非フォトリアリスティックレンダリング

非フォトリアリスティックレンダリング( NPR ) は、フォトリアリズムに重点を置く従来のコンピュータグラフィックスとは対照的に、デジタルアートのさまざまな表現スタイルを可能にすることに重点を置いたコンピュータグラフィックスの分野です。NPR は、絵画、描画、テクニカルイラスト、アニメなどの他の芸術モードからインスピレーションを得ています。NPR は、セルシェーディングアニメーション(「トゥーン」シェーディングとも呼ばれる)の形で映画やビデオゲームに登場したほか、科学的視覚化、建築イラスト、実験アニメーションにも登場しています。^[^要出典^]

用語の歴史と批判

非フォトリアリスティックレンダリングという用語は、 SIGGRAPH 1990の論文委員会が「非フォトリアリスティックレンダリング」と題したセッションを開催したときに作られたと考えられています。 ^[1]^[2]

この用語にはいくつかの批判もある。

「フォトリアリズム」という用語は、グラフィックス研究者（「フォトリアリスティックレンダリング」を参照）とアーティストにとって異なる意味を持ちます。NPR 技術の対象消費者であるアーティストにとって、それはカメラレンズの効果を、それが作り出すすべての歪みや過反射^{[定義が必要]}とともに再現することに重点を置いた絵画の流派を指します。しかし、グラフィックス研究者にとって、それは視覚的に現実と区別がつかない画像を指します。実際、グラフィックス研究者は、フォトリアリズムの画家が使用する視覚的な歪みの種類を「非フォトリアリズム」にまとめています。
何かを、それが何でないかで説明するのは問題があります。同等の（作り話の）比較は、「象以外の生物学」や「幾何学以外の数学」かもしれません。NPR の研究者は、この用語は最終的に消え、現在ではより一般的な用語である「コンピュータグラフィックス」に置き換えられ、「フォトリアリスティックグラフィックス」は「従来の」コンピュータグラフィックスを説明するために使用される用語になると予想しています。^{[引用が必要]}
「非フォトリアリスティック」な画像を作成するために使用される多くの技術は、レンダリング技術ではありません。これらはモデリング技術、または後処理技術です。後者は「イメージベースのレンダリング」として知られるようになっていますが、スケッチベースのモデリング技術は技術的にこの見出しに含めることができず、会議の主催者にとっては非常に不便です。

非フォトリアリスティックなアニメーションとレンダリングに関する最初の会議^{[いつ? ]}では、考えられる代替名についての議論が行われました。提案された名前の中には、「表現力豊かなグラフィックス」、「芸術的なレンダリング」、「非現実的なグラフィックス」、「アートベースのレンダリング」、「サイコグラフィックス」などがありました。これらの用語はすべて、このトピックに関するさまざまな研究論文で使用されていますが、それでも「非フォトリアリスティック」という用語が定着したようです。

NPRに特化した最初の技術会議は、 2000年にACMが主催した非フォトリアリスティックレンダリングとアニメーションに関するシンポジウム（NPAR）でした。NPARは伝統的にアヌシーアニメーション映画祭と共催されており、^{[3]偶数年に開催されています。2007年以降、NPARは奇数年にもACM}SIGGRAPHと共催されるようになりました。^[4]

3D

3次元NPRは、ビデオゲームや映画で最もよく見られるスタイルです。この技術からの出力は、ほとんどの場合、新しい芸術的スタイルを表現するために元の入力モデルから変更された3Dモデルです。多くの場合、モデルのジオメトリは元のジオメトリと同一で、表面に適用されるマテリアルのみが変更されます。プログラム可能なGPUが利用可能になったことで、シェーダーにより、画面に表示されるラスタライズされたイメージにNPR効果を適用できるようになりました。 ^[5] 3Dジオメトリに適用されるNPR技術の大部分は、シーンを2次元に見せることを目的としています。

3D 画像の NPR テクニックには、セルシェーディングとグーチシェーディングが含まれます。

3Dモデルから様式化されたアウトラインやストロークを描くには、遮蔽輪郭や暗示輪郭など、さまざまな方法を使用できます。^[6]

読みやすさを向上させるために、技術的なコミュニケーションに最も役立つテクニカルイラストレーションは、必ずしもフォトリアリスティックなものではありません。分解図などのフォトリアリスティックではないレンダリングは、複雑なシステム内の部品の配置を示すのに大いに役立ちます。

