テクスチャ生成

マルチクラス非等方性ブルーノイズサンプリング

新たなブルーノイズ特性(最小の低周波成分を持ち、エネルギーが集中したスパイクを持たないような分布特性)をもつサンプリング手法を提案した.本手法を、離散エレメントにより構成されるパターン生成へ適用することで熟練のデザイナーの初期デザイン構想の模索の支援だけでなく、非熟練者でも容易に視覚的に一様なパターン生成が行える。ユーザスタディの結果、本提案手法により生成されたパターンは、既存の離散エレメントテクスチャ合成手法でのパターン合成例と比較して統計的に優位な視覚的品質が得られていることが確認できた。また、既存手法が生成に数十秒から数分の処理時間を要するのに対して、本提案手法は高速化処理により数十ミリ秒で生成が可能であり、対話的なパターン生成が可能な手法となっている。さらに、タイリング可能なパターンも生成可能なため、デザイン産業への実用化が期待される。

任意形状の堆積形成手法

任意の構成要素を指定した形状に凝集させる手法を提案する.ここでは,堆積を凝集体表面付近に構成することで,全体として堆積した凝集体を表現する.また,任意の形状に凝集させるために,物理法則を考慮せずに凝集体を生成する.はじめに,指定した凝集体の形状に沿って構成要素を干渉するように配置する.次に,構成要素同士の干渉を解消するために,凝集体の形状の法線方向に干渉が少なくなるように構成要素の位置を調整する.実験によって,本手法が少ない計算コストで堆積を表現できることを確認した.本手法を用いることにより,おにぎりなどの凝集体を表現することができる.

任意形状をもつオブジェクトの配置によるテクスチャ生成

重ならない領域を指定したオブジェクトと出力の画像サイズ,計算に必要なパラメータを入力するだけで,それらのオブジェクトを自動的に,かつ,非周期的に配置する.

毛孔で構成される皮革模様の特徴抽出と再構成

多数の毛孔で構成される皮革形状を対象に,その特徴を簡潔に記述する手法および,その特徴量から皮革形状を再構成する手法を提案した.はじめに皮革模様の階層構造モデルを導入する.つづいて,皮革表面の計測値を統計的に解析し,皮革形状の特徴を簡潔に記述するパラメータを抽出する.その後,抽出されたパラメータを基に,皮革模様の階層構造モデルにしたがって皮革形状を再構成する.

革シボ

パーティクルシミュレーションとメタボールモデル(ブロッブモデル)を用いた皮革テクスチャの自動生成手法を提案した.はじめに,三次元のパーティクルシステムを用いて,皮革テクスチャ内の皮革細胞の配置パターンを決定する.その後,各皮革細胞に対してメタボールを付加して表面形状を生成する.提案手法を用いることで,細胞の配置パターンを各種パラメータや細胞の向きなどで制御し,さまざまな皮革パターンを得ることが可能になる.

有機的テクスチャ

物体表面をパーティクルモデルにより擬似ボロノイ分割し,分割された各ポリゴンに対してフラクタルノイズを伴ったサブディビジョン曲面を発生させて,物体表面の詳細形状を生成する手法を提案した.

石畳

スクウェアパッキングとよばれる閉領域の充填パターン生成法を用いて,指定された閉領域を覆う石畳テクスチャを生成する手法を提案した. まず,与えられた路面形状領域の内部に引力と斥力を持つ四角形粒子を発生させて,路面を構成している石材の充填パターンを生成させる.その後,生成された充填パターンに従って石材テクスチャを生成し,石畳テクスチャを生成する.

骨格線分によるテクスチャデザイン

テクスチャの特徴量を骨格線分でモデル化し,その骨格線分に肉付けする評価関数を組み合わせることにより,テクスチャを生成する.テクスチャの骨格線分は,数学関数を用いた定義手法の他に,タブレット等を用いた図形的な手法で入力することも可能である.このようにして与えられた骨格線分に対して,種々の評価関数を用いて肉付けすることにより,様々なテクスチャを作成することができる

石垣

現実感のある石垣パターンの生成手法を提案した.この手法では,数種類の入力パラメータを用い,石垣の制約条件を考慮に入れて石垣パターンが生成される.入力 パラメータとしては,積石の大きさや,岩石表面の粗さ等を用いている.出力データとしては,石垣表面の 凹凸状態を表した凹凸データと,岩石の属性を表した属性データが出力される. 本手法で生成されたパターンを城壁などにマッピングすることにより,より高品質な画像を得ることが可能になった.

