本連載では、アカデミックの世界に属してCG・映像関連の研究に携わる人々の姿をインダストリーの世界に属する人々に紹介していく。第17回ではいつもの研究室紹介はお休みして、CGとコンテンツ制作支援技術を約半世紀にわたって研究してきた東京工科大学の近藤邦雄教授に、その研究人生をふりかえっていただいた。なお、本記事の内容は執筆当時(2019年12月)のもので、2021年6月現在、近藤氏は東京工科大学の名誉教授となっている。近況はこちらを参照いただきたい。

※本記事は月刊『CGWORLD + digital video』vol. 257(2020年1月号)掲載の「ACADEMIC meets INDUSTRY 東京工科大学 メディア学部 メディア学科 近藤邦雄」を再編集したものです。

TEXT_近藤邦雄 / Kunio Kondo
EDIT_尾形美幸 / Miyuki Ogata(CGWORLD)
取材協力_芸術科学会


NPRとスケッチモデリングに端を発し、コンテンツ制作支援技術に発展

東京工科大学の近藤邦雄です。私の研究人生はもうすぐ半世紀になりますが、2020年3月に定年という節目を迎えました。本記事では、私がこれまでの研究をどのように展開してきたかを中心に記してみました。

  • 近藤邦雄
    [執筆当時((2019年12月)]
    東京工科大学 メディア学部 メディア学科 教授

    [2021年6月現在]
    東京工科大学 名誉教授
    Management and Science University
    (マレーシア)客員教授(2014年〜)
    神奈川工科大学 客員教授(2021年〜)
    神戸芸術工科大学 客員教授(2021年〜)
    University of Silesia in Katowice
    (ポーランド)客員教授(2021年〜)
    工学博士
    専門分野:CG、コンテンツ制作支援技術
    Research Achievement book and CG Works
    研究活動記録集


NPR(Non Photorealistic Rendering)とスケッチモデリングに端を発した私の研究テーマは、やがて感性情報処理、アニメーションへと展開し、結果的にそれら全てがコンテンツ制作支援技術に発展していきました。ひとつの研究が終わったら、まったくちがう研究に着手する研究者もいますが、私の場合は個々の研究成果がつながって、ひとつの研究テーマになり、それがヒントになって、次の研究テーマに展開できました。以降で紹介する私の研究テーマ開拓の道筋が、今後のCG研究やコンテンツ制作を担う読者の参考になればと願っています。

3D形状の理解を助ける表現がNPRへと展開

私のCG研究は1973年に始まりました。当時は名古屋大学 教養部で技術補佐員として教育研究の補助をしつつ、名古屋工業大学の夜間に通学していました。その間、コンピュータ図学を提唱していた田嶋太郎教授(名古屋大学)のご指導の下、ベジェ曲線、透視図、モンタージュパース、立体視の研究を行いました。その成果はいくつかの研究論文になり、さらに書籍『モダングラフィックス 技術と応用』(1982/コロナ社)となって出版されました。

1970年代後半からは、穂坂 衛教授(東京大学)にご指導いただいたベジェ曲線の研究を基に、線画のレンダリング技術を開発しました。さらに笹徳印刷工業との共同研究で、ペイントシステムも開発しました。本システムはVAX-11/750(メモリ3MB)上で動作し、プログラミング言語にはFortranを使っていました。これらの研究は木村文彦教授(東京大学)のご指導の下で進められ、次の3つの研究へと展開していきました。

1つ目は、高品質なソフトシェーディングやペイント機能を実現するアルゴリズムの提案です。本研究では、絵画の分析や専門家へのヒアリングを基にシェーディングをパターン化することで、暗黙的な知識や技能を整理しました。本研究は野崎悠子教授(愛知県立芸術大学)に高く評価され、同教授による様々な評価実験を経て、専門家の意見を取り入れたものになりました。1985年の研究発表を基にしたペイントシステムは、Photoshop 1.0が発売される1990年に先立ち、前述の笹徳印刷工業から販売されました。

2つ目は、シェーディング手法を利用した3D形状の理解を助ける表現の提案です。本研究の論文は1985年のEurogaphics[1]と、情報処理学会の25周年記念論文[2]に採択され、多くの研究者に引用されました。1990年にはSIGGRAPHで初めてNPRのセッションが実施され、CG研究の主流だった写実的な表現とは異なる、新たな研究分野へと発展していきました。

