古典油彩画におけるグレーズ技法シュミレーションに関する研究

• 資料種別: 博士論文
• タイトル: 古典油彩画におけるグレーズ技法シュミレーションに関する研究
• 著者・編者: 篠澤, 和恵
• 著者標目: 篠澤, 和恵
• 出版事項: 篠澤和恵
• 出版年月日等: 2013-03-22
• 出版年（W3CDTF）: 2013-03-22
• 並列タイトル等: A Graphic System Simulating the Glazing Technique of Oil Painting
• 授与機関名: 奈良女子大学
• 授与年月日: 2013-03-22
• 報告番号: 甲第532号
• 学位: 博士(情報科学)
• 本文の言語コード: jpn
• 件名標目: コンピュータグラフィックス; 油絵モデル; グレーズ技法; 絵具; computer graphics; oil painting; glazing; pigments
• 対象利用者: 一般
• 一般注記: type:Thesis; コンピュータ上での絵具の発色シミュレーションは,グラフィックソフトウェアへの応 用が期待できる.古典油彩画には,透明な層を重ねて微妙な色調を表現する「グレーズ」 という技法がある.グレーズ技法により,混色では表せない微妙な色調が表現されるとい われている.本論文では,光学的な面からグレーズ技法の発色シミュレーションを行い, 応用アプリケーションを考える. 油絵具は,他の絵具と違い本質的な透明性を持っている.古典油彩画のグレーズ技法は その透明性を生かし,塗り重ねにより色を表現するものである.現在普及している2 次元 グラフィックソフトウェアにおいても,各レイヤで透明度と下層との演算方法を設定する ことが可能であるが,擬似的に減法混色に基づく演算を選んだとしても,実際の絵具の塗 り重ねとは違った色になる.現在の2 次元グラフィックソフトウェアでは,レイヤの透明 度を上げると色が薄くなってしまうため,油彩のように透明感とともに色の存在感を持た せることは困難である.グレーズ技法をコンピュータ上で再現することにより,古典油彩 画で行われているような重色が可能なグラフィックソフトウェアの実現が期待できる. そこで本論文では,2 つのアプローチでグレーズ技法のシミュレーションを試みる. 1 つめは,既存のコンピュータグラフィックス研究や,コンピュータカラーマッチング でも使われている,2 フラックスモデルによるアプローチである.これは光の吸収と散乱 を上下方向に進む光に単純化したモデルであり,散乱が考慮されるため,現実の絵画の発 色により近い混色や重色計算が可能である.光の伝搬を上下方向に単純化することから, 計算量が抑えられるという点で優れている.本論文では,絵具の発色計算で標準的な2 フ ラックスモデルによるグレーズのシミュレーションを検討し,実際に作製したサンプルを 測色し,結果を検証する. 2 つめは,3 次元空間における放射伝達方程式を用いた,放射伝達モデルによるアプロー チである.放射伝達方程式とは,光の伝搬をあらわす式で,消散で光が失われる効果と, 光が入ってくる効果の双方を考慮した方程式である.2 フラックスモデルではできない, 光の入射角や観測角を変更するなどの方向依存性を取り扱うことが可能である.この放 射伝達方程式の解法の一つに,補助関数法がある.これは,微積分方程式であらわされる 放射伝達方程式を線形積分方程式に変換して解く手法であり,角度の離散化等の問題が発 生しない,層内で連続的に散乱係数と吸収係数を変化させることも可能,などの利点を 持つ. しかし,補助関数法は線形積分方程式の数値解法に精度が依存するため,精度を高め るには,線形積分方程式を離散化する際に求める連立1 次方程式の係数計算コストが大き くなる.そのため,パラメータを変更したうえで分光反射率を再計算するには時間を要 するという問題がある.これは,グレーズの発色シミュレーションによる重ね塗りの色調 整や,グラフィックソフトウェアを開発する際の障害となる.本論文では,より高速にグ レーズシミュレーション計算を行うため,補助関数法における数値計算の高速化手法を提 案する. 最後に,計算結果を利用し,加速度センサを内蔵したタブレット型コンピュータを用い, 直感的な操作で入射角に応じた表示変更を行うシステムを試作した内容を報告する. 本論文は5 つの章から構成されている. まず,第1 章では,コンピュータグラフィックスにおける絵画的アプローチの研究意義 と,本研究の位置づけについて述べる. 第2 章では,画材として油絵具が他の絵具と異なる点と,油彩の技法,特に古典油彩画 で用いられたグレーズ技法について,美術的な面から述べる. 第3 章では,2 フラックスモデルによるグレーズ技法のシミュレーションを行い,実験 を行った結果を述べる. 第4 章では,放射伝達方程式を用いたシミュレーションとその高速化を検討し,実験を 行った結果を述べる.さらに,結果を表示するためのインタフェースの検討と,試作した システムについて述べる. 最後に第5 章では,本研究で得られた結果を要約し,今後の課題について述べる. Computer simulations of paint color formation may be applied to developing graphics software that can reproduce the paint colors. In the “glazing" technique in the classical oil painting, one or more thin transparent layers of paints are applied to an opaque layer to create delicate color tones that cannot be achieved by color mixture. This thesis simulates the coloring of the glaze technique on computers from an optical aspect, and discusses its potential application. The paints based on oils have essential transparency in contrast to paints based on others. This characteristic transparency of the oils is crucial to the glazing technique. Some kinds of transparencies can be represented by two-dimensional graphics software used widely at present, which allows users to specify, for each layer, a degree of transparencies and an operation method for merging the layer into its underlying layers. However, an operation method based on subtractive color mixing fails to reproduce colors of the actual layers of paints. In existing two-dimensional graphics software, greater transparency of a layer just leads to a lighter color, ignoring the characteristic transparency in the colors of oils. A glazing technique simulated on a computer may enable graphics software to realize such layered colors as in the classic oil painting. In