Værktøjet forbedrer automatisk billedvektorisering, sparer digitale kunstnere tid og kræfter

Kunstnere kan snart have et nyt MIT-udviklet værktøj til deres rådighed, der kan hjælpe dem med at skabe digitale karakterer, logoer, og anden grafik hurtigere og lettere.

Mange digitale kunstnere er afhængige af billedvektorisering, en teknik, der konverterer et pixelbaseret billede til et billede, der omfatter grupperinger af klart definerede former. I denne teknik, punkter i billedet er forbundet med linjer eller kurver for at konstruere formerne. Blandt andre frynsegoder, Vektoriserede billeder bevarer den samme opløsning, når de enten forstørres eller krympes.

For at vektorisere et billede, kunstnere skal ofte håndspore hvert slag ved hjælp af specialiseret software, såsom Adobe Illustrator, hvilket er besværligt. En anden mulighed er at bruge automatiserede vektoriseringsværktøjer i disse softwarepakker. Tit, imidlertid, disse værktøjer fører til adskillige sporingsfejl, der tager længere tid at rette i hånden. Hovedsynderen:uoverensstemmelser i kryds, hvor kurver og linjer mødes.

I et papir, der bliver offentliggjort i tidsskriftet ACM Transactions on Graphics, MIT-forskere beskriver en ny automatiseret vektoriseringsalgoritme, der sporer kryds uden fejl, hvilket i høj grad reducerer behovet for manuel revision. At drive værktøjet er en modificeret version af en ny matematisk teknik i computergrafiksamfundet, kaldet "rammefelter, " bruges til at guide sporing af stier rundt i kurver, skarpe hjørner, og rodede dele af tegninger, hvor mange linjer krydser hinanden.

Værktøjet kan spare digitale kunstnere betydelig tid og frustration. "Et groft skøn er, at det kan spare 20 til 30 minutter fra automatiserede værktøjer, hvilket er væsentligt, når du tænker på animatorer, der arbejder med flere skitser, " siger førsteforfatter Mikhail Bessmeltsev, en tidligere postdoc-assistent i Computer Science and Artificial Intelligence Laboratory (CSAIL), som nu er assisterende professor ved University of Montreal. "Håbet er at gøre automatiserede vektoriseringsværktøjer mere praktiske for kunstnere, der bekymrer sig om kvaliteten af ​​deres arbejde."

Medforfatter på papiret er Justin Solomon, en adjunkt i CSAIL og i Institut for Elektroteknik og Datalogi, og en hovedefterforsker i Geometric Data Processing Group.

Leder linjerne

Mange moderne værktøjer, der bruges til at modellere 3D-former direkte fra kunstnerskitser, herunder Bessmeltsevs tidligere forskningsprojekter, kræve vektorisering af tegningerne først. Automatiseret vektorisering "fungerede aldrig for mig, så jeg blev frustreret, " siger han. De værktøjer, han siger, er fine til grove justeringer, men er ikke designet til præcision:"Forestil dig, at du er en animator, og du har tegnet et par billeder med animation. Det er ret rene skitser, og du vil redigere eller farvelægge dem på en computer. For det, du er virkelig interesseret i, hvor godt din vektorisering stemmer overens med din blyanttegning."

Mange fejl, han bemærkede, kommer fra fejljustering mellem det originale og vektoriserede billede ved kryds, hvor to kurver mødes - i en type "X"-kryds - og hvor en linje ender ved en anden - i et "T"-kryds. Tidligere forskning og software brugte modeller, der ikke var i stand til at justere kurverne ved disse kryds, så Bessmeltsev og Solomon påtog sig opgaven.

Den vigtigste innovation kom fra at bruge rammefelter til at guide sporing. Rammefelter tildeler to retninger til hvert punkt i en 2D- eller 3D-form. Disse retninger overlejrer en grundlæggende struktur, eller topologi, der kan guide geometriske opgaver i computergrafik. Der er brugt rammefelter, for eksempel, at restaurere ødelagte historiske dokumenter og at konvertere trekantsmasker – netværk af trekanter, der dækker en 3-D form – til firkantede masker – gitter af firesidede former. Quad mesh er almindeligvis brugt til at skabe computergenererede figurer i film og videospil, og til computerstøttet design (CAD) for bedre design og simulering i den virkelige verden.