2D

2 次元 NPR システムへの入力は通常、画像またはビデオです。出力は通常、入力画像の芸術的なレンダリング (水彩画、絵画、スケッチスタイルなど) ですが、一部の 2D NPR は、データの視覚化など、芸術以外の目的にも使用されます。

画像やビデオの芸術的なレンダリング（多くの場合、画像の様式化^[7]と呼ばれる）は、伝統的に、デジタルキャンバス上のブラシストロークの配置をシミュレートしようとするヒューリスティックアルゴリズムに重点を置いていました。^[8]

おそらく、2D NPR の最も初期の例は、SIGGRAPH 1990 でのPaul Haeberliの「Paint by Numbers」です。これ (および同様のインタラクティブ技術) は、カーソルを使用して「ペイント」できるキャンバスをユーザーに提供します。ユーザーがペイントすると、画像の様式化されたバージョンがキャンバスに表示されます。これは、画像のさまざまな領域に応じてさまざまなサイズのブラシストロークをシミュレートしたい場合に特に便利です。

その後、1990年代後半には、勾配演算子^[9]や統計モーメント^{[10]を使用した基本的な画像処理操作によってこのプロセスが自動化され、ユーザーの操作が最小限に抑えられるようになりました（ただし、アルゴリズムのパラメータ設定による芸術的な制御はユーザーに残されています）。この自動化により、2D NPRをビデオに実用的に応用することが可能になり、映画「}What Dreams May Come」 （1998年）の生きた絵画で初めて実用化されました。

2000年代初頭には、より洗練された画像抽象化技術が開発され、画像サリエンシー^[11]やセグメンテーション^[12]などのコンピュータビジョン演算子を利用してストロークの配置を制御しました。この頃、機械学習が画像様式化アルゴリズム、特に既存のアートワークのスタイルを模倣することを学習できる画像類推^[13]に影響を与え始めました。

ディープラーニングの登場により、画像のスタイル化の取り組みが再燃しました。特に、単一の視覚的例から幅広い芸術的スタイルを模倣できるニューラルスタイルトランスファー（NST）アルゴリズムが注目されています。これらのアルゴリズムは、 Prismaなどの同様の機能を備えたモバイルアプリの基盤となっています。

上記の様式化方法に加えて、2D NPR の関連技術のクラスは、芸術的媒体のシミュレーションに取り組んでいます。これらの方法には、さまざまな種類の紙を通じたインクの拡散のシミュレーションや、水彩画のシミュレーションのための水を通る顔料の拡散のシミュレーションが含まれます。

芸術的な表現

芸術的レンダリングは、視覚芸術のスタイルをレンダリングに適用したものです。フォトリアリスティックなレンダリングスタイルでは、光と影、描写されたオブジェクトの表面特性、構成、その他のより一般的な品質の正確な再現に重点が置かれます。独自の解釈的レンダリングスタイルに重点が置かれている場合、視覚情報はアーティストによって解釈され、選択された芸術媒体と抽象芸術の抽象化レベルを使用してそれに応じて表示されます。コンピュータグラフィックスでは、解釈的レンダリングスタイルは非フォトリアリスティックなレンダリングスタイルとして知られていますが、テクニカルイラストを簡略化するために使用されることもあります。フォトリアリズムと非フォトリアリズムを組み合わせたレンダリングスタイルは、ハイパーリアリスティックなレンダリングスタイルとして知られています。

注目の映画とゲーム

このセクションでは、映画、ゲーム、ソフトウェアにおける NPR 技術の重要な使用例をいくつか紹介します。ゲームや映画におけるトゥーンシェーディングの使用例の一覧については、セルシェーディングアニメーションを参照してください。

