

【0017】

物体のテクスチャを正しく反映するために、ＢＴＦは、照射及び観察の角度及び方向（以下、「ジオメトリ」）に依存する空間テクスチャ画像のテーブルを含んでいる。すべての可能な観察方向及び照射方向（ジオメトリ）のきらめき画像をキャプチャして保存することはできないため、レンダリング中に記録された最も近い隣接ジオメトリのきらめき画像から、与えられたジオメトリのきらめき画像を補間する必要がある。

【0018】

補間されたテクスチャ画像のコントラストを保持するために、新たな補間方式が開発された。線形補間関数を使用する代わりに、ランダムな遷移点を中心とするスムースステップ関数が、隣接するテクスチャ画像からピクセル値を補間するのに使用される。スムースステップはシグモイドのような補間関数とクランプ関数のファミリーである。この関数は、入力ｘ、「左エッジ」、「右エッジ」の３つのパラメータに依存しており、左エッジは右エッジより小さいと仮定される。この関数は、実数ｘを引数として受け取り、ｘが左エッジ以下の場合は０、ｘが右エッジ以上の場合は１を返し、それ以外の場合はＨｅｒｍｉｔｅ多項式を使って０と１の間でスムースに補間する。スムースステップ関数の勾配は、両エッジでとも０である。このことは、より高度で高価な補間技術を使用する代わりに、各セグメントを補間するためにスムースステップを使って、一連の遷移を作成するのに便利である。スムースステップ関数は、所与のパラメータ区間にわたって１つの値から他の値への遷移を記述するために使用されることができる。本開示の方法では、特定の遷移点を中心とする２つのジオメトリ間の距離よりもはるかに小さい固定幅の区間が選択される。

【0019】

区間幅ｗは、前に示したスムースステップ関数Ｓ_１(x)の文脈で理解されるべきであり、２つの隣接するテクスチャ画像のピクセル強度の間の遷移がどの程度の速さで発生するかを決定する。ｗ＝０の場合、ピクセル強度間の急激な遷移をもたらす。ｗ＝１の場合、ゆっくりとした遷移をもたらし、そこではピクセル強度は隣接テクスチャ画像間の距離全体にかけて補間される。

【0020】

適切な値のｗは、補間された画像のコントラストを保持し、ピクセル強度間の妥当な遷移を作成する。このような値は、ｗの値を変化させ、変化する値のｗを使用して変化する照射及び観察条件の画像を補間し、補間された画像のピクセル強度間のコントラストと遷移を観察することによって、実験的に特定されることができる。本発明の特に好ましい実施形態によれば、ｗ＝０．０５の値が使用される。ｗ＞０．０５の場合、テクスチャ画像のより多くのピクセルについてピクセル値を補間する必要があり、これによって補間された画像のコントラストが再び低下する。ｗ＜０．０５の場合、主観的に遷移が急すぎるように見え、したがって、妥当でない。

【0021】

きらめき画像の確率的な性質により、きらめき画像の個々のピクセルを互いに独立して補間することができる。つまり、きらめき画像の各ピクセルに対して、遷移点をランダムに選択することができる。

【0022】

実際には、与えられたジオメトリに対して、少数のピクセル値のみが重みを計算するためにスムースステップ関数を使用して補間される。それ以外のピクセルについては、隣接するきらめき画像のいずれか一方から値が選択される。与えられたジオメトリが隣接するジオメトリに近いほど、隣接するジオメトリのきらめき画像からより多くのピクセル値が選択される。

【0023】

結果として得られる補間されたきらめき画像は、よりリアルな外観を有する。コントラストは保持され、ハロー状の光学効果も観察されない。さらに、きらめき画像のヒストグラムも連続的に補間される。さらに、変化する視線条件及び照射条件の下でのきらめきダイナミクスがよりリアルである。

【0024】

本方法の一実施形態では、テクスチャ画像は、ｓＲＧＢテクスチャ画像である。本開示の文脈では、「ｓＲＧＢ」（ｓｔａｎｄａｒｄ Ｒｅｄ Ｇｒｅｅｎ Ｂｌｕｅ）という用語は、ＩＥＣ ６１９６６－２－１：１９９９に定義されるＲＧＢ色空間を表す。本方法の一実施形態では、テクスチャ画像は、ガンマ圧縮を含まない線形ｓＲＧＢ色空間で表される。線形ｓＲＧＢとｓＲＧＢ値は、情報を失うことなく互いに変換されることができる。線形ｓＲＧＢ値が使用されるのは、レンダリングエンジンが物理量（例えば、光強度及び反射率）と関連付けることができる線形値で動作するためである。

