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、デジタルアートにおける多様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、ドローイング、テクニカルイラストレーション、アニメーションカートゥーンといった他の芸術様式からインスピレーションを得ています。NPRは、映画やビデオゲームにおいて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）の形で登場しているほか、科学的視覚化、建築イラストレーション、実験アニメーションにも用いられています。^[^要出典^]

この用語の歴史と批判

非フォトリアリスティックレンダリングという用語は、1990年のSIGGRAPH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で作った造語だと考えられている。 ^[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）とアーティストでは意味が異なります。NPR技術のターゲット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、つまりそれが生み出すあらゆる歪みや過反射^{（定義が必要）}を再現することに重点を置いた絵画の流派を指します。一方、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、フォトリアリストの画家が用いる視覚的な歪みを「非フォトリアリズム」に一括りにしています。
何かを「何でないか」で説明するのは問題です。「ゾウではない生物学」や「幾何学ではない数学」といった類の、（作り話のような）同等の比較は考えられます。NPRの研究者たちは、この用語は最終的に消滅し、現在ではより一般的な「コンピュータグラフィックス」という用語に置き換えられると予想しています。「フォトリアリスティックグラフィックス」は「伝統的な」コンピュータグラフィックスを表す用語です。^[要出典]
「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。それらはモデリング技術、またはポストプロセス技術です。後者は「イメージベースレンダリング」として知られるようになってきていますが、スケッチベースのモデリング技術は技術的にこの分類に含めることができず、これは会議主催者にとって非常に不便です。

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、代替名称の可能性について議論されました。提案された用語の中には、「表現力豊かなグラフィックス」「芸術的なレンダリング」「非写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、このテーマに関する様々な研究論文で使用されていますが、「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主催で開催された「ノン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^{[3] （NPAR）」でした。NPARは伝統的にアヌシー・アニメーション映画祭}^[4]と併催され、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と併催されるようになりました。^[5]

3D

3次元NPRは、ビデオゲームや映画で最も一般的に見られるスタイルです。この手法の出力は、ほとんどの場合、元の入力モデルから新しい芸術的スタイルを表現するために修正された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。プログラマブル GPUの利用可能性が高まったことにより、シェーダーによって、画面に表示されるラスタライズされた画像にNPR効果を適用できるようになりました。 ^[6] 3Dジオメトリに適用されるNPR手法の大部分は、シーンを2次元的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、閉塞輪郭や暗示輪郭など、さまざまな方法を使用できます。^[7]

読みやすさを向上させるために、技術コミュニケーションにおいて最も有用な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、複雑なシステムにおける部品の配置を示すのに非常に役立ちます。

カートゥーンレンダリング（セルシェーディング、トゥーンシェーディングとも呼ばれる）は、3Dコンピュータグラフィックスに平面的で漫画のような外観を与えるために使用される非フォトリアリスティックなレンダリング手法です。滑らかなグラデーションではなく、はっきりとした陰影の色を使用することが特徴で、コミックやアニメーション映画を彷彿とさせる外観を実現します。この手法は、3Dオブジェクトや環境と2Dの手描きアニメーション要素を、一貫性のある外観を保ちながら融合させるためによく使用されます。ディズニーの映画『トレジャー・プラネット』は、これらの手法を融合させた例です。^[8]

2D

2次元NPRシステムへの入力は通常、画像または動画です。出力は通常、入力画像の芸術的なレンダリング（例えば、水彩画、絵画風、スケッチ風など）ですが、一部の2次元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^[9]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。^[10]

2D NPRの最も初期の例は、おそらくSIGGRAPH 1990で発表されたPaul Haeberli氏の「Paint by Numbers 」でしょう。この技術（および同様のインタラクティブ技術）は、ユーザーにカーソルを使って「ペイント」できるキャンバスを提供します。ユーザーがペイントすると、キャンバス上に画像の様式化されたバージョンが表示されます。これは、画像の領域に応じて異なる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^[11]や統計モーメント^[12]を用い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が担うことになります）。この自動化により、2D NPRをビデオに実用的に適用することが可能となり、映画『What Dreams May Come』（1998年）のリビングペインティング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、コンピュータビジョンの演算子（例えば、画像サリエンシー^[13]やセグメンテーション^[14]演算子）を用いてストロークの配置を制御しました。この頃、機械学習は画像様式化アルゴリズム、特に既存の芸術作品のスタイルを模倣することを学習する画像アナロジー^[15]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、特に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を集めています。NSTアルゴリズムは、単一の画像サンプルから幅広い芸術的スタイルを模倣できます。これらのアルゴリズムは、 Prismaなど、同様の機能を持つモバイルアプリの基盤となっています。

