2017 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 | 分光反射率 / 材質推定 / CG再現 / 光反射モデル / レーザー計測 / 照明光源推定 / 仮想現実(VR) |
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| Outline of Annual Research Achievements |
平成29年度は主に小諸城の城郭の現存部分を計測対象として文化財の材質推定用の光反射モデルの検証を行った．昨年度から引き続き小諸城（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に加え，平成29年度は石垣も対象とした．現在の小諸城の城郭部分は，近年改修され復元されたものであるが，たとえば，大手門や三の門は江戸期以前の材料の95%が再利用されて改修されている．また，城址に復元されたもの以外では，中仕切り門の柱の一部などは，小諸市のほんまち町屋館などに所蔵されており江戸期当時の状態で保存されている．中仕切り門以外の材質を対象に計測を行い，計測データから推定された材質情報に基づいて小諸城の城郭や石垣を３DCG復元した．
特に平成29年度は，天守台の石垣を精密計測することができたことが実績として大きい．本研究では物体の材質を推定する上で，光反射モデルに基づいた分析手法(望月，田中 他，日本デザイン学会誌 2015)を用いているが，対象物体の3次元形状などの幾何情報を必要とするが，小諸城本丸部分の石垣を高精度にレーザー計測することができたので，その幾何情報を用いて天守台の石垣のCG再現を行った．
またこのCG再現のために初年度に開発した光反射モデルを改良して，照明環境（光源の空間分布と分光分布）の情報を組み込んだシーン全体の光反射プロセスを記述した光反射モデルを開発した．ここでは申請者らが開発した全方位の照明分布（空間分布と分光分布）の画像計測手法の知見(田中，望月，画像電子学会誌 2013)を応用した．複雑なシーン内の照明環境を分光的に分析するためにGPGPUで計算するためのアルゴリズムもあわせて開発した．これらの研究成果の一部は情報処理学会全国大会，日本色彩学会画像色彩研究会で発表した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当初の研究計画については，光反射モデルを試作し，そして小諸城を対象に実際の文化財の材質を使った計測作業や実証実験についても一定の成果が得られている．本研究では画像から対象の材質を推定するために，自由度の高い画像計測技術を開発した．この技術開発により，当初の予定になかったがRGBカラーカメラを用いた大型の有形文化財（建造物など）の照明環境推定のための手法についても成果を得ることができた．本研究では，材質情報を精密に計測できたことに加え，照明環境の計測技術を開発したことで，当初の予定であった文化財のCG再現に加え，新たに仮想現実(VR)技術や複合現実(MR)技術を活用した大型の有形文化財のCGの色再現精度を高めることができる可能性があることがわかった．そして，これらの研究成果は，現段階である程度の実用が可能であることもわかった．
この実用面の成果から研究期間の途中であるものの，研究成果は学術的なものに加え，地元自治体などでの講演や展示会などのイベントを通して一般社会に向けて研究成果を示すことができている．
ただVRやMR空間内での再現CGの質感向上のためには，本研究で得られたCGレンダリングアルゴリズムの開発を行わなければならないという新たな課題があることがわかった．このように建造物を対象とするだけでも，様々な課題を解決していかなければならない．
しかしながら，これらの課題が解決できれば，大型文化財（建造物）のCG再現といったデジタルアーカイブ分野に貢献できる新たな知見を得ることができると考えられる．
以上のように新たな課題に直面し，次のステップに向けた目標がでてきている状況であり，対象とする文化財を当初の予定よりも絞らなければならなくなったが，当初の研究計画についてはほぼ予定通りであるため「おおむね順調に進展している」と判断した．
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| Strategy for Future Research Activity |
開発した光反射モデルにCGの色再現用のエンジン (田中 他，日本デザイン学会誌 2015)を組み込むことで，質感再現に適したCG生成用の光反射モデルを開発し，実際の文化財を対象にデジタルアーカイブする．平成30年度も小諸城を対象に材質情報を計測し質感を含めてCG再現する．推定精度は，再現CGと実物との色差を色彩輝度計で調べて確認する．そして本研究成果を組み込んだデジタル展示システムを開発し，いくつかの文化財をCG再現して博物館等で一般に展示・公開する．現時点では，小諸市にある徴古館という博物館や小諸市役所などでの一般向け展示を予定している．
最終年度に向けて，これまでの成果を活かすことで新たな応用の方向性が見つかったため，上記のように予想していなかった新たな課題が見つかった．そこで，最終年度である平成30年度は，当初の研究計画に加えて，大型文化財に適した高い色再現精度でCG再現するための手法の開発も行いたい．
本研究で得られた研究成果を用いれば，対象の材質情報や照明環境を高精度に推定し，デジタルアーカイブできるため小型の有形文化財のCG再現だけでなく，これらの情報を大型建造物に適用できる技術を開発し，VR空間やMR空間といった没入空間の中で文化財の高い色再現精度を高める手法の開発も行いたい．
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| Causes of Carryover |
平成29年度の計測作業において，自治体や企業の協力が得られたことで，計測にかかる材料費や計測機器の運搬費などが当初の計画よりも少なくて済んだことで費用が抑えられたが，「今後の研究の推進方策」のところでも述べた通り，本研究で得られた知見に基づいて，文化財の単なるCG再現に加えて，新たに大型文化財をVR空間内（没入空間内）でCG再現する技術を開発する必要ができたため，VR用機材の購入に使いたい．
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