【0025】

物体の双方向テクスチャ関数（ＢＴＦ）は、以下の：
－ 物体の初期ＢＴＦを測定するように構成されたカメラベースの測定装置と、
－ 事前に与えられた数の異なる測定ジオメトリについて、前記物体のスペクトル反射率データをキャプチャするように構成された分光光度計と、
－ 前記カメラベースの測定装置及び前記分光光度計とそれぞれ通信接続され、前記それぞれの通信接続を介して前記初期ＢＴＦ及び前記物体の前記キャプチャされたスペクトル反射率データを受信し、前記初期ＢＴＦを前記キャプチャされた反射率データに適合させて最適化ＢＴＦを取得するように構成された、コンピューティング装置と、
を備えるシステムを用いて生成されることができる。

【0026】

本システムは、初期ＢＴＦ、事前に与えられた数の異なる測定ジオメトリに対する物体のスペクトル反射率データ、及び最適化ＢＴＦを保存するように構成されたデータベースをさらに備えることができる。コンピューティング装置は、初期ＢＴＦ及び事前に与えられた数の異なる測定ジオメトリに対する物体のスペクトル反射率データを取得するように、及び最適化ＢＴＦを保存するように、データベースと通信可能に接続されてよい。つまり、カメラベースの測定装置から得られた初期ＢＴＦ及び分光光度計によってキャプチャされたスペクトル反射率データは、コンピューティング装置が初期ＢＴＦをキャプチャされた反射率データに適合させて最適化ＢＴＦを得るために、初期ＢＴＦ及びスペクトル反射率データを取得する前に、データベースに最初に保存されてよい。このシナリオでは、カメラベースの測定装置及び分光光度計もまた、データベースと通信接続される。したがって、コンピューティング装置とカメラベースの測定装置との間の通信接続、及びコンピューティング装置と分光光度計との間の通信接続の両方は、それぞれ、データベースを介した直接接続又は間接接続であってよい。各通信接続は、有線接続であってもよいし、無線接続であってもよい。それぞれ適切な通信技術が使用されてよい。コンピューティング装置、カメラベースの測定装置、及び分光光度計は、それぞれ、互いに通信するための１つ以上の通信インターフェースを含むことができる。そのような通信は、ファイバ分散データインターフェース（ＦＤＤＩ）、デジタル加入者線（ＤＳＬ）、イーサネット、非同期転送モード（ＡＴＭ）、又は他の任意の有線伝送プロトコルなどの有線データ伝送プロトコルを使用して実行されることができる。あるいは、通信は、汎用パケット無線サービス（ＧＰＲＳ）、ユニバーサル移動通信システム（ＵＭＴＳ）、符号分割多重アクセス（ＣＤＭＡ）、ロングタームエボリューション（ＬＴＥ）、無線ユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）、及び／又は任意の他の無線プロトコルなど、様々なプロトコルのいずれかを使用して無線通信ネットワークを介してワイヤレスであってよい。それぞれの通信は、無線通信と有線通信の組み合わせであってもよい。

【0027】

コンピューティング装置は、タッチスクリーン、音声入力、動作入力、マウス、キーパッド入力、及び／又は同様のものなどの１つ以上の入力ユニットを含むことができ、又はそれらと通信することができる。さらにコンピューティング装置は、音声出力、ビデオ出力、スクリーン／ディスプレイ出力、及び／又は同様のものなどの１つ以上の出力ユニットを含むことができ、又はそれらと通信することができる。

【0028】

本方法の一実施形態では、使用されるＢＴＦは、特殊なＢＴＦであり、これは、少なくとも以下のステップ：
－ カメラベースの測定装置を使用して、物体の初期ＢＴＦを測定するステップと、
－ 分光光度計を使用して、事前に与えられた数、すなわち限られた数の異なる測定ジオメトリについて、前記物体のスペクトル反射率データをキャプチャするステップと、
－ 前記初期ＢＴＦを前記キャプチャされたスペクトル反射率データに適合させ、最適化されたＢＴＦを得るステップと、
を含む方法によって生成される。

