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落書き風レンダリング技法 共感できる描画表現
落書き風レンダリング技法 共感できる描画表現 藤木 淳 FUJIKI Jun 九州大学大学院芸術工学府 富松 潔 TOMIMATSU Kiyoshi 九州大学大学院芸術工学研究院 Abstruct : Scrible is one of drawing methods to give a simpathy to us, because it is the action when we were children, and we might be adult. We propose a CG rendering technique to render like scribble. We pay attention to the feeling of powerful and warmth of a scribble-like image so that it has the following two features. One is a stroke that is roundness and be likely to turn right up. Two is a shadowing technique to pile up the stroke. An algorithm based on this two features create a scribble-like image. This algorithm has some processes. First, it gets image-buffers to be resolved by near contrast. Next, it calculates points to create a stroke by the imagebuffers. Finally, we get a scribble-like image by strokes interpolated the points by bezier curves to each image-buffer. Key word : Scrrible, Simpathy, Non Photo Realistic Rendering １．はじめに 本研究は共感を与える描画表現として、与えられた２Ｄ， ３Ｄデータから"落書き調"イメージを生成する手法の確立を 目的としている。落書きの描画法には決まり事はなく人それ ぞれのスタイルを持つ。そもそも落書きは本来描くべくして 描くものではないが、しかし、だからこそ時間にとらわれず 自由に伸び伸びとした線がそこに描かれる。ここで目的とす る描画法は勢いあるストロークを持ちラフな印象を与えつつ も温かみのあるイメージを生成できるものである。そこで、 次のような特徴を有する落書きスタイルを想定した。 ・全体的に比較的長い勢いのある丸みのある一連のストロー クで、右斜め上下に方向に陰影付ける。 ・明度の低い（暗い）ところほど線を重ね掛ける回数を多く することで線の勢いを殺さず塗りつぶし効果を得る。 ここでは、上記２点の特徴を持ちアルゴリズム化した落書き 描画技法を提案する。今回はまず３Ｄよりも開発コストの掛 からない２Ｄイメージからの手法を対象とし、より多くの情 報を含む３Ｄへの適応の足がかりとする。 ２．背景 共感できるデザイン表現は優れたインタフェースとなりう 図1. 入力画像（上）と閾値毎に分解された 明度イメージバッファ（中・下） る(文献[1])。そのことは描画法にも適用される。さらに、 共感を与えるにより効果を持つ描画スタイルとして"落書き 文献[2]が挙げられる。ここで氏の提案する技法はスプライ 風"があげられるのではないかと考えた。それは我々が何気 ンによる補間を用いられておりラフな印象を与えるが、その なくやる行為、もしくは子供の頃によくやった行為、つまり 技法の詳細は明らかにされていない。それに対し、本技法で 自分が体験した行為だからである。そのことを踏まえ、共感 はベジェ曲線を用い独自の手法を適用することでより丸みを できる表現の１手法として、落書き風にレンダリングできる 帯びた温かい印象を持つストロークが可能となっている。そ 描画手法の提案と開発を行った。 して、ここにおいて手順を明らかにした落書き調レンダリン グの１手法の提案を行う。 ３．関連研究 ２Ｄ，３Ｄデータから写実的ではないイメージを生成する ４．落書き風レンダリング技法 手法はノンフォトリアリスティックレンダリングと呼ばれて 以下では本技法落書き風レンダリングの手順を解説する。 おり、２Ｄイメージからイメージの生成を試みる技法、３Ｄ ①ソースとなるイメージ画像から各明度の閾値毎に２値化し データからの技法、インタラクティブにリアルタイムに生成 たイメージバッファ（明度イメージバッファ）を作成する していく技法等いくつかの分類がなされている。