NPR



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OutLine
西田は1970年来,40年間ものCG研究を行っており、研究分野 (右図参照）はかなり 広いがそのなかでもRenderingl関係でＮＰＲ（非写実表現）について紹介する。
筆者は、墨絵、ペンアンドインク、水彩画、ボロノイズ、油絵風など種々の表現法に関する開発をしている。照明関係、自然物の研究のように中心になる研究で はなく、ＳＩＧＧＲＡＰＨ級の論文はないが、アニメ大国の日本には有用な技術なので紹介する。

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研究分野




ＮＰＲ（Non Photorealistic Rendering）の経緯
non-photorealistic rendering　という語は David Salesin と Georges Winkenbac　の1994 の論文で使われ始めた。油彩画や水彩画等の絵画風表現や，イラスト，漫画，墨絵等の人間の手による創 作美術の表現を CG によって実現する技術が研究されるようになった。

NPR(ノ ンフォトリアリスティックレンダリング)　について；
– さ まざまな絵画 風画像生成法
– 油 絵, 水彩画, ペン・アンド・ インク風, 色鉛筆
– ユーザ入力, 画像, 3次元モデル



従来手法の分類

２D　or　 ２ 1/2D

 3D

User Intervention

Strassman86 - Hairy Brushes

Haeberli90 - Paint by Numbers

Liwinowicz91 - Inkwell

Cockshott92 - Modelling Paint Texture

Hsu94 - Skeletal Strokes

Salisbury94 - Pen & Ink Illustration

Schofield96 - Piranesi

Curtis97 - CG Watercolour

Teece98a/b - 3D Expressive Painter

No User Intervention

Saito90 - Rendering 3D Shapes

Bakergem91 - Free-hand Plotting

Buchanan96 - Effects with Half-Toning

Litwinowicz97 - Video Processing

Treavett97 - Automated NPR Images

Hertzmann98 -

Using brushes of multiple sizes

Sasada87 - Drawing Natural Scenery

5D93 - KaTy Illustrative Renderer

Winkenbach94 - CG Pen & Ink Illustr.

Strothotte94 - Rendering Frames

Elber95 - Line Art Rendering

Meier96 - Painterly Rendering

Labaredian96 - Rendered Cel Look

Claes97 - Networked Rendering

Markosian97 - Real-time NPR

Gooch98 - Technical Illustration

Gooch99 - Interactive Technical Illustration

パイオニアは？
　1980年代末からＮＰＲの研究は始まったB初期は毛筆の表現(1986)で,特に貢献したのはSalsin,やその弟子のHertsuman,および Ｇｏｏｃｈ，などである。Salsin,らのグループはＳＩＧＧＲＡＰＨ論文を50以上を発表している。最初のＳａｌｓｉｎの論文において、日本の斉藤 (当時ＮＴＴ）の論文に影響を受けてＮＰＲの研究を行ったと明記している。この斉藤の論文はＧバッファと言われるもので、幾何情報を画素単位で保存し、後 で種々な可能を施すもので、その応用にＮＰＲがあった。当時著者はＮＴＴの顧問をしており、その直前に走査線（スキャンセグメント）単位に幾何情報(可視 面）を保存して、後から照明効果を加える論文をＩＥＥＥの論文誌で発表しており、これを画素単位にしたものがＧバッファの基本になっている。

西田研の研究経緯；
　 Bezier Clippingg法を利用して走査変換を効率よく行えるので、この方法の応用として、輪郭内の濃度分布を考慮できる墨絵を表示した (1993）。その後、ペンアンドインク、水彩画、ボロノイズ、油絵風(2006)と進展した。


著者らが発表した代表的表示法：
Brush Stroke using Bezier Functions (CGI93)
Creating Various Styles of Animations (CGI'03)
Pen & Ink Style (CADG'01) (images)
Outline Font(scan conversion of curved region (images)
Character Animation Creation using Hand-drawn Sketches (TVC05)

手書き絵画のような表現技術：

・視覚情報を効果的に伝達
　特徴となる線の描画による強調
　テクニカルイラスト　など
・種々の表現技法を追求
　タッ`やストロークのシミュレート
　ペン、油絵、水彩画、版画　など

ＮＰＲ の参考資料

墨絵風、ペンアンドインク風


ＣＧＩ９３：Brush Stroke using Bezier Functions　

カリグラフィーの例、アウトラインがBezier曲線で構成され、その内部 の濃淡を表現する。境界付近では「かすれ」や「にじみ」も表現できる。Bezier Clippingg法を利用して走査変換を効率よく行える。