【0029】

色精度を向上させるために、第１ステップにおいて、カメラベースの測定装置を用いて、物理的な車の塗料サンプルの初期ＢＴＦを取得することが提案される。次に、第２ステップにおいて、第２スペクトル測定が、分光光度計、特にハンドヘルド分光光度計を用いて、同じサンプルに対して実行される。このように、少数（例えば２５未満）の測定ジオメトリについて追加の、より正確なスペクトル反射率データが得られる。初期ＢＴＦが、したがって、より正確だが疎なスペクトル反射率データを用いて改善される。その結果、色と空間的に変化する外観、例えば車の塗料サンプルのきらめきがキャプチャされ、十分に正確なＢＴＦが得られる。

【0030】

一実施形態によれば、カメラベースの測定装置は、異なる視線角で、異なる照射角で、異なる照射色で、及び／又は異なる露出時間で、物体／サンプルの複数の画像（写真）を作成し、これにより、照射角、視線角、照射色及び／又は露出時間の複数の組み合わせを考慮した複数の測定データを提供する。カメラベースの測定装置は、例えば、Ｘ－Ｒｉｔｅ ＴＡＣ７（登録商標）などの市販の測定装置とすることができる。車の塗料サンプルとクリアコートでコーティングされた小型の平面パネルを測定装置に挿入し、測定プロセスを開始する。測定とそれに続く後処理により、初期ＢＴＦが得られる。

【0031】

後処理の過程では、異なる照射色及び異なる露光時間を有するが、等しい照射角及び視線角を有する画像／写真が、それぞれ高いダイナミックレンジの画像に組み合わされる。さらに、サンプルへの写真の遠近が補正される。写真と後処理によって得られたデータに基づいて、初期ＢＴＦのパラメータが決定される。

【0032】

さらなる実施形態によれば、最適化されたＢＴＦを得るために初期ＢＴＦをキャプチャされたスペクトル反射率データに適合させることは、初期ＢＴＦを異なる項(term)（各項はパラメータのセットを含む）にセグメント化すること、及びキャプチャされたスペクトル反射率データを使用して各項のパラメータを個別に最適化することを含む。

【0033】

初期ＢＴＦは、２つの主要な項にセグメント化（分割）され、第一項は、測定ジオメトリにのみ依存する、物体（例えば、車の塗料サンプル）の反射率特性を記述する均一な双方向反射率分布関数（ＢＲＤＦ）であり、第二項は、物体の空間的に変化する外観を説明する、すなわち、視線と照射に依存するテクスチャ画像を追加するテクスチャ関数である。モデルに保存されたテクスチャ画像は、すべてのピクセルの平均で、ＲＧＢチャネルのそれぞれの強度の合計がゼロであるという特性を有する。遠くから見た場合、車の塗料の全体的な色の印象は、一点での色ではなく、より広い範囲の平均的な色によって決定される。上記の性質より、テクスチャ画像の広い領域の平均的な色はゼロ又はゼロに近いと考えられる。これにより、全体の色を変えることなく、テクスチャ画像を重ねることができる。これは、ＢＴＦを最適化する際に、テクスチャ画像を無視できることも意味する。

【0034】

ＢＴＦの表現には、Ｒｕｍｐ等（Ｒｕｍｐ，Ｍａｒｔｉｎ，Ｒａｌｆ Ｓａｒｌｅｔｔｅ，ｕｎｄ Ｒｅｉｎｈａｒｄ Ｋｌｅｉｎ．）によって最初に導入されたカラーモデル「Ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ Ｒｅｓａｍｐｌｉｎｇ， Ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ ａｎｄ Ｒｅｎｄｅｒｉｎｇ ｏｆ Ｍｅｔａｌｌｉｃ ａｎｄ Ｐｅａｒｌｅｓｃｅｎｔ Ｐａｉｎｔ．」、Ｖｉｓｉｏｎ，Ｍｏｄｅｌｉｎｇ，ａｎｄ Ｖｉｓｕａｌｉｚａｔｉｏｎ，１１－１８，２００９．が使用される：