参考文献

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さらに読む

NPR の開発における重要な論文は次のとおりです。

Haeberli, Paul (1990). 「数字で描く: 抽象的な画像表現」. ACM SIGGRAPH コンピュータグラフィックス. 24 (4): 207–214. CiteSeerX 10.1.1.94.8782 . doi :10.1145/97880.97902.
斎藤隆文; 高橋時一郎 (1990). 「3D 形状のわかりやすいレンダリング」. ACM SIGGRAPH コンピュータグラフィックス. 24 (4): 197–206. CiteSeerX 10.1.1.83.4139 . doi :10.1145/97880.97901.
コックショット、マルコム・タンデ (1991)。ウェット＆スティッキー：コンピュータベースのペインティングのための新しいモデル（論文）。ProQuest 2124902248 。
Winkenbach, Georges; Salesin, David H. (1994)。「コンピュータ生成のペンとインクのイラスト」。第 21 回コンピュータグラフィックスとインタラクティブ技術に関する年次会議の議事録 - SIGGRAPH '94。pp. 91–100。doi : 10.1145 / 192161.192184。ISBN 978-0-89791-667-7. S2CID 3234749。
Salisbury, Michael P.; Anderson, Sean E.; Barzel, Ronen; Salesin, David H. (1994)。「インタラクティブなペンとインクのイラストレーション」。第 21 回コンピュータグラフィックスとインタラクティブ技術に関する年次会議 - SIGGRAPH '94 の議事録。pp. 101–108。doi : 10.1145 / 192161.192185。ISBN 978-0-89791-667-7. S2CID 1098501。
Meier, Barbara J. (1996)。「アニメーションのための絵画的レンダリング」。第23 回コンピュータグラフィックスおよびインタラクティブ技術に関する年次会議の議事録 - SIGGRAPH '96。pp. 477–484。CiteSeerX 10.1.1.126.7091。doi : 10.1145 / 237170.237288。ISBN 978-0-89791-746-9.S2CID 1199189 。
Gooch, Amy; Gooch, Bruce; Shirley, Peter; Cohen, Elaine (1998)。「自動テクニカルイラストレーションのための非フォトリアリスティックな照明モデル」。第 25 回コンピュータグラフィックスおよびインタラクティブ技術に関する年次会議の議事録 - SIGGRAPH '98 。pp . 447–452。CiteSeerX 10.1.1.435.1775。doi : 10.1145 / 280814.280950。ISBN 978-0-89791-999-9. S2CID 1411270。

外部リンク

トゥンデ・コックショットの『ウェット・アンド・スティッキー』再訪
コンピュータグラフィックスにおける様式化された描写: オンライン NPR リソースの注釈付き調査
NPARカンファレンス
Blender NPR: スタイライズと非フォトリアリスティックレンダリング専用
オンライン画像ベースのNPRシステム

[1] Baskett, Forest (1990). Proceedings of the 17th annual conference on Computer graphics and interactive technologies - SIGGRAPH '90 . doi :10.1145/97879. ISBN 978-0-201-50933-5. S2CID 12199502。^{[ページが必要]}

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[9] ^ Litwinowicz, Peter (1997). 「印象派効果のための画像とビデオの処理」。第24 回コンピュータグラフィックスおよびインタラクティブ技術に関する年次会議 - SIGGRAPH '97 の議事録。pp. 407–414。doi :10.1145/258734.258893。ISBN 978-0-89791-896-1. S2CID 13139308。

[10] 白石道夫、山口康 (2000)。「局所ソース画像近似に基づく自動絵画レンダリングアルゴリズム」。非フォトリアリスティックアニメーションとレンダリングに関する第 1 回国際シンポジウム - NPAR '00 の議事録。pp. 53–58。doi : 10.1145/340916.340923。ISBN 978-1-58113-277-9. S2CID 16915734。

[11] Collomosse, JP; Hall, PM (2002). 「画像のサリエンシーを使用した絵画的レンダリング」Proceedings 20th Eurographics UK Conference . pp. 122–128. CiteSeerX 10.1.1.7.5383 . doi :10.1109/EGUK.2002.1011281. ISBN 978-0-7695-1518-2. S2CID 9610948。

[12] グーチ、ブルース、クーム、グレッグ、シャーリー、ピーター (2002)。「芸術的ビジョン」。第2 回国際シンポジウム「非フォトリアリスティックアニメーションとレンダリング」の議事録 - NPAR '02 。p . 83。CiteSeerX 10.1.1.10.1761。doi : 10.1145 / 508530.508545。ISBN 978-1-58113-494-0. S2CID 1146198。

[13] Hertzmann, Aaron; Jacobs, Charles E.; Oliver, Nuria; Curless, Brian; Salesin, David H. (2001). 「イメージの類似性」。第28 回コンピュータグラフィックスおよびインタラクティブ技術に関する年次会議の議事録 - SIGGRAPH '01。pp. 327–340。CiteSeerX 10.1.1.119.5127。doi : 10.1145 / 383259.383295。ISBN 978-1-58113-374-5.S2CID 2201072 。

[14] Brussee, Arthur; Saraev, Andrew; Chyr, William (2020). 「これで終わり: Manifold Garden レンダリング回顧展」.コンピュータグラフィックスとインタラクティブ技術に関する特別興味グループカンファレンス講演. pp. 1–2. doi :10.1145/3388767.3407385. ISBN 978-1-4503-7971-7. S2CID 221178781。