[1]Kunio Kondo, Fumihiko Kimura,Taro Tajima, "An Interactive Rendering Technique for 3-D Shapes", Eurogaphics'85, pp. 341-352, 1985
[2]近藤邦雄, 木村文彦, 田嶋太郎, インタラクティブレンダリングシステムによる3次元形状の表現, 情報処理学会「情報処理」, 第26巻第11号,25周年記念論文,1985


▲1985年に発表した、3D形状の理解を助ける表現の研究。【A】は本研究手法の適用前、【B】は適用後。本研究は、NPR研究の先駆けとなりました


3つ目は、3Dモデルの輪郭線の研究です[3]。本研究は、私が1990年に埼玉大学へ移った後、1995年頃から着手しました。本研究を基に、金子 満教授(東京工科大学)が世界で初めてCGアニメーションに輪郭線描画を適用しました。その成果はトゥーンシェーディング機能のひとつとして広く普及し、現在の日本のアニメ制作にも活用されています。さらに本研究は、イラストの誘目性を考慮したモチーフの強調・省略手法や、形状視・空間視・色彩視の視覚パラメータを用いた絵画分析と描画アルゴリズムの提案[4]にもつながり、注目している部分を詳細に描く手法の研究や、有名絵画の描き方の特徴を明らかにする研究に発展しました。

[3]Y. Mochizuki, K. Kondo, "Enhanced Edge Rendering for Comprehensible Image", 8th ICECGDG, Vol. 1, pp. 194-199, 1998
[4]Takashi Yoneyama, Etsuo Genda, Kunio Kondo, "Painterly Renderings Using a Synthesis of Painting Styles Based on Visual Perception", Proceedings of VRCAI, 2009.12


2007年以降は東京工科大学に所属し、教員や学生と共にNPRの研究を続け、輪郭線のリアルタイム表示、太さが変化するラインの描画研究、マルチライトを制御できるトゥーンシェーディング手法などを発表してきました。

図学を応用した、コンピュータによる透視図作図手法の提案

3D形状の表現の研究を基に、1985年頃からは、図学(図法幾何学)の作図手法をコンピュータによる透視図作図に応用する研究にも着手しました。図学には、定規とコンパスを利用して、様々な立体形状を作図したり、解析したりする手法があります。その手法を基にしたプログラムを、計算幾何学のアルゴリズムを利用して開発し、対話型透視図作図手法[5]として発表しました。透視図を描くだけでなく、立方体や円柱などの基本的な立体、回転体、影などの作図も実現しました。本研究の作図実験結果を見たCGの専門家の多くが、3Dモデルのワイヤーフレーム表示と見間違えていました。そのくらい、CGの世界では、透視図作図に3Dモデルを利用することが当たり前になっていたのです。本研究を基にした作図システムも、笹徳印刷工業から販売されました。

[5]近藤邦雄, 木村文彦, 田嶋太郎, "レンダリングのための対話型透視図作図手法", 情報処理学会論文誌 29(8), pp. 721-728, 1988.8.15


▲1988年に発表した、対話型透視図作図手法を用いた立体形状の作画例。3Dモデルのワイヤーフレーム表示のようにも見えますが、2D的な作図処理によって描画されています


人は前述の作図結果から3D形状を理解できる一方で、コンピュータは3D形状だとは認識せず、2D図形としてデータを保持していました。しかし、人が理解できることはコンピュータにも理解できるのではないかと考え、2D図形から立体情報を復元する研究も進めました。


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2Dの透視図から立体情報を復元する手法の提案

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2Dの透視図から立体情報を復元する手法の提案

1988年には、前述の対話型透視図作図手法で描いた透視図の視点や影の情報から、光源の位置情報を求める手法[6]を提案しました。本手法を用いることで、対象の立体情報も復元できるようになったのに加え、その情報から生成した3Dモデルに任意の画像をマッチさせ、合成することも可能となりました。この立体情報の復元手法は、1996年にPaul Debevec氏(南カリフォルニア大学)が発表したImage-Based Modeling and Renderingの手法にもつながっています。そして本手法は、次の3つの新たな研究へと発展していきました。

[6]近藤邦雄, 木村文彦, 田嶋太郎, "手描き透視図の視点推定とその応用", 情報処理学会論文誌 29(7), pp. 686-693, 1988.7.15


▲1988年に発表した、立体情報を復元する研究。【A】【B】図形と影の2Dデータを基に、【C】【D】レイトレーシング法によって3Dモデルをレンダリングした後、【E】【F】画像を合成しています