【0035】

【数3】

【0036】

ここで、

【0037】

【数4】

【0038】

一般に、双方向反射率分布関数（ＢＲＤＦ）は、不透明な表面で光がどのように反射するかを定義する４つの実変数の関数である。この関数は、入射光方向

【0039】

【数5】

【0040】

と出射方向

【0041】

【数6】

【0042】

を入力し、方向

【0043】

【数7】

【0044】

から表面に入射する放射照度に対する

【0045】

【数8】

【0046】

に沿って出る反射放射照度の比率を返す。ＢＲＤＦとは、照射角と反射散乱角の関数として、材料（物体）の測光反射光散乱特性を記述する、任意の材料（ここでは物体、すなわち塗料サンプルを意味する）の測光データの集合を意味する。ＢＲＤＦは、物体、特に物体に含まれるゴニオ外観性材料のスペクトル及び空間反射散乱特性を記述し、材料の外観の記述と、ＢＲＤＦから容易に導き出され得る、光沢、ヘイズ、及び色などの他の多くの外観属性を提供する。

【0047】

一般的に、ＢＲＤＦは散乱ジオメトリの関数として３つのカラー座標で構成されている。特定の照度及びカラーシステム（ＣＩＥＬＡＢなど）は、指定され、及び、ＢＲＤＦを扱う場合の任意のデータを含ませられなければならない。

【0048】

式（１）から分かるように，第一項すなわちＢＲＤＦは、カラーテーブル

【0049】

【数9】

【0050】

に対応する第一サブ項と、強度関数

【0051】

【数10】

【0052】

に対応する第二サブ項とに分けられる。この初期ＢＴＦのパラメータは、スペクトル反射率データと初期ＢＴＦの色差を最小限に抑えるために、第１最適化ステップで強度関数のパラメータを一定に保ちながらカラーテーブルのパラメータを最適化することによって、また、第２最適化ステップでカラーテーブルのパラメータを一定に保ちながら強度関数のパラメータを最適化することによって、最適化される。

【0053】

スペクトル反射率データ、すなわちスペクトル反射率曲線は、測定ジオメトリの限られた数だけ取得される。このような測定ジオメトリのそれぞれは、特定の照射角／方向及び特定の視線角／方向によって定義される。スペクトル反射率測定は、例えば、ハンドヘルド分光光度計、例えば、６つの測定ジオメトリ（－１５°、１５°、２５°、４５°、７５°、１１０°の固定照射角及び視線角／測定角）を有するＢｙｋ－Ｍａｃ Ｉ（登録商標）、１２個の測定ジオメトリ（２つの照射角と６つの測定角）を有するＸ－Ｒｉｔｅ ＭＡ－Ｔ１２（登録商標）、又はＸ－Ｒｉｔｅ ＭＡ ９８（登録商標）（２つの照射角と最大１１個の測定角）によって行われる。これらの測定装置から得られるスペクトル反射率データは、カメラベースの測定装置から得られる色情報よりも正確である。

【0054】

さらなる実施形態によれば、各スペクトル測定ジオメトリに対する第１最適化ステップにおけるカラーテーブルの最適化のために、第１ＣＩＥＬ^＊ａ^＊ｂ^＊値がスペクトル反射率データ（曲線）から計算され、第２ＣＩＥＬ^＊ａ^＊ｂ^＊値が初期ＢＴＦから計算され、ａ^＊座標とｂ^＊座標の補正ベクトルが第１ＣＩＥａ^＊ｂ^＊値から第２ＣＩＥａ^＊ｂ^＊値を減算することによって計算され、補正ベクトルはカラーテーブルに保存されている視線角と照射角の全範囲についてコンポーネントごとに補間及び外挿され、補間された補正ベクトルは、カラーテーブルに保存された各スペクトル測定ジオメトリの初期ＢＴＦ ＣＩＥＬ^＊ａ^＊ｂ^＊値に適用され、補正されたＢＴＦ ＣＩＥＬ^＊ａ^＊ｂ^＊値は線形ｓＲＧＢ座標（それらの合計が例えば３に等しくなるように正規化されている）に変換され、最終的にカラーテーブルに保存される。