ＣＧＩ９３で発表　Ｂｅｚｉｅｒ曲線で囲まれた領域を濃淡の変化をつけて走 査変換する方法で、水墨画風の表現をした。


2次元の水彩画をてくぅチャーマッピングした。

　
CADGraphics2001； 　 照明効果を考慮した濃淡を、ストロークの集合で表現したものである。




光源や視点を動かしても、ストロークのコヒーレンスが保たれ、ちらちらしないアニメーションが作成できる。
動画(pot影）、 動画（骸骨）、動画（海面）　
“Walking boxes”(mpeg 5.81MB / small mpeg 1.38MB)
“A wandering skull”(mpeg 6.91MB / small mpeg 2.06MB)
“A perfect(?)storm”(mpeg 15.1MB / small mpeg 6.73MB //
short version mpeg 4.67MB / small mpeg 2.01MB)


、 動画
ＣＧの歴史上重要な技術の開発と受賞者(SIGGRAPH S.A.Coons賞など）との関係

CAD/CG'92：　 Outline Font(scan conversion of curved region

筆のにじみ表現


西田らのNPR関係の論文；
  1. N. Okaichi, H. Johan, T. Imagire, T. Nishita, "A Virtual Painting Knife," The Visual Computer, CGI 2008 Special Issue, Volume 24, Numbers 7-9 pp.753-763, 2008-7
  2. K. Kondo, T. Nishita, H. Sato, K. Matsuda, "An Educational Non-Photorealistic Rendering System Using 2D Images by Java Programming" Journal for Geometry and Graphics, Volume 11, No. 2, 237-247. 2007
  3. H. Matsui, H. Johan, T. Nishita, "A Method to Create Colored Pencil Style Images by Drawing Strokes Based on Boundaries of Regions" Proc. CGI2005, pp.148-154, 2005-6
  4. H. Johan, H. Matsui, T, Haga, Y. Dobashi, T. Nishita, "A Method for Creating Region-Based and Stroke-Based Artistic Images", Journal of IIEEJ, VOL.J88-D2 No.2, pp. 358-367 ，2005-2
  5. H. Johan, R. Hashimoto, T. Nishita, "Creating Watercolor Style Images Taking Into Account Painting Techniques", The Journal of the society for Art and Science (Special Issue of NICOGRAPH International), Vol.3, No.4, pp.207-215, 2004-12
  6. ヘンリ・ジョハン，橋本，西田,「描画技法を考慮した水彩画風画像の生成」　 芸術科学会論文誌　第4巻 第3号 pp. 207-215,　2004-12
  7. R. Hashimoto, H, Johan, T. Nishita, "Creating Various Styles of Animations Using Example-Based Filtering," Proc. CGI2003, 2003-7. pp.312-317.
  8. Y. Dobashi, T. Haga, H. Johan, T. Nishita, "A Method for Creating Mosaic Images Using Voronoi Diagrams, " EUROGRAPHICS 2002, Short Presentatipn, pp.341-348. 2002
  9. T. Haga, H. Johan, T. Nishita, "Animation Method for Pen-and-Ink Illustrations Using Stroke Coherency," CAD & Graphics 2001, pp.333-343, 2001-8
  10. H. Johan, T. Nishita, "2D Shape Interpolation Using A Hierarchical Approach," SIGGRAPH 2001 Sketches & Applications, pp.143, 2001-7
  11. T. Nishita, S. Takita, E. Nakamae, "A Display Algorithm of Brush Strokes using Bezier Functions," Computer Graphics International 93, pp.244-257, 1993-6 
    12.

ス テンドグラス風
　
EUROGRAPHICS'02； 　

Image Mosacing Using Voronoi Diagrams


さまざまな絵画風画像生成法
・領域ベース
　モザイク, ステンドグラス
　ストロークベース
・油絵, 水彩画, ペン・アンド・インク風, 色鉛筆
　ストロークの自動生成
　画像の入力, 3次元モデルの入力

　Example Based


参考にする画風の画像があると、入力した写真画像がその画風の画像に変換される。さらにアニメーションに もできる。

CGI2003 　Various Styles of Animations Using Example-Based Filtering
入力動画　　結果動画


水彩画風

Watercolor Style　 J. of artsci (200


J. of artsci (2004) 　Watercolor Style Images

ストロークベース


ＣＧＩ２００５で発表；　色鉛筆風　Colored Pencil Style Images
































ペインティングナイフの表現



TVC2008



TVC2008 　Virtual Painting Knife　(ｮ画）



ペインティングナイフで油を削る場合の、実際とシミュレーションとの違いを示す。



学会誌の表紙に選ばれた



謝辞
この分野は、長期間の共同研究によるものである。
土橋および高橋君に感謝する。

２Ｄ　形状補間



PG'00 　
＝＞ 　
CW2004 　3D Character Model Creation from Cel Animation
Ｔhe Visual Computing (2005)

IEICE 2009 　Interactive Region Matching for 2D Animation Coloring


動 画、　動 画