1つ目は、1992年に発表したアニメーション作成支援システムのユーザーインターフェイス[7]です。本研究では、同じ形状の3Dモデルを1つの透視図内に2つ以上描き、その間をベジェ曲線で補間することで、3Dモデルの軌跡を制御しており、アニメーション作成におけるキーフレーム作画を効率化する手法へと発展しました。「本研究は、アニメーション作成支援に初めて3DCG技術を利用したものです」と共同研究者の金子教授は述べていました。同教授は本研究の考え方を参考にして、セル画アニメのような動きをCGアニメーションで表現する手法を提案しました。さらにその後、ジオラマエンジンというシーンシミュレーションシステムの研究へと発展させました。

[7]尾白大介, 佐藤修一, 近藤邦雄, 金子 満, 佐藤 尚, 島田静雄, "アニメーション作成支援システムのユーザインタフェース", 第8回NICOGRAPH論文コンテスト論文集, pp. 18-25, 1992


2つ目は、大日本印刷との共同研究による電子カタログへの展開[8]です。本研究では、カタログ用の室内写真から撮影時の条件を推定し、新たに家具などを合成できるシステムを提案しました。前述の立体情報を復元する研究のアイデアを基に、色やテクスチャを適用する手法を新たに提案しており、電子カタログのための実用的なシステムの開発を目指して特許も取得しました。その成果はイメージシミュレーションシステムとして、1999年に販売されました。

[8]Shouji Ozawa, Minako Miyama, Kunio Kondo, "Estimation of Viewpoint and Light Source for a Montage Perspective of Electronic Catalogue", Proceedings of the 8th ICECGDG, Vol. 1, pp. 49-53,1998


3つ目は、スケッチ支援の研究と、スケッチインタプリタの研究です。前者の研究では、フリーハンドのスケッチを支援する手法、後者の研究では、スケッチを描きながら対話的に3Dモデルを生成する手法を提案しました。これらの研究の詳細は、以降で説明します。

スケッチ支援とスケッチインタプリタへの展開

スケッチ支援の研究[9]は、1986年頃から始めました。本研究は、現在広く活用されているタブレットへのペン入力による対話的なペイントシステムの根源的手法と言えます。人はフリーハンドで描いた正方形を見ると、ある程度の歪みがあっても正方形だと理解します。円と楕円の場合は、直径の長軸と短軸の割合が均等に近ければ円と認識し、その割合が不均等であれば楕円と認識します。自由曲線の場合は、始点と終点を結ぶ直線とフリーハンドで描かれた線分との差が小さければ直線と認識し、差が大きければ曲線と認識します。このような認識方法を基に、フリーハンドで描かれた線図形をコンピュータで清書するアルゴリズムを考案し、それを実装したシステムを提案しました。描画した線図形を修正したいときには、制御点を指定しなくても線分上に修正用の線分を描くことで意図した線図形を表現できるようにもしました。

[9]近藤邦雄, 田嶋太郎, 木村文彦, "曲面の形状感の表現 第3報 手描き入力による図形作画法", 精密工学会, 精密工学会誌 53(4), pp. 607-612, 1987.4.5


イラストやスケッチは1本の線分で描くだけでなく、多くの短い線分を組み合わせる場合も多々あります。その過程を時系列情報として扱い、短い線分を入力しつつ、線図形の再描画と清書をするアルゴリズム[10]も1998年に提案しました。

[10]松田浩一, 近藤邦雄, "手書き図形入力のための時系列情報を利用した逐次清書法", 情報処理学会,情報処理学会論文誌,Vol. 40, No. 2, pp. 594-601,1998


スケッチインタプリタの研究は、1994年頃から始めました。前述の立体情報を復元する研究を基に、フリーハンドで描かれたスケッチから、インタラクティブに3Dモデルを生成する手法を提案しました。本研究も「人と同じように、コンピュータも、投影図から3D形状を理解できるようになってほしい」という思いから始まりました。やがて本研究は、国内の大手家電メーカーや自動車メーカーのデザイナーとの共同研究に発展しました。スケッチの手順や、スケッチによる立体表現方法をデザイナーにヒアリングし、分析を重ね、その成果も反映させた結果、断面線の描画、陰影からの立体情報の復元、生成された3Dモデルのスケッチ入力による修正などの研究へと展開できました。2010年には、これらの研究内容を含んだサーベイ論文が国際学会誌に掲載[11]されました。

[11]Kondo Kunio, "Interactive Geometric Modeling Using Freehand Sketches", International Journal of Geometry and Graphics, International Society of Geometry and Graphics, Vol. 13, No. 2, pp. 195-207, 2010