質感表現

物体表面の微細形状の陰影付け手法

アンビエントオクルージョンをシボ表面の陰影付けに適用し,表現の対象となる幾何形状を操作することなく,凹み部分の遮蔽による陰影付けを行う手法を提案する.本手法を用いることで,凹み部分の視認性が良好なバンプマッピングを施すことが可能になる.

詳細度を考慮した凹凸表現

人間の視覚特性を考慮した質感表現を行うことで処理の効率化を試みた.具体的には,リアルタイ ムでの物体表面の凹凸付け手法として用いられているパララックスオクルージョンマッピングとバンプマッピング,テクスチャ マッピング手法の3 手法を,物体の詳細度に対する人間の視覚特性に応じて切り替えて適用する.計算コストの一番高い パララックスオクルージョンのみを用いて描画したときと,提案手法を用いて描画したときの描画速度について比較した結果, 1~2 割程度の速度の向上を確認した.

金箔

都市エリア産学官連携促進事業として採択された石川県南部エリアでは,伝統工芸素材の持つ高級な質感をコンピュータグラフィックスで表現する手法の研究開発を推進している.本研究では,金箔素材に対象を絞り,素材の双方向反射率分布関数(BRDF)および表面の微細な凹凸の計測データに基づき,質感の高い素材表現を行った.その結果,金箔の赤みを帯びた色調や微細な皺を表現することで,金箔の高級な質感を再現することが可能になった.

漆工芸

漆工芸に用いられる金箔および漆素材の計測データ(S-BRDF: Spectral Bidirectional Reflectance Distribution Function)を用いた質感の高い素材表現を行った.また,素材の組み合わせをプロシージャルに行う手法や,金箔の破れなどをシミュレーションする手法を提案し,計測だけではカバーできない表現手法を開発した.

制作支援

カラーパレットの美的評価モデルの構築と追加色の提案手法

限られた色数の配色パターンは、デザイン分野だけでなく、情報可視化などでも重要な役割を果たしている。また、部屋の内装や家具の色など、多くの場面で適切な色の組合せやその調和の美的価値の判断が必要とされ、配色はカラーデザイナのような専門家ばかりでなく、一般の人にも重要な位置づけにある。しかしながら、調和のとれた配色パターンの作成は、必ずしも容易ではない。例えば、お気に入りのカラーパレットが5色で所望の色数が7色である場合には、残りの2色を当該カラーパレットの色彩と調和するように選択する必要があるが、そのような色を広大な色空間から選択することは大変手間がかかる。本研究では、大規模なカラーパレットの評価データセットを用いて、カラーパレットの評価モデルを機械学習させ、未知のパレットに対しても美的評価が可能な予測モデルを構築する。そして所与のパレットの色調に合う追加色を提案することで、配色支援を目指す。

3D歯車集合体モデルの生成

指定した3Dモデルの近似形状を持つ3D歯車集合体モデルを生成する手法を提案する.従来手法で生成された集合体とは違い,本研究で生成する集合体は互いにかみ合う,かつ大きさの異なる歯車で構成される.加えて,構成する歯車1つを回転させると構成する歯車すべてが回転する状態である.本手法では,インボリュート標準平歯車を用いるものとする.本手法では,はじめに指定したモデルを複数の平面状の断面に分割する.次に,歯車のかみ合いや歯車のサイズを考慮して,各断面に歯車を1つずつ配置していく.

