日経サイエンス連載！ 可視化の最前線

◆優秀賞［JIP賞］◆ 計算機上での容易な対話的操作可能な力学的3次元筆モデル ● 齋藤豪（さいとう・すぐる） 　 東京工業大学 精密工学研究所助手 ● 中嶋正之（なかじま・まさゆき） 　 東京工業大学 大学院情報理工学研究科教授 図１ 　 筆の三次元モデル 図２ 　 4本の線で描かれている「うなぎ」 図３ 　 記号化され単純化された「とり」 図４ 　 淡い色の塗り重ねによる「はな」 　描画作業を計算機上で行う利点は様々にある。他のデジタル画像素材との色合わせが容易，描画におけるやり直しが可能，通常の描画物をデジタル化するためには必要となるデジタル化が不要，完全な劣化の防止，ストロークデータを記録可能等である。しかしながら，現在のペイントツールには，本物の画材を用いた場合と比較して，描画表現の自由度に制約があると考えられる。そこで，特にストローク入力法に着目し，実際の筆使いと同様な操作で描画を行えるようにするための力学的三次元筆モデルの提案を行った。 　我々の筆モデルは図1のような三次元形状を持ち，与えられた柄の姿勢に応じた動的な接地面の雫形状をつくり出す。毛先の位置は，簡易的な物理モデルを採用し，筆の房の曲げに対する復元力，運動エネルギ，摩擦を考慮することにより導かれる。その結果，筆の運びに遅れて毛先が追従する様を再現可能としている。ペンタブレット装置を用いれば，筆の柄の位置，高さ，傾きが対話的に入力でき，この筆モデルをリアルタイムで制御することが可能である。 　また，液体移動をセルオートマトンの手法で実装し，筆と紙との絵の具の移動を計算して，筆の速さによる絵の具の付着量の変化も再現した。絵の具の濃度，付着量に応じた絵の具の発色は我々の提案したKubelka-Munkの理論に基づく絵の具の発色計算法を用いて実現している。 　上記の説明による筆モデルにより描画した例を図2から4に示す。 　描画結果例では，描画における個々のストロークの質が高いことから，少ないストロークでも十分に絵を構成できることがわかる。図2は4ストロークのみで描かれているが，ストロークの描き出しの部分や，曲線の内側と外側で微妙に濃度が異なる点で，単純な線になっていないため，「うなぎ」らしい曲線を描くことが出来ている。 　これらの曲線は雫型の接地面の軌跡による描画特徴を表している。 　図3も単純なストロークのみでの描画例である。背の部分のストロークは筆先の軌跡が遅れて追従することにより柄の軌跡と微妙に異なることを利用して描かれている。 　図4は濃淡の重ね合わせを用いた表現を含み，従来のCGでは困難であった淡い色表現を実現している。 　以上描画例はすべてPC上で実装した試作ペインティングツールを用いて描画したものであり，従来のストローク描画法と比較して提案モデルは計算量を多く必要とするが十分に実用的なものとなっている。 審査講評 毛筆の3次元物理モデルは世界的にも殆ど類例がなく，アーティスティックレンダリング分野に間違いなく貢献できる仕事である。現実の手作業の代替を超えて，対話デバイスの開発と結びつき，計算機ならではの新しい表現手法や，芸術家の技の保存・疑似体験・再演等へと今後発展していくことを期待している。