さらに、そ （図１）。ここでは黒い領域は閾値以下を示し、白い領域は の中でもシーンの中のモデルの輪郭線に着目したもの、表面 閾値未満を示している。 材質に着目したもの、両者を含めたもの等、技法の着眼点も ②それぞれの明度イメージバッファに黒い領域を覆う斜めス 多岐に渡っている（参考文献[2][3][4][5][6][7][8])。 トロークを発生させ、このストロークの各端点を保存する。 ここで、本技法は２Ｄイメージからの生成、表面材質に着目 ③上記の端点を基にベジェ曲線を引く（図２）。このベジェ したものと分類され、これにもっとも関連する研究としては 曲線は次のような原理により生成していく。図３のP1、P2、 図2.明度イメージバッファ（左）とストロークの端点 から生成されたベジェ曲線（右） P2 V1 V'1 P'2 P1 新しく生成された ベジェ曲線 P3 V'1 P'3 図3.ベジェ曲線の生成 図4.最終出力画像 P3は、バッファから取り出した連続する３つの点を示してい 図5.オリジナル画像（左）と落書き風 レンダリングにより出力した画像（右） ７．参考文献 る。P1からP2に向かう方向ベクトルV1と直行する任意の長 [1] Norman,D.A.[野島久雄訳] ,1990：誰のためのデザ さの方向ベクトルV'1を算出し、P2、P3からV'1方向に新た イン？, 新曜社 に点P'2、P'3を生成する。P2、P'2、P'3、P3をパラメー [2] Ian Mackinnon, 2002, Exploiting Screen タとするベジェ曲線を生成し、これをバッファ内の頂点すべ Space, In ACM SIGGRAPH 2002, p181 てに順々に適用させていくことで滑らかに接続された一連の [3] Aaron Hertsmann, 1998, Painterly Rendering ベジェ曲線を得ることができる（図２右）。また、V'1の長 with Curved Brush Strokes of Multiple Sized, さを長くすればするほど丸みの帯びた線になる。 In ACM SIGGRAPH 98, pp453-460 ④上記の手順で得られた各明度イメージバッファのベジェ曲 [4] Robert D. Klnis, 2002, WYSIWYG NPR: 線を合成することで最終的な出力イメージを得る（図４）。 Drawing Strokes Directly on 3D Models, In ACM また、ベジェ曲線を得る過程で、端点の数が少ない、ある SIGGRAPH 2002, pp755-762 いは、各端点間の距離が短い場合にベジェ曲線の描画をしな [5] Kyoko Murakami, 2003, Polygon-based いことで、最終出力画像に不自然な線を除去し違和感のない Pastel-like Rendering for Animation, In ACM 落書き画像を得ることが可能となる。 SIGGRAPH 2003 DVD ROM ５．評価 of Pencil Drawing Using LIC, In ACM SIGGRAPH 図５にオリジナルのイメージ画像と本技法を適用させた出 2002, pp149 [6] Mao Xiaoyang, 2002, Automatic Generation 力結果を示す。本技法から望むべき丸みの帯びた長い勢いの [7] Robert D. Kalnins, 2003, Coherent Stylized ある一連のストロークによる落書き風イメージを生成するこ Silhouettes, In ACM SIGGRAPH 2003, pp856-861 とができた。しかし、明度イメージバッファの黒の領域が狭 [8] Jason L. Mitchell, 2002, Real-Time Image- いところと広いところでは全体として見た場合の濃度差が生 Space Outlining for Non-Photorealistic じるといった問題も見られている。 Rendering, In ACM SIGGRAPH 2002, pp239 ６．まとめ 本研究では線の流れ特性に着目したモデルによる落書き描 画手法の提案を行った。本技法により、望むべきストローク を持つ落書き風イメージの生成が可能となったが、いくつの 問題点も見られた。 今後の展望として以下のようなものがあげられる。 ・濃度のばらつきを改善する。 ・鉛筆やチョーク等の材質感を適用する。 ・３Ｄへ応用する。例えばマテリアルの違いにより落書きパ ターンを変更する、形状からストロークを算出する等、３Ｄ の利点を活かした描画法を検討したい。 ・動画像へ応用する。