地表に無造作に配置された岩石の生成手法

母点間の距離を制御したボロノイ図を複数用意し,各ボロノイ図から指定した数のボロノイセルを選択することで, 大きさの異なるボロノイセルを得る.このとき,ボロノイセルが重ならないように,排他的にボロノイセルを選択する. その後,2次元のボロノイセル内に指定した数の頂点を追加し,ドロネー三角化にてメッシュを生成する. つづいて,追加した頂点に高さ情報を付加し,岩石の3次元形状とする. 本手法を用いることで異なる大きさの岩石を表現することができ,写実的な自然景観の表現と制作の効率化に貢献する.

3Dモザイクの自動生成

小石の配置パターンにより模様を表現するモデルのプロシージャル生成手法を提案した.入力画像から抽出した特徴をを反映した石の配置を計算し,最終的に3次元形状の石のモデルを生成する.またユーザはスケッチインターフェースを通して石の配置を制御する「流れ場」 の編集を行ったり,各種パラメータにより任意の形状を得ることが可能である.

図書館シーンの自動生成

ルールベースの文法を用いた本棚および本棚シーンのモデリング手法を提案した.ルールを追加して いくことで容易に様々なバリエーションのモデルを生成することが可能である.また,人工の構造物によく見られる 反復構造や表現対象物の階層構造を考慮したモデリングを行うことで,従来的な制御パラメータを用いたバリエーショ ン付け以上に多様なバリエーションのモデルが生成可能である.

大規模工場の景観シミュレーション

プロセスプラントの幾何形状を自動的に生成する手法を提案した.プロセスプラント全体のシルエットを手書きで入力し,細部の見た目をパラメータで自由に変化させることが出来る仕組みを提供することで,効率的に大規模工場をデザインできる.

階層構造を考慮した木の分布生成

本研究では,階層構造を考慮した木の分布生 成を目的とする.また,制作者が必要とする森林の景観を得るために,森林を手軽に編集可能にし,制作者の意図を 反映させる手法についても提案した.

加賀友禅のデザイン支援

加賀友禅の模様構成などに関する知識をパターン化し,模様デザインを支援するシステムを実現した.ユーザは着物の大まかな構成をデザインし,細かな模様づけはLシステムを利用してコンピュータが自動生成する.

NPR

モザイク画生成

3Dモデルの情報を用いたモザイク画の生成手法を提案した.本手法では3Dモデルの法線情報と深度情報を用いることでエッジとリッジを求め,タイルの並びや配置を決定している.これにより,3Dモデルの特徴を反映したタイリングを可能にした.

マンガ調レンダリング

ユーザが指定する光源や視点等の条件に基づき,3Dモデルからマンガ調の画像をレンダリングする手法を提案した.3Dモデルから抽出されるエッジ毎に強調・省略されたストロークを形成する事で,マンガ調のレンダリング画像を出力する.

画像処理

Algorithmic Painter

写真からさまざまなテイストの絵画調の絵を生成する手法を提案した.本手法では,元画像から,エッジ領域,均一領域,コントラストの激しい領域の3種類の領域を自動抽出する.その後,各領域分割された部分を筆触データに変換する.そして,それらの筆触データに対してさまざまな描画アルゴリズムを適用することで,芸術的な表現を施した絵画の生成が可能であることを確認できた.

(Joint project w/ Prof.Kasao @ Tokyo Polytech Univ.)

ヘアスタイル シミュレーション

CCDカメラで取り込まれた人物の顔画像と,その特徴データを入力し,蓄積された髪画像を入力された顔画像へ自動フィッティングさせ,ヘアスタイルを自動合成させる. これらの入力データを用いて,まず,蓄積された髪画像の大きさ,傾きおよび位置の補正を行なう.その後,顔の形状の個人差による髪の重なり具合の違いを補正 するために,画像のワーピング処理を施して顔画像に髪画像をフィッティングさせる.

アニメーション

自由落下運動の合成

自由落下する物体の動きを合成する手法を開発した.モード分けしてあらかじめ求めた落下運動のセグメントを確率モデルに基づいて接合することで,少ない計算負荷で落下運動の表現を可能にした.

感性工学

GAを用いたフォント選択

フォントの視覚的類似性に基づくフォント検索手法を提案することで,簡便かつ効率的なフォント検索を目指した.フォント特徴量を対話型遺伝的アルゴリズムおよび類似検索に適用することで, ユーザの所望するフォントの検索や画像に含まれる文字の効率的なフォント検索を可能にした.