【0055】

マルチレベルＢ－スプライン補間アルゴリズム（Ｌｅｅ，Ｓｅｕｎｇｙｏｎｇ，Ｇｅｏｒｇｅ Ｗｏｌｂｅｒｇ，ｕｎｄ Ｓｕｎｇ Ｙｏｎｇ Ｓｈｉｎ．による「Ｓｃａｔｔｅｒｅｄ ｄａｔａ ｉｎｔｅｒｐｏｌａｔｉｏｎ ｗｉｔｈ ｍｕｌｔｉｌｅｖｅｌ Ｂ－ｓｐｌｉｎｅｓ」、ＩＥＥＥ ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ ｖｉｓｕａｌｉｚａｔｉｏｎ ａｎｄ ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｇｒａｐｈｉｃｓ ３，Ｎｒ．３（１９９７）：２２８－２４４．）は、補正ベクトルのコンポーネントごとに補間及び外挿に使用されることができる。

【0056】

なおさらなる実施形態によれば、第２最適化ステップにおける強度関数のパラメータの最適化のために、コスト関数が、すべてのスペクトル反射率測定ジオメトリにわたる色差の合計に基づいて定義される。このコスト関数

【0057】

【数11】

【0058】

は、以下の式に従って、すべての反射率測定ジオメトリにわたって定義される:

【0059】

【数12】

【0060】

ここで、

【0061】

【数13】

【0062】

式（２）に示されるように、コスト関数は、特定の拘束を考慮するように設計されたペナルティ関数によって補完されることができ、そのような拘束は、好ましくは、パラメータ値を有効範囲内に保つことを含む。

【0063】

色差を計算するために、初期ＢＴＦは異なるスペクトル反射率測定ジオメトリで評価され、得られたＣＩＥＬ^＊ａ^＊ｂ^＊値は、例えばＤＩＮ６１５７／２に定義されている式などの重み付き色差式を用いてスペクトル反射率測定からのＣＩＥＬ^＊ａ^＊ｂ^＊値と比較され、強度関数のパラメータは、コスト関数が最小化するように、例えばネルダーミーアダウンヒルシンプレックス法などの非線形最適化法を使用して最適化される。

【0064】

カラーテーブルを最適化する場合、分光光度計のスペクトル反射率測定ジオメトリごとに、補正ベクトルが決定される。補正ベクトルは、初期ＢＴＦのＢＲＤＦ部分と同じジオメトリのスペクトル反射率データから、ＲＧＢチャネルの反射放射輝度の差としてそれぞれ結果として得られる。補正ベクトルの計算は、ＣＩＥＬ^＊ａ^＊ｂ^＊色空間で行われる。得られた補正ベクトルは、カラーテーブルの全パラメータ範囲にわたってコンポーネントごとに補間される。

【0065】

なおさらなる実施形態によれば、第１及び第２の最適化ステップは、最適化されたＢＴＦの精度をさらに向上させるために繰り返し／反復して実行される。反復の回数は、指定され得、予め定義され得る。３回の反復で既に信頼できる良い結果が得られることが分かった。

【0066】

ＢＴＦ表現は、不連続な数のジオメトリのみに対するスパークル画像を含む。ジオメトリは、２つの角度：中間ベクトルと照射方向の間の角度

【0067】

【数14】

【0068】

中間ベクトルと法線の間の角度

【0069】

【数15】

【0070】

を与えることで指定されることができる。中間ベクトルとは、照射方向と観察方向の間の中間ベクトルである。テクスチャ画像は一定区間で

【0071】

【数16】

【0072】

の値でキャプチャされる。

【0073】

スパークル画像が記録されなかったジオメトリ

【0074】

【数17】

【0075】

のＢＴＦを評価する場合、補間が必要である。スパークル画像は、最も近い隣接ジオメトリ

【0076】

【数18】

【0077】

でそれぞれ記録されたスパークル画像

【0078】

【数19】

【0079】

から補間される。

【0080】

ジオメトリ

【0081】

【数20】

【0082】

の画像をジオメトリ

【0083】

【数21】

【0084】

の隣接画像から補間する場合、次のように定義される局所座標座標が使用される：

【0085】

【数22】

【0086】

バイリニア補間を用いると、補間される画像強度は

【0087】

【数23】

【0088】

ここで、局所座標は以下の通りである。

【0089】

【数24】

【0090】

これらの局所座標では、隣接する２つのジオメトリの距離は常に１である。局所座標は、後述する遷移区間の幅の固定値ｗに依存する。

【0091】

補間スキームとして、以下の１次元及び２次元のスムースステップ関数が導入される：

【0092】

【数25】

【0093】

この形式では、スムースステップ関数は、パラメータｘ^＊が０から１に変化するとき、０から１へ滑らかに変化する。遷移点ｔ_ｎ周辺の幅ｗを持つ区間、好ましくはｗ＝０．０５の区間が定義される。次に、スムースステップ関数

