Ny metode beregner automatisk realistisk bevægelse med friktion fra 3-D-design

At simulere enhver 3D overflade eller struktur – fra træblade og beklædningsgenstande til sider i en bog – er en beregningsmæssig udfordring, tidskrævende opgave. Mens forskellige geometriske værktøjer er tilgængelige til at efterligne formmodelleringen af ​​disse overflader, en ny metode gør det muligt også at beregne og muliggøre overfladens fysik – bevægelse og forvrængning – og gør det intuitivt og med realistiske resultater.

Forskere fra Inria, det franske nationale institut for datalogi og anvendt matematik, har udviklet en ny algoritme, der beregner formen på overfladen i hvile, det er, uden nogen ydre kraft, og når denne form deformeres under tyngdekraften, kontakt og friktion, det matcher præcist den form, brugeren har designet.

"Forestil dig, at du vil skabe en fancy beklædningsgenstand på en 3D-figur. Med vores metode, du kan frit designe dette tøj direkte i 3-D, omkring karakteren. Du behøver ikke bekymre dig om fysik, men kun om formen, inklusive folder og rynker, som du gerne vil se på den sidste fase, " forklarer Florence Bertails-Descoubes, videnskabelig vejleder for arbejdet og en forsker ved INRIA. "Når du har afsluttet modelleringen, vores algoritme konverterer automatisk den geometriske klud til en fysisk."

Brugere tegner eller designer en hvilken som helst 3-D overflade ved at bruge deres foretrukne geometriske værktøjer og kan derefter vende sig til den nye beregningsmetode for at konvertere overfladen til et fysisk objekt, og en, der måske eller måske ikke kommer i kontakt med andre overflader. Bertails-Descoubes samarbejdede om arbejdet med sin ph.d. studerende Mickaël Ly og Romain Casati og Inria-kolleger Melina Skouras og Laurence Boissieux, og holdet vil præsentere på SIGGRAPH Asia 2018 i Tokyo 4. december til 7. december. Den årlige konference byder på de mest respekterede tekniske og kreative medlemmer inden for computergrafik og interaktive teknikker, og fremviser førende forskning inden for videnskab, kunst, spil og animation, blandt andre sektorer.

Der findes mange geometriske værktøjer til at udføre nøjagtig modellering af former med fleksibilitet givet til brugeren. Givet eksemplet med modellering af tøj omkring en 3-D karakter, forskernes metode giver en enklere måde for tøjet at efterligne bevægelse på den animerede figur, automatisk beregning af tyngdekraft og friktionskontakt med en ekstern krop.

"For eksempel, hvis en bruger tegner en 3D-nederdel på en animeret figur, vores metode vil automatisk krympe hvileformen og stramme den i taljen, for at kompensere for tyngdekraften, der 'ønsker' at trække emnet nedad, " bemærker Bertails-Descoubes. Holdets metode gør det også muligt for brugerne at ændre de fysiske egenskaber af det designet tøj, dvs at lave den af ​​hør i stedet for bomuld. På tur, kluden vil opføre sig anderledes, virker blødere, for eksempel, for let bomuld og vil se ud til at have mindre friktion med kroppen.

Forskerne bemærker, at "den største vanskelighed i denne form for omvendt problem stammer fra det faktum, at det er meget ikke-lineært. Denne kompleksitet forværres især af tilstedeværelsen af ​​kontakt og tør friktion, som aldrig eksplicit blev redegjort for i tidligere undersøgelser. Det er derfor udfordrende at designe en robust algoritme, der kan finde en gyldig hvileform til en lang række forskellige scenarier."

Forskerne gav flere eksempler i papiret, viser deres algoritmes ydeevne på 3-D animerede designs. Inkluderet i papiret er to hatteeksempler - noteret som 'floppy hat' og 'baseret' - som er placeret på et menneskeligt hoved gennem kontakt og friktion. Uden forskernes inversionsmetode, den floppy hat synker, fuldstændigt at miste sin oprindelige stil og delvist dække den animerede figurs ansigt. I modsætning, efter at have kørt den nye algoritme, hatten bevarer sin originale stil og flip-flopper realistisk med karakterens bevægelse. Baret-eksemplet frembragte lignende realistiske resultater efter at have anvendt holdets metode - bareten forblev korrekt oppustet og poserede på hovedet. Når 'vind' anvendes på designet, baretten glider med bevægelsen, men falder ikke helt af hovedet, eksemplificerer algoritmens evne til realistisk at simulere den involverede fysik.

I det fremtidige arbejde, holdet vil fokusere på at få deres algoritme til at fungere hurtigere og tilpasses skabelsen af ​​rigtige tøjmønstre.