3次元形状のジェンダー感性分析

3次元形状のジェンダー感性(男らしい,女らしい)の分析を行った.一般形状の構築要素であるベース,軸,スウィーピングによってジェンダー感性が変わるかを調査し,可変的ベースに対してジェンダー感性の差が明確であることが確認できた.さらに,可変ベースの中でも,球面と双曲面にジェンダー要因があることを認めた.

インタラクティブメディア

パリントウ

物理演算を用いたインタラクティブパズルゲームを提案した.限られたオブジェクト(木箱、赤い球、石、ガラス床)のみで構成し,また,物理演算を用いることにより,直感的にルールを把握できるシンプルで面白いゲームデザインの実現を試みた.プレイヤが直接的に操作するのは木箱のみであるが,木箱をタッチして消すことによって間接的に球を操作する。 一定以上の高さから球が落下してガラスにぶつかることでガラスを割る。ガラスを割らずにすべての木箱を消すとステージクリアとなる。

積み木キャッスル

仮想世界と現実世界をシームレスにつなぎ合わせる積み木遊びのインタラクションを実現するための,タンジブルなインタフェースを設計した.このシステムを用いれば,現実世界で積み上げた積み木が,仮想世界でダイナミックに城に変化するという体験を楽しむことが出来る.体験者は,積み上げるブロックの形に対応したリアルな城の3次元CGを仮想世界に生成することが可能である.

バーチャルドクターフィッシュ

ドクターフィッシュの感覚を再現する非接触型の触覚ディスプレイシステムを提案した.触覚ディスプレイには,球面状に内向きで超音波振動子を多数配置したものを用い,焦点距離において提示力が最大となるようにした.また,カメラで取得した画像から手の位置を求め,所望の場所に焦点があたるように触覚ディスプレイを移動させる.これにより,魚が手をつつくような感覚を与える.

エクストリーム缶つぶし

缶つぶしの作業に伴う単調さを映像の演出で改善することを目指した.映像は缶つぶしの動作と同期して変化し,さらにストーリー性を持たせることによって,作業への継続的な動機づけを行う.ユーザーはストーリーを楽しみながら缶をつぶすことができ,効果的な缶回収を促進するとともに,エコ意識の向上につながる.

雲すき

雲を用いた紙すきが体験できるシステムを開発した.スモークマシンから溢れ出すスモークを雲に見立て,ユーザは漉き桁を持って雲を汲む.雲が消える前に漉き桁のボタンを押すと,天井のカメラが漉き桁上の雲の模様をキャプチャし,漉き桁内に雲となって表示される.ユーザは漉き桁を揺らして,雲の繊維配向を制御し多彩な風合いを持つ紙を作ることができる.

Spider Hero

バーチャル都市空間をスパイダーマンのようにクモの糸を使って自由に飛び 回ることができるVR アプリケーションである.本VR アプリケーションにおける力覚提示としてクモの 糸の張力提示が特に重要となり,本プロジェクトでは単純な構造かつ低コストであるバキュームデバイスを用いた張力提示システムを提案した.

かおさがし

身の回りに多く存在する「顔」に見えるものとのインタラクションを目的とした作品を提案した.人形型デバイスで顔に見えるものを撮影し,人形の顔を触ったり,人形を揺らしたりすることによって,顔や音声がインタラクティブに変化する.

風景バーテンダー

カクテルのアナロジを用いて風景画像を作成するシステムを提案した.このシステムではカクテルの材料を風景の要素とし,それらをシェーカで混ぜる事で風景を作成する事が出来る.作成される風景画像はシェーカを振ることでリアルタイムに変化し,体験者は風景画像を作成している感覚を持つことが出来る.

魔女の大釜

杖で仮想物体を掻き混ぜて破壊する感覚を提示するVRアプリケーションを提案した.このアプリケーションでは,それぞれの物体に対する衝突時の応力をリアルタイムで計算し,物体に強い衝突が起こると小さな片へと破砕する.体験者はインタラクティブに破砕の感覚を,手に伝わる力覚と,CGによる破砕のシミュレーション映像とで体験する事が出来る.