【0094】

【数26】

【0095】

は、遷移点周辺の指定された区間で０から１に滑らかに変化する。

【0096】

スムースステップ関数を用いて、補間された強度は次のように計算される、

【0097】

【数27】

【0098】

式中、

【0099】

【数28】

【0100】

は、局所座標

【0101】

【数29】

【0102】

を有するピクセルの補間された強度;

【0103】

【数30】

【0104】

は局所座標

【0105】

【数31】

【0106】

でのスムースステップ関数の値;

【0107】

【数32】

【0108】

は、ピクセル位置xの隣接するテクスチャ画像abのピクセル強度の値である。

【0109】

遷移点は、テクスチャ画像の各ピクセルについて、区間[w/2,1-w/2]で一回ランダムに選択される。ここで

【0110】

【数33】

【0111】

は、ピクセルの遷移区間に対するジオメトリ角の局所座標である。ランダムな遷移点の設定は、マテリアルの初期化時などに、各ピクセルに対して一度だけ行われる。その後、設定された遷移点は、テクスチャがレンダリングされるたびに、使用される。

【0112】

シェーダプログラムでの実装では、補間されるテクスチャ画像はテクスチャとして保存される。追加のテクスチャは、ランダムな遷移点を保存する。ＢＴＦにズームするとき、補間はサンプル上の空間位置x.でも必要である。レンダリング中、本開示の補間アプローチは、まず、位置xに隣接するピクセルで値を補間するために使用される。次に、xで補間されたピクセル値は線形補間を使用して、これらの値から計算される。

【0113】

本開示はまた、コンピュータシステムに関し、前記コンピュータシステムは：
－ コンピュータユニットと;
－ 非一時的なコンピュータ可読記憶媒体に保存されたプログラムコードを有するコンピュータ可読プログラムであって、前記プログラムコードは、前記プログラムが前記コンピュータユニット上で実行されるときに、前記コンピュータユニットに以下の、
物体の所定の視線方向及び照射方向における前記物体の視覚的外観を正確に再現する、塗料でコーティングされた物体の表現、を生成させるために、効果顔料を含む塗料の双方向テクスチャ関数（ＢＴＦ）を使用させ、
前記表現は、局所座標x^*においてランダムな遷移点ｔ_ｎ周辺の幅wの区間でのスムースステップ関数

【0114】

【数34】

【0115】

を使用して、隣接する視線方向と照射方向を表すＢＴＦに存在するテクスチャ画像から、与えられた視線方向と照射方向におけるテクスチャ画像を補間する３Ｄレンダリングエンジンを使用して生成される、
ことを行わせるコンピュータ可読プログラムと、
を備える。

【0116】

一実施形態では、改善されたレンダリングアプローチの実装は、ＯｐｅｎＧＬとＣ^＋＋を使用する。

【0117】

さらなる実施形態では、物体の表現は、リアルタイムレンダリングエンジンを使用して生成される。３Ｄレンダリングエンジンは、シーンに存在する材料の光学（反射）特性を考慮して、仮想３Ｄライトシーン内の光の伝播をシミュレート又は近似する。リアルタイムレンダリングエンジンは、高いフレームレートで仮想シーンの画像を生成することができ、それにより、ユーザ入力と更新された画像の間に遅延が認識されない、又はほとんど遅延が認識されない。数学的なグラフィックスモデルは、材料の光学的特性を記述する。

【0118】

一実施形態では、コンピュータシステムは、ＢＴＦを解釈するためのシェーダと呼ばれる特定のプログラムを含む。さらなる実施形態では、システムは、レンダリングエンジンのためのインポータとシェーダを含む。

