2016 Fiscal Year Research-status Report
分光的な光反射モデルに基づいた有形文化財の材質情報の画像計測法の開発
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16K00448
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| Research Institution | Nagano University |
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Principal Investigator |
田中 法博 長野大学, 企業情報学部, 教授 (90387415)
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2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | デジタルアーカイブ / 材質推定 / CG復元 / 光反射モデル / 画像計測 / 分光反射率 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
材質推定用の分光ベースの光反射モデルの初期バージョンを試作した．本研究では，光反射モデルパラメータ（主に材質の分光特性）を物理材質に直接対応させることで，計測データに基づいた材質情報推定にも適用できる分光ベースの光反射モデルの開発を進めている．光反射モデルは数学モデルとして記述し，材質の物理的な特性をモデル内に組み込む．特にモデルパラメータと材質の物理特性を直接対応させて，材質固有の物理特性をモデル内で定量的に記述する．
まず本年度は材質が既知の物体表面に対して，それに対応する分光関数を画像から推定するためのアルゴリズムを開発した．光反射モデルは数学モデルとして記述し，材質の物理的な特性をモデル内に組み込む．特にモデルパラメータと材質の物理特性を直接対応させて，材質固有の物理特性をモデル内で定量的に記述した．
本年度は，予定を変更して，当初二年目に行う予定であった小諸城（小諸城址 小諸懐古園）に現存する大手門や三之門の材質分析を初年度に行うことにした．これらの門は近年改修され復元されたものであるが，江戸期以前の材料の95%が再利用されて改修されているため，試作モデルの有効性を検証するため適している．ここでの検証実験により，当時の古城を構成する材料を用いて試作モデルの反射特性推定の性能評価を行うことができた．
今後は，さらに光反射モデルを対象の表面状態（表面の粗さ，密度，劣化等）と対応させ，材質の表面状態をモデルパラメータとして定量化できるようにする必要がある．構築した光反射モデルに基づいて計測画像から対象の材質情報を推定する．光反射モデルは，これまでに申請者らが開発した材質の分光反射率分析手法(望月，田中 他，日本デザイン学会誌 2015)と材質の劣化モデル(松田，田中 他，日本感性工学会大会2014)の知見を基に開発していく予定である．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
本年度は材質が既知の物体表面に対して，それに対応する分光関数を画像から推定するためのアルゴリズムの最初のバージョンの開発ができた．現時点では対象が木材など限定的ではあるものの実際の文化財を構成する材料に適用できることがわかった．
初年度の研究を進めていく上で，小諸城に詳しい歴史研究の専門家（小諸城関係者や美術館の学芸員など）から多くの助言をいただき新たな知見を得ることができたため，研究が大きく進展した．
本年度は，試作している光反射モデルを用いた材質推定について，次年度に予定した小諸城に現存する大手門や三之門の材質分析実験を繰り上げて行うことができた．小諸城の門は近年改修され復元されたものであるが，江戸期以前に使用された実際の材料が再利用されて改修されているため，試作モデルの有効性を検証するため適していることがわかった．
小諸城の門を構成する材料は当時の工法も含めて詳細な情報が古文書として残されている上，とても良い状態で現在まで残されていることがわかったが，同時に本研究で開発している手法を検証し，有効性を示すための良い対象であることもわかった．
ここでの検証実験により，当時の古城を構成する材料を用いて試作モデルの反射特性推定の性能評価を行うことができた．この結果，いくつかの材質に対しては，試作モデルの反射特性推定の精度が当初の予定よりも高められる可能性があることがわかった．
このことから，対象の材質は限定的であるものの，初年度の段階で当初の予定よりも早く，本研究成果の有効性を示すことができた．
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度の研究成果により，小諸城の門を構成する材料が検証用の材質として極めて有効であることがわかった．２年目の研究は，さらに小諸城を構成する材料を対象に研究を深めていく予定である．
今後はさらに光反射モデルを対象の表面状態（表面の粗さ，密度，劣化等）と対応させ，材質の表面状態をモデルパラメータとして定量化できるようにする必要がある．構築した光反射モデルに基づいて計測画像から対象の材質情報を推定する．光反射モデルは，これまでに申請者らが開発した材質の分光反射率分析手法(望月，田中 他，日本デザイン学会誌 2015)と材質の劣化モデル(松田，田中 他，日本感性工学会大会2014)の知見を基に開発していく予定である．
材質推定において，劣化状態や破損状況が著しい対象について，モデル化が難しい対象がいくつかあることが分かっている．この対象については，ディープラーニングの技術を応用すればモデルで予想できない部分を補完することができる可能性があることがわかった．そのため新たにディープラーニングを用いた推定手法の補完についても検討を始める．
初年度の研究を進めていく上で，小諸城に詳しい歴史研究の専門家から助言をいただいているが，より研究成果を分かりやすい形で示すことができるシステムの必要性が確認された．そこでの議論の結果，本研究の手法で推定した材質の質感を視覚的に確認できる文化財再現専用の仮想現実(Virtual Reality)技術を開発することが決まった．このシステムを用いて単に材質単体の質感を確認するだけでなく，CG復元した小諸城を当時の様子を含めて体験してもらうことで，その妥当性を検証する．
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| Causes of Carryover |
本年度の出張においては，招待講演や計測のための出張時に研究協力者等に旅費を負担していただいて出張することが多かったことから旅費の支出が当初の予定よりも少なくなってしまった．
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
来年度は，文化財の材質計測の計測のために，いくつかの美術館や博物館に出張させていただく予定をたてているため，そちらの旅費に使いたいと考えている．
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[Presentation] よみがえる小諸城2017
Author(s)
田中法博
Organizer
国立歴史民俗博物館「デジタルで楽しむ歴史資料」
Place of Presentation
国立歴史民俗博物館(千葉県・佐倉市）
Year and Date
2017-03-14 – 2017-05-07
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