Bessmeltsev, for første gang, anvendte rammefelter til billedvektorisering. Hans rammefelter tildeler to retninger til hver mørk pixel på et billede. Dette holder styr på tangentretningerne - hvor en kurve møder en linje - af nærliggende tegnede kurver. Det betyder, ved hvert skæringspunkt i en tegning, de to retninger af rammefeltet flugter med retningerne af de skærende kurver. Dette reducerer ruheden drastisk, eller støj, omkringliggende kryds, hvilket normalt gør dem svære at spore.

"Ved et kryds, alt du skal gøre er at følge en retning af rammefeltet, og du får en jævn kurve. Det gør du for hvert kryds, og alle vejkryds vil derefter blive justeret korrekt, " siger Bessmeltsev.

Renere vektorisering

Når der gives input til en pixel-raster 2-D-tegning med én farve pr. pixel, værktøjet tildeler hver mørk pixel et kryds, der angiver to retninger. Starter ved en pixel, den vælger først en retning at spore. Derefter, den sporer vektorstien langs pixels, følge anvisningerne. Efter sporing, værktøjet opretter en graf, der fanger forbindelser mellem de solide streger i det tegnede billede. Ved at bruge denne graf, værktøjet matcher de nødvendige linjer og kurver til disse streger og vektoriserer automatisk billedet.

I deres papir, forskerne demonstrerede deres værktøj på forskellige skitser, såsom tegneseriedyr, mennesker, og planter. Værktøjet vektoriserede rent alle kryds, der blev sporet forkert ved hjælp af traditionelle værktøjer. Med traditionelle værktøjer, for eksempel, linjer omkring ansigtstræk, såsom øjne og tænder, stoppede ikke, hvor de oprindelige linjer gjorde eller løb gennem andre linjer.

Et eksempel i papiret viser pixels, der udgør to let buede linjer, der fører til spidsen af ​​en hat båret af en tegneserieelefant. Der er et skarpt hjørne, hvor de to linjer mødes. Hver mørk pixel indeholder et kryds, der er lige eller let skråtstillet, afhængig af linjens krumning. Ved at bruge disse tværretninger, den sporede linje kunne nemt følge med, da den svævede rundt i det skarpe sving.

"Mange kunstnere nyder stadig og foretrækker at arbejde med rigtige medier (f.eks. pen, blyant, og papir). … Problemet er, at scanning af sådant indhold ind i computeren ofte resulterer i et alvorligt tab af information, " siger Nathan Carr, en hovedforsker i computergrafik ved Adobe Systems Inc., som ikke var involveret i undersøgelsen. "[MIT] arbejde er afhængig af en matematisk konstruktion kendt som 'rammefelter, ' for at rydde op og tvetydige scannede skitser for at genvinde dette tab af information. Det er en fantastisk anvendelse af matematik til at lette den kunstneriske arbejdsgang på en ren, velformet måde. Sammenfattende, dette arbejde er vigtigt, da det hjælper kunstneres evne til at skifte mellem den fysiske og digitale verden."

Næste, forskerne planlægger at udvide værktøjet med en tidsmæssig sammenhængsteknik, som udtrækker nøgleoplysninger fra tilstødende animationsrammer. Ideen ville være at vektorisere rammerne samtidigt, bruge information fra den ene til at justere linjesporingen på den næste, og omvendt. "Ved at kende, at skitserne ikke ændrer sig meget mellem rammerne, værktøjet kunne forbedre vektoriseringen ved at se på begge på samme tid, " siger Bessmeltsev.

Denne historie er genudgivet med tilladelse fra MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), et populært websted, der dækker nyheder om MIT-forskning, innovation og undervisning.