【0119】

インポータとは、ある形式のデータファイル又はメタデータ情報を読み取り、それを特殊なアルゴリズム（フィルタなど）を介して別のフォーマットに変換するソフトウェアアプリケーションである。インポータは、多くの場合、それ自体ではプログラム全体ではなく、他のプログラムへの拡張機能であって、プラグインとして実装される。このように実装された場合、インポータはファイルからデータを読み取り、それをホストアプリケーションのネイティブフォーマットに変換する。インポータの役割は、ファイルからＢＴＦの情報を読み取り、それをシェーダに供給することである。シェーダが限定されたＢＴＦモデルを使用する場合、インポータはフルＢＴＦモデルのパラメータを限定されたモデルに変換する必要がある。これは、測定ジオメトリのセットに対する反射率がフルＢＴＦモデルの反射率にできるだけ類似するように、限定モデルのパラメータを最適化することによって行われる。コンピュータシステムの一実施形態では、インポータは、ファイルからＢＴＦを読み取り、ＢＴＦのパラメータをシェーダによって使用されるテクスチャ関数のパラメータに翻訳するように構成されている。

【0120】

インポータはＢＴＦから情報を読み取り、それをレンダリングエンジンの特定のシェーダに提供する。シェーダがＢＴＦに組み込まれたフルグラフィックスモデルを解釈できず、簡略化したモデルを使用する場合は、インポータのＢＴＦの情報の翻訳が必要である。

【0121】

シェーダは、元々は３Ｄシーン（レンダリング画像に適切なレベルの光、暗さ、及び色の生成物）のシェーディングに用いられるコンピュータプログラムの一種であるが、現在はコンピュータグラフィックスの特殊効果のカテゴリーの中で様々な分野で様々な特化された機能を実行している。単純な照明モデルを超えて、シェーダのより複雑な使用は、画像の色相、彩度、明度（ＨＳＬ／ＨＳＶ）、コントラストの変更；ぼかし、ライトブルーム、ボリュームライティング、法線マッピング（深度効果用）、ボケ、セルシェーディング、ポスタリゼーション、バンプマッピング、歪曲、彩度キーイング（いわゆる「ブルースクリーン／グリーンスクリーン」効果用）、エッジ及びモーション検出並びにサイケデリック効果を含む。

【0122】

シェーダは、頂点又はピクセルの特性を記述する。頂点シェーダは頂点の属性（位置、テクスチャ座標、色など）を記述し、ピクセルシェーダはピクセルの特性（色、Ｚ深度及びアルファ値）を記述する。頂点シェーダはプリミティブの各頂点に対して呼び出され（おそらくテッセレーション後に）；このように、１つの頂点が入力され、１つの（更新された）頂点が出力される。各頂点は、その後最終的にスクリーンに送られるサーフェス（メモリブロック）に一連のピクセルとしてレンダリングされる。

【0123】

本開示の文脈では、フラグメントシェーダが主に使用される。頂点シェーダの特定のコードは、頂点シェーダがフラグメントシェーダのためのある入力データを準備する必要があるときだけである。

【0124】

フラグメントシェーダは、「フラグメント」ごとに色及びその他の属性を計算する：フラグメントは最大で単一の出力ピクセルに影響を与えるレンダリング作業の単位である。最も単純なフラグメントシェーダは、色値として１つのスクリーンピクセルを出力する；複数の入力／出力を有するより複雑なシェーダも可能である。フラグメントシェーダは、単純に常に同じ色を出力することから、ライティング値を適用してバンプマッピング、シャドウ、鏡面ハイライト、半透明及びその他の現象を行うものまで及ぶ。それらは、フラグメントの深度を変更し（Ｚバッファリングのため）、又は複数のレンダーターゲットがアクティブな場合は複数の色を出力することができる。

【0125】

頂点シェーダは、グラフィックスプロセッサに与えられた各頂点に対して１回実行される。その目的は、仮想空間における各頂点がスクリーン（及びＺバッファの深度値）に表示される２Ｄ座標に変換することである。頂点シェーダは、位置、色、テクスチャ座標などのプロパティを操作することはできるが、新しい頂点を作成することはできない。

【0126】

一実施形態では、コンピュータシステムは、Ｖ－ｒａｙ又はＬｕｘＣｏｒｅＲｅｎｄｅｒなどの少なくとも１つのレンダリングソフトウェアアプリケーション、及び／又はＵｎｒｅａｌ Ｅｎｇｉｎｅ又はＵｎｉｔｙなどの少なくとも１つのゲームエンジンのためのプラグインを提供する。

