コンピュータグラフィックス（CG）は映画や広告、ゲーム、VR、医療などの様々な場面において活用されています。本研究室ではグラフィックスの基礎技術である、画像⽣成のための写実的レンダリング技術や、モノの動きを予測するシミュレーション技術、計算機で形をデザインするための技術、また、応用技術として、グラフィックスを活用したインタラクション技術、およびアニメやイラスト表現などのための非写実的質感表現・編集技術について研究を行っています。

計算機で映像を生成（レンダリング）するには、物体形状や質感情報、光源情報、カメラ情報を入力として、シーン中での光の伝播をシミュレーションします。写実的な映像生成を行うには、物体から反射された光が他の物体を照らす相互反射の効果を考慮することが重要で、またリアルな質感モデルも重要です。本研究室では、効率的な映像生成手法や、リアルな質感モデルなどを研究しています。

本研究室では、物質点法（material point method）を利用した連続体のシミュレーションに力点を置いており、Herschel-Bulkley モデルや Drucker-Prager 降伏条件などの構成則を用いて、図3に示したクリームなどの非ニュートン流体や、砂などの粉体のシミュレーション手法を開発しています。また、物質点法と個別要素法を組み合わせた連成シミュレーションによる高速な計算法や、物性の異なる非ニュートン流体同士の混合体の流動性をモデル化する構成則の研究にも取り組んでおり、より複雑な流体のより高性能なシミュレーションの実現を目指しています。

図4の右側の二枚の図が示すのは、自重や指定した外力に耐えられるように設計したレゴスカルプチャーです。レゴブロックはその噛み合わせの構造上、一定の位置にしか配置できないため、その配置問題は複雑な組み合わせ問題となります。我々の方法は、現実的な時間で構造計算を行いながら配置を最適化し、安定なブロックの組み合わせを見つけ出します。こうしたレゴデザインは建築やラピッドプロトタイピングなどに応用があります。

また、動きも非写実的表現の研究対象として考えることができます。図5の下段右では，モーションキャプチャーから特徴的な顔モーションを解析し、強調度合いを変えて上乗せすることにより表情の誇張化を実現しています。このように、我々の方法は、CG表現の中に作り手が制御できる部分を見つけ出し、元の表現と共存させることで編集効果を加えたアニメーションを効率よく合成できます。

我々の問題設定では、写真画像とは異なり入力画像に手描きによる非物理的な陰影変化が多く含まれています。元となるアニメ・イラストの3DCG表現手法に習い、反射特性側に非物理的な陰影変化を許容することで滑らかな陰影アニメーションを生成できる分解を実現しています。より高度な課題として、反射特性がピクセル単位で異なるケースや合成された照明効果（陰影,、ハイライト）の分解など、様々な質感デザインの入力画像に対応可能な逆推定手法の実現を目指しています。

また、解析した半透明質感合成変換は動画に対して時間連続に適用することが可能であり、画像ペアのみを仮定した質感転写手法を破綻なく動画に展開できます。変換が複雑化する物理モデルを仮定した推定や深層学習ベースのスタイル転写では時間連続性を考慮した合成が容易ではありませんが、我々の手法では、入力と出力の関係が連続的になる変換で合成変換を構成することにより、時間連続性の課題にも対応しています。