▲スケッチインタプリタによる3Dモデルの生成。【A】入力形状/【B】入力形状[A]の修正/【C】入力形状の追加/【D】入力形状[C]の修正/【E】【F】別の視点から細部を修正/【G】【H】完成形状

デザイン画像検索システムが配色支援システムへと展開

感性情報処理の研究は、1990年頃、埼玉県繊維工業試験場からの依頼で着手したデザイン画像検索システムの研究から始まりました。本研究では、感性や印象を表す言葉によって、デザイナーが簡単な操作でデザイン画像を検索できるシステムの開発を目指しました。その成果を、感性検索とデザインのための統合システムとして、1993年にNICOGRAPHで発表しました。本研究のポイントは人の感性とデザイン画像の対応関係を計算することにあり、その実現のため、人の感性と、デザイン画像に描かれた図形の複雑さ、直線や曲線の割合、粗密などの関係式を求めました[12]。

[12]T. Inohara, K. Kondo, H. Sato, S. Shimada, "Retrieval Method of Textile Pictures Database Using a Complexity Scale", ICDAR'93, pp. 699-702, 1993


同様に、人の感性と、デザイン画像で使われている色の色相、面積、隣接する色とのコントラストなどの関係式も求めました。さらに多数の人々を対象とした感性についてのアンケート結果も踏まえ、1999年には、感性を表す形容詞を入力すると、対応する配色に変換する配色支援システムを提案しました[13]。前述のシステムを基に、2004年には、調和配色を利用した画像のカラーハーモナイゼーション手法[14]を提案しました。東京工科大学に移ってからは、一連の成果が、キャラクターデザインのための配色支援システムの研究へと展開していきました。

[13]Hideki Yamazaki, Kunio Kondo, "A Method of Changing a Color Scheme with Kansei Scales", Journal for Geometry and Graphics, Vol. 3, No. 1, pp. 77-84, 1999
[14]Hiroki Imahashi Kunio Kondo, Yoshiaki Machida ,Masahiro Takahashi, "Knowledge Based Color Coordinate System and its Application", Asia Digital Art and Design Association, International Journal of ADADA, Vol. 1, pp. 37-42, 2004.4


▲感性スケール空間を用いた配色支援システム。【A】配色支援システムのインターフェイス。感性を表す形容詞を下方の感性スケール空間を用いて入力すると、上方の画像の配色が形容詞に対応する配色へと変換されます/【B】入力画像/【C】「暖かい」という形容詞に対応した入力画像[B]の変換結果/【D】「暗い」という形容詞に対応した入力画像[B]の変換結果/【E】「地味な」「やわらかい」という形容詞に対応した入力画像[B]の変換結果


▲キャラクターデザインのための配色支援システム。本システムは、キャラクターの配色情報を集めて配色データベースに入力する「デジタルスクラップブック」と、配色データベースを参照しながら入力した線画に様々な着色を施す「配色シミュレーションシステム」からなる2つの研究成果で構成されています


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誇張表現とカートゥーンブラー表現のアルゴリズムの提案

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誇張表現とカートゥーンブラー表現のアルゴリズムの提案

アニメーション作品には、様々な動きの誇張表現が用いられています。その動きはリアルなそれとは異なる場合もありますが、動きの魅力を際立たせ、見る人に動きをわかりやすく伝える効果があります。1995年には、入力した原画を基に、誇張表現を適用した動画を自動生成するモーションフィルタという手法[15]を提案しました。2000年代以降は、モーションキャプチャのデータからキーフレームを抽出し、その動きを誇張する手法[16][17]も提案しました。加えて、既存のアニメーション作品における動きを分析・体系化し、誇張表現のアルゴリズムとして提案しました。誇張表現は国外でも研究されるようになり、2006年にはJue Wang氏(ワシントン大学)らがThe Cartoon Animation Filterを発表しました。

[15]佐藤修一, 近藤邦雄, 佐藤 尚, 島田 静雄, 金子 満, "アニメーション制作におけるキャラクタの動作強調手法 Motion Filter", テレビジョン学会誌, Vol. 49,No. 10, pp. 1280-1287, 1995
[16]Yoshiyuki Koie, Toshihiro Konma, Kunio Kondo, "Motion Emphasis Filter for Making Mental Motion of 3D Characters", ACM SIGGRAPH2004 Sketches, 2004.8
[17]Kei Tateno, Kunio Kondo, Toshihiro Konma "Motion Stylization using a Timing Control Method, SIGGRAPH2006 Posters, 2006