【0127】

一実施形態では、コンピュータシステムは、Ｕｎｉｔｙ用のプラグインを提供する。Ｕｎｉｔｙは、Ｕｎｉｔｙ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓによって開発されたクロスプラットフォームゲームエンジンである。このエンジンは、３次元、２次元、仮想現実、及び拡張現実のゲーム、並びにシミュレーション及び他の体験を作成するために使用されることができる。このエンジンは、映画、自動車、建築、エンジニアリング、建設など、ビデオゲーム以外の業界にも採用されている。

【0128】

コンピュータシステムは、ビデオ出力、スクリーン／ディスプレイ出力、人工現実（ＡＲ）又は仮想現実（ＶＲ）出力及び／又は同様のものなどの１つ以上の出力ユニットを含むことができ、又は、それと通信することができる。

【0129】

本発明の実施形態は、スタンドアロンユニット、又は、例えばインターネット又はイントラネットなどのネットワークを介して、例えばクラウドに位置する中央コンピュータと通信する１つ以上のリモート端末又は装置、を含み得るコンピュータシステムとともに使用されてもよく、又はそのコンピュータシステムに組み込まれていてもよい。このように、本明細書に記載されるコンピューティング装置／コンピューティングユニット及び関連するコンポーネントは、ローカルコンピュータシステムの一部又はリモートコンピュータ又はオンラインシステム又はそれらの組み合わせであってよい。本明細書に記載されたデータベース及びソフトウェアは、コンピュータ内部メモリ又は非一時的なコンピュータ可読媒体に保存されることができる。

【0130】

本開示は、ユーザが３Ｄ物体に適用された仮想の車の塗料の画像又はアニメーションを作成することを可能にするレンダリングアプリケーションを提供する。これらの画像は、設計プロセス中に、車の形状上の塗料の外観をプレビューするために使用されることができる。本開示の方法及びシステムは、車の塗料のきらめきのより現実的かつ妥当なデジタル表現を提供する。これにより、設計段階における新しい車の塗料の仮想レビューが容易になる。この時点での仮想色の使用は、色設計プロセスを加速させ、さもなければ物理的サンプルの噴霧に必要なコスト及びリソースを節約する可能性を有する。

【0131】

本発明のさらなる態様は、添付の特許請求の範囲に特に示される要素及び組み合わせによって実現及び達成される。本明細書は例示的かつ説明的のみであり、記載された本発明を制限するものではないことを理解されたい。

【図面の簡単な説明】

【0132】

【図1】２つの例示的なテクスチャ画像（左、右）の線形補間によって補間された画像（中央）、及び対応する強度ヒストグラム（下）を示す図である。

【図2】図１の例示的なテクスチャ画像（左、右）から本開示の補間スキームを使用して補間された画像（中央）、及び対応する強度ヒストグラム（下）を示す図である。図面の詳細な説明 図１は、きらめき顔料を含む車の塗料の２つの例示的なテクスチャ画像（テクスチャＡ、テクスチャＢ）を示す。上部中央の画像（補間されたテクスチャ）は、テクスチャＡとテクスチャＢから線形補間によって生成されている。

【0133】

対応する画像の強度ヒストグラムが、図１の下部に示されている。ヒストグラムの各バーには、所定の強度を持つピクセルの数が表示されている。各バーは、左から右に、テクスチャＡ、テクスチャＢ、補間されたテクスチャのそれぞれの値を表す３つのコラムで構成されている。ヒストグラムは、直線的に補間されたテクスチャ画像の減少されたコントラストを明確に示している。

【0134】

図２は、図１の２つの例示的なテクスチャ画像（テクスチャＡ、テクスチャＢ）を再度示している。上部中央の画像（補間されたテクスチャ）は、本開示の補間スキームによってテクスチャＡとテクスチャＢから生成されたものである。

【0135】

画像の対応する強度ヒストグラムが、図２の下部に示されている。図１と同様に、ヒストグラムの各バーは、左から右に、テクスチャＡ、テクスチャＢ、補間されたテクスチャのそれぞれの値を表す３つのコラムで構成されている。ヒストグラムは、補間された画像でコントラストと強度勾配が保持されていることを明確に示している。

【図1】

【図2】