this thesis, the simulations of the glaze technique are done in two approaches. The first approach is based on the 2-flux model, which is used also in existing computer graphics research and computer color matching. This model includes propagation of light only in directions perpendicular to the layers, to simplify scattering and absorption of the light. Since scattering is taken into account, mixed and layered colors closer to those on actual paintings can be calculated. The simplification to one-dimensional propagation of light significantly reduces computational complexity. In this thesis, a simulation of the glazing based on a standard 2-flux model is performed, and compared with colorimetry for actually prepared paint samples, to examine the model. The second approach is based on the radiative transfer equation, which describes propagation of light in a three-dimensional space by incorporating the effect of light attenuated by absorption and scattering and the effect of light scattered to the main propagation direction from other directions, allowing treatment of dependence on directions such as the incidence angle and the observation angle of light in contrast to the 2-flux model. One way to solve this equation is the auxiliary function method based on conversion of the radiative transfer equation represented by an integro-differential equation into a linear integral equation. As advantages, this method is free from such problems as discretization of the angular variables and capable of continuously changing the absorption coefficient and the scattering coefficient in the layers. However, its precision depends on how to solve the linear integral equation numerically, and thus the cost of calculating coefficients of simultaneous linear equations in discretizing the linear integral equation increases with precision. Therefore, recalculation of spectral reflectance after changing parameters consumes time. This problem should slow down color adjustment for layered paints in simulating colors of the glazing, and hinder development of graphics software. In this thesis, an efficient algorithm for numerical calculation in the auxiliary function method is proposed to accelerate the glazing simulations. Finally, utilizing the results of the simulations, a preliminary application is provided on a tablet computer having an accelerometer. Colors changing according to the incidence angle are reproduced on a display by intuitive operations. This thesis consists of five chapters: In chapter 1, the importance of investigating the pictorial approach in the computer graphics is described, and the purpose of this study is provided. In chapter 2, characteristics of oil paints and techniques of oil painting, especially the glazing technique, are described from an artistic aspect. In chapter 3,the glaze technique is simulated by the 2-flux model, and the results of the experiment are described. In chapter 4, the glaze technique is simulated by the radiative transfer equation, andimprovement of algorithms to accelerate the simulations is discussed. In addition, a numerical experiment is performed and its results are presented. Furthermore, an interface for displaying the results is discussed, and a system made as the preliminary application is described. In chapter 5, conclusions, summaries and possible future developments are described.
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• 連携機関・データベース: 国立情報学研究所 : 学術機関リポジトリデータベース（IRDB）（機関リポジトリ）; https://irdb.nii.ac.jp
• 提供元機関・データベース: 奈良女子大学 : 奈良女子大学学術情報リポジトリ