▲【A】モーションキャプチャを基にしたアニメーション/【B】アニメーション[A]に誇張表現のアルゴリズムを適用した結果/【C】モーションキャプチャを基にしたアニメーション/【D】アニメーション[C]に誇張表現とカートゥーンブラー表現のアルゴリズムを適用した結果


セル画アニメや漫画では、動きの軌跡やスピードの変化を表現する際に、様々なブラー表現が用いられます。2003年には、前述の誇張表現と同様に、既存作品におけるブラー表現も分析・体系化し、カートゥーンブラー表現のアルゴリズム[18]として提案しました。その後も研究を続けていく中で[19]、カートゥーンブラー、アニメブラーといった用語が世間にも浸透していきました。2016年には、Unityを利用してリアルタイムにブラー表現を生成する手法も提案しました。

[18]Yuya Kawagishi, Kazuhide Hatsuyama, Kunio Kondo, "Cartoon Blur: Non-Photorealistic Motion Blur", Proceedings of Computer Graphics International 2003, pp. 276-281, 2003.6
[19]Shoichi Obayashi, Kunio Kondo, Toshihiro Konma, Kenichi Iwamoto, "Non-Photorealistic Motion Blur for 3D Animation" ACM SIGGRAPH2005 Sketches, 2005.8


▲入力した原画データに、カートゥーンブラー表現のアルゴリズムを適用した結果

キャラクターの考案とデザインそれらの効率的な運用手法の提案

2007年から開始したコンテンツ制作支援技術の研究は、シナリオライティング、キャラクターメイキング、演出からなる3分野に分けられます。東京工科大学 大学院 メディアサイエンス専攻では、この3分野について研究した博士を3名輩出できました。

以降では、キャラクターメイキングについて特筆します。キャラクターメイキングとは、性格が設定されており、ストーリーを伝えることができるキャラクターの考案とデザイン、およびそれらを効率的に運用する手法の総称です。本研究は、プロデューサーとデザイナーのコミュニケーションギャップを防ぎ、両者間でのデザイン意図の伝達を支援し、円滑なキャラクターメイキングを促進することを目的としています。

これまでに、DREAMというキャラクターメイキングプロセス[20]、キャラクターメイキングのためのリテラル資料制作手法、キャラクター情報を集めるデジタルスクラップブック、キャラクターのデザイン原案をつくるコラージュシステム、顔や体形などのデザイン原案制作手法、シルエットを利用したキャラクターデザイン、3Dパーツを利用したデザインシミュレーションシステム[21]、配色シミュレーションシステム[22]などを提案してきました。

[20]Takahiro Tsuchida, Ryuta Motegi, Naoki Okamoto, Koji Mikami, Kunio Kondo Mitsuru Kaneko, "Character Development Support Tool for DREAM Process", International Journal of ADADA, Vol. 16, pp. 4-12, 2013.4
[21]Motegi Ryuta, Tsuji Shota, Kanematsu Yoshihisa, Mikami Koji, Kondo Kunio, "Robot Character Design Simulation System Using 3D Parts Models", International journal of ADADA, Vol. 21, No. 2, pp. 81-86, 2017.11
[22]Ryuta Motegi, Yoshihisa Kanematsu, Naoya Tsuruta, Koji Mikami, Kunio Kondo, "Color Scheme Simulation for the Design of Character Groups", Journal for Geometry and Graphics, Vol. 21, No. 2, pp. 253-262, 2017.12


例えばロボットのキャラクターメイキングの研究では、3ds Max上でパーツの組み替えや変形のシミュレーションができるシステムを提案しました。本システムを用いると、ロボット形状のデザイン原案を10分程度で制作できます。本研究で提案したデザイン支援プロセスは様々なコンテンツ制作で活用できるため、制作の高品質化、効率化に貢献し得ると期待しています。

▲ロボットのキャラクターメイキングの研究。【A】既存のセル画アニメ作品に登場するロボットを構成するパーツのパターン化を行い、75種類に分類した表/【B】表[A]で分類した肩部パーツの3Dモデルの一部。ここでは3種類のパーツを4方向から表示した結果を示しています/【C】同じく、足部パーツの3Dモデルの一部


▲本システムを用いて、3ds Max上でパーツの組み換えや変形のシミュレーションを行なっています



info.

  • 月刊CGWORLD + digital video vol.257(2020年1月号)
    第1特集:もっと! わいわいバーチャルYouTuber
    第2特集:CGWORLD 2019 クリエイティブカンファレンス

    定価:1,540円(税込)
    判型:A4ワイド
    総ページ数:144
    発売日:2019年12月10日
    cgworld.jp/magazine/cgw257.html