Digitalisering og replikering af materialernes verden

Er det muligt digitalt at kopiere den måde, lyset skinner på silke, kalejdoskopet af farver på sommerfuglevinger, eller strukturen af ​​stoffer, plastik, og sten? Et team af forskere ved EPFL's Realistic Graphics Lab, ledet af Wenzel Jakob, udvikler computermodeller til netop det. Deres proces begynder med omhyggeligt at digitalisere alt materiale, de kan lægge hænderne på, ved hjælp af en sofistikeret maskine kaldet et gonio-fotometer.

Forestil dig at tage et billede af en bil på en solskinsdag:Billedet vil kun fange dets udseende for det specifikke synspunkt og belysning, men den kan ikke fortælle os, hvordan den samme bil ville se ud fra et andet synspunkt senere på aftenen. I modsætning til et kamera, et gonio-fotometer måler lyset, der reflekteres af et materiale i forskellige vinkler, indfanger essensen af ​​det, der giver bilens malede overflade sit særlige udseende:skinnende, perleskinnende, metallisk, falmet, osv. De resulterende data er meget rigere end et enkelt fotografi og kan bruges til at generere fotorealistiske computerbilleder af objekter lavet af de samme materialer i vilkårlige virtuelle scener.

Teamet hos EPFL, ledet af prof. Wenzel Jakob, studerer den måde, hvorpå lys interagerer med forskellige materialer, så denne proces kan reproduceres i en softwaresimulering. "Vores mål er at sammensætte et meget omfattende bibliotek af materialer - ikke kun at genskabe dem, men også at forstå matematisk, hvad der får dem til at se ud, som de gør, " siger Jakob. Forskerne har til hensigt at digitalisere prøver lige fra et ark papir og et stykke plastik fra en kuglepen til en sommerfuglevinge og endda et stykke stof fra et Darth Vader-kostume. "Denne slags materialedata er uvurderlige i områder som arkitektur, computersyn, eller underholdningsindustrien. Vi er for nylig begyndt at arbejde med Weta Digital og Industrial Light &Magic, der laver film som Avatar og Star Wars, " tilføjer han.

At skabe billeder, der ligner den ægte vare

Gonio-fotometeret er en imponerende maskine på omkring fem meter lang. Den betjenes i et rum, hvis vægge er blevet dækket med sort klæde for at absorbere lyset, der reflekteres af prøven, der analyseres. Prøven placeres i midten af ​​enheden, hvor det observeres fra spidsen af ​​en robotarm, der spinder med en hastighed på op til 3 meter i sekundet, så målinger kan tages hurtigt for mange konfigurationer. "Et konventionelt kamera optager kun rødt, grøn og blå farveinformation, der er synlig for det menneskelige øje. Vi bruger i stedet et spektrometer, der registrerer hundredvis af bølgelængder gennem hele det visuelle spektrum, strækker sig selv til UV og infrarød. Denne rigdom af data giver os meget mere information om et materiale, der gør os i stand til at simulere dets udseende ekstremt præcist, siger Jakob.

Holdet har udviklet en ny algoritme, der tager fuld kontrol over gonio-fotometeret til kun at fange en lille delmængde af et ufatteligt stort firedimensionelt rum, gør det muligt at digitalisere materialer meget hurtigere, end det tidligere var muligt. Jakobs gruppe udvikler også Mitsuba Renderer, en udbredt open source softwareplatform, der simulerer lys beregningsmæssigt for at skabe fotorealistiske billeder af virtuelle verdener. Med de indhentede data, disse simuleringer kan nu opnå et hidtil uset niveau af nøjagtighed.