仮想現実による伝統工芸品作製支援システムの開発
［製品科学部］ ○中野幸一 漢野救泰 米沢裕司
１．目的
近年、Virtual Reality（仮想現実：以下ＶＲとする）は、機器操作シミュレーションやデザイン設計をはじめとして、多くの産業分野で利用されている。特にデザイン設計の分野において、VRは計算機上での対話性や臨場性が、特に優れたデザイン設計支援環境を提供してくれる。現在多くのデザイナーが使用している3次元（以下3Dとする）CADでは、3Dデータを入力するために長時間を要する事や、CADシステムの操作が複雑で自由に使いこなせない等幾つかの不都合な点があり、製品デザインの直感的な外観シミュレーションが容易に行えないのが現状である。 今回、開発を目指す伝統工芸品のための試作システムは、仮想空間上のオブジェクトに対してサイバーグローブを用いて、「押す」あるいは「引っ張る」の動作で直接形状に触れるような感覚で形状を変化させたり、また、形状変形後のオブジェクトに対して、文様などのテキスチャを自由に張り付けることができるシステムを開発することである。
２．内容
2.1 仮想空間上のオブジェクトの作成
2.1.1 ３Ｄ形状の入力
伝統工芸品のオブジェクトを仮想空間上に作成するために、既存の製品の形状を２台のカメラを用いたステレオ法により入力する方法と、断面形状の作成により回転体形状を生成する２つの方法を開発した。まず最初に、多方向から対象物体を計測し、レーザ光が物体の全体に当たるように工夫した高精度形状入力手法について述べる。
伝統工芸品の高精度な形状入力を可能にするために、ステレオ法による３Ｄ形状入力装置を開発した。本装置は、スリット光源を挟んで左右２台のCCDカメラからなり、レーザスリット光を物体に照射することにより、左右のカメラに写った画像の対応点を検出しやすいよう工夫した。実際に試作した装置の形状入力部と装置全体の概略図を図１、２に示す。
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また、本装置の大きな特長として、形状の凹凸により計測が十分行えない箇所（セルフオクルージョン）が生じるため、カメラの視線方向を上下２方向から計測し、データの欠けている部分を互いに補うことによって、形状の計測精度を向上している。同様に、水平方向に関しても、物体表面の凹凸の状態に起因して、一方のカメラでしかスリット光が撮像できない場合があり、そのためにデータの欠損が生じる。これを改善するために、左右のカメラからのデータを互いに補間し合う。このように、セルフオクルージョンにより生じるデータ欠損を多視点からのデータを用いて、リアルタイムで補間する手法を開発した。最後に、複雑な形状の計測例として、人間頭部の計測結果を図３に示す。
2.1.2 断面形状作成による回転体の生成
一般的な自由形状をした既存の物体は、３Ｄ形状計測装置で入力しなければならないが、焼き物や漆器製品に見られるように、伝統工芸品には回転体形状が非常に多い。よって、回転体の断面形状を定義するだけで要求する形状が容易に生成できる。その例を図４に示す。
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