Interactive Fountain

本作品は,7基の噴水を団扇型のコントローラで操るインタラクション作品である.1基の噴水は1つのポンプと9個のフルカラーLEDで構成され,防水のためにアクリルパイプで覆う.PCは噴水のポンプとLEDを制御し,団扇型コントローラの動きにともない水の噴射量と光の色を変化させる.団扇の形状が持つアフォーダンスを活用した誰でも操作できる,噴水をインタフェースとしたディスプレイシステムが提案できた.

球魂

加速度センサと,のれん状スクリーンを用いた野球におけるピッチングを体感するVRアプリケーションを提案した.従来の入力デバイスにはない,直接かつ直感的な入力方式を開発した.加速度センサを埋め込んだボールを用いることで,実際のピッチングと同じ動作で変化球を投げることができる.また,現実空間と仮想空間をシームレスにつなぐスクリーンを開発することで,プレイヤーは,投げたボールが仮想空間に飛び込むという新感覚を体験できるようになった.

Tomte

手使い人形をテーマとした,直感的なキャラクタ(アバタ)の操作法を提案する. 提案手法では,操作者の手指の場所や動きを画像認識し,その結果を用いて,任意のCGキャラクタを自由かつ直感的に画面内でリアルタイムで操作できる. これにより,ユーザは人形劇における演技者のように,任意のタイミングで意図したアニメーションをキャラクタに付加し,物語を表現することが可能になる.

TonTon

変位情報を用いて制作したVRアプリケーションとして,紙相撲をテーマとした対戦型の実装例を提案した.プレイヤが水を揺らす行為を入力データとし, 水に浮かぶスクリーンに表示される紙力士の動きに影響を及ぼす.. 距離を測るセンサを用いて,プレイヤが入力装置に与える動作を変位情報 として取得し,システム内のインタラクション処理に利用している. この直感的かつ堅牢な インタラクションモデルを用いることで,新たな体感型VRアプリケーションを実現すること ができた.

CryptiLight

直観的な操作が可能なデジタル画像編集システムを提案する.本システムでは,ユーザがライトを用いて画像の投影されたスクリーン上を照らし,それをCCDカメラで取得する.そして計測された光量に応じて画像に効果を施す.これにより直感的な操作で多様な画像編集を行うことができるようになる.また複数人が同時に,同様な操作が行えるという利点もある.

ViewFrame

像処理による位置検出技術を用いた新たなコンテンツ鑑賞スタイルを提案した.本システムは,「窓越し現実感」というコンセプトに基づき,窓の代わりに設置したディスプレイ上に,ユーザの視点移動に伴い変化する景色をシミュレーションして提示するものである.本システムではリアルタイム性が強く求められるために,グラフィックボードのピクセルシェーダ機能を用いて,ハードウェアによる画像処理の高速化を試みた.実装の結果,身体移動に伴う自然なインタラクションで,景観の奥行き知覚や3次元物体の形状認識が容易になることが体感できた.

UoQ / UoQA

ジェスチャ認識と映像提示および,簡易なモーションベースの組み合わせによるVRアプリケーションを提案した.提案するVRアプリケーションでは,腕の動きを画像解析し,解析された動きにあわせて,表示される映像コンテンツを演出すると同時に,モーションベースの姿勢制御を行うことで映像の中を泳ぐような感覚を提供する.モーションベースの姿勢制御には,エアブロワによる空気吐出を応用している.実験の結果,腕の動きに合わせて映像の速度や身体の揺れを演出したことに対して,没入感と浮遊感が得られるとの評価を受けた.

自然形状

細胞の成長シミュレーションによる幹の表現

木を構成する細胞の成長シミュレーションを行い,幹に発生する瘤やねじれに代表される複雑な形状変化を表現した.

山岳と雲

山岳と雲形状を2次元の等高線(等濃度)から自動生成する.それぞれの形状は,フラクタル理論を応用して生成される.