上記の様式化手法に加えて、2D NPRの関連技術として、芸術媒体のシミュレーションを扱うものがあります。これらの手法には、さまざまな種類の紙を通じたインクの拡散や、水彩画のシミュレーションのための水中での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とは、視覚芸術のスタイルをレンダリングに適用することです。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、描画対象物の表面特性、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レンダリングスタイルと呼ばれますが、テクニカルイラストを簡略化するために使用される場合があります。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レンダリングスタイルと呼ばれます。

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技術の代表的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用途一覧については、セルシェーディングアニメーションをご覧ください。

短編映画
技術的脅威	1988	トゥーンシェーディングとテックス・エイヴリー風の漫画キャラクターの初期の使用
ガス惑星	1992	Eric Darnell による鉛筆スケッチ 3D レンダリング
釣り	2000	水彩画風の3Dレンダリングデビッド・ゲイニー
ロードヘッドスナックとドリンク	1998 1999	ボブ・サビストンがロトショップで制作した短編映画
ライアン	2004	3Dジオメトリの非線形投影およびその他の歪み
花を泣いた少女	2008	Aurynによる水彩画風のレンダリング
長編映画
夢は実現するかもしれない	1998	「絵画の世界」のシーケンスにおける絵画的な表現
ターザン	1999	ディズニーの「ディープキャンバス」システムを初めて使用
ウェイキングライフ	2001	長編映画でロトショップを初めて使用
スキャナーダークリー	2006	「15ヶ月のアニメーション制作プロセス」
スパイダーマン：スパイダーバース	2018	クリエイターたちは、視聴者が「漫画本の中に入り込んだ」ような感覚を味わえるようにしたかったのです^[16]
スパイダーマン：スパイダーバース	2023	NPRの技術を取り入れて、印象派の水彩画スタイルを含むいくつかの異なるアニメーションスタイルを開発しました。^[17]
ビデオゲーム
ジェットセットラジオ	2000	ビデオゲームにおけるトゥーンシェーディングの初期の使用
ゼルダの伝説風のタクト	2002	最も有名なセルシェーディングゲームの1つ
戦場のヴァルキュリア	2008	ゲームではスケッチのようなシェーディング法を含む多くのNPRテクニックが使用されています
13	2003	できるだけ「コミック」風に作られたゲーム
大神	2006	墨絵風のビジュアルのゲーム
ギルティギア Xrd	2014	セルシェーディングされた 3D キャラクターと限定アニメーションを使用して 2D スプライトの外観を模倣した格闘ゲーム
オブラ・ディンの帰還	2018	ユニークなモノクロの点描画スタイルで描かれた3Dゲーム
マニフォールドガーデン	2019	不可能幾何学を用いた3Dパズルゲーム。斬新なエッジシェーディング技術が特徴。^[18]
非フォトリアリスティックレンダリング用ソフトウェア
スケッチアップ	2000	トゥーンレンダリングを備えたスケッチ風モデリングソフトウェア
Vue Xstream	2015	さまざまな伝統的なアートスタイルをエミュレートするプリセットを備えた NPR レンダラーを備えた3D 環境作成ソフトウェア

参考文献

^ バスケット、フォレスト (1990).第17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年次会議 - SIGGRAPH '90 議事録. doi :10.1145/97879. ISBN 978-0-201-50933-5. S2CID 12199502。^{[ページが必要]}
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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.
斉藤隆文；高橋時一郎（1990）。「立体形状を分かりやすく表現」。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。土井：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』（学位論文）. ProQuest 2124902248.
ウィンケンバッハ, ジョルジュ; サレシン, デイヴィッド H. (1994). 「コンピュータ生成ペンインク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およびインタラクティブ技術年次会議 - SIGGRAPH '94 の議事録. 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インク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および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。
マイヤー、バーバラ・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年次会議 - SIGGRAPH '96 の議事録. pp. 477– 484. CiteSeerX 10.1.1.126.7091 . doi :10.1145/237170.237288. ISBN 978-0-89791-746-9. S2CID 1199189。
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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会議
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

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[2] スコフィールド、サイモン（1994年3月）。「非フォトリアリスティックレンダリング：批判的検討と提案システム」（論文）。

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[8] Hall, Cameron Roy (2023年1月21日). 「『トレジャー・プラネット』のアニメーションは見た目以上に3Dだった」SlashFilm . 2024年10月27日閲覧。

[9] ロジン、ポール、コロモッセ、ジョン編 (2013).画像とビデオに基づく芸術的様式化. Computational Imaging and Vision. 第42巻. doi :10.1007/978-1-4471-4519-6. ISBN 978-1-4471-4518-9. S2CID 40656135。^{[ページが必要]}

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[13] Collomosse, JP; Hall, PM (2002). 「画像のサリエンシーを用い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。

[14] 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」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。

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