Nästa datorgenererade djur i King Kong eller The Lion King kan se mycket mer realistiska ut tack vare ett genombrott av datavetenskapare vid University of California.

Forskarna från UC San Diego och UC Berkeley utvecklade en metod som dramatiskt förbättrar hur datorer simulerar päls, och mer specifikt, hur ljuset studsar i ett djurs päls.

Teamet presenterade nyligen sina resultat på SIGGRAPH Asia -konferensen i Thailand.

"Vår modell genererar mycket mer exakta simuleringar och är 10 gånger snabbare än den senaste tekniken, "sa Ravi Ramamoorthi, en av tidningens högre författare och direktören för Center for Visual Computing vid UC San Diego.

Metoden kan tillämpas på allt från videospel, till datorgenererade specialeffekter, till datoranimerade filmer.

Ett problem med befintliga modeller är att de var utformade för att skapa datorgenererat hår, och fungerar inte bra för päls. Det beror på att de flesta av dessa modeller inte tar hänsyn till den centrala cylindern, eller medulla, finns i varje pälsfibrer. Medulla i päls är mycket större än i människohår och ljusets passage och dess spridning genom cylindern är mycket viktig för pälsens utseende. Än så länge, de flesta forskare har ignorerat medulan och byggt modeller som följer en ljusstråle när den studsar från en pälsfibr till nästa. Som ett resultat, befintliga modeller kräver en enorm beräkning och är både dyra och långsamma.

Däremot, forskarna vid UC San Diego och UC Berkeley använde ett koncept som kallas underjordisk spridning för att snabbt närma sig hur ljus studsar runt pälsfibrer. Väsentligen, spridning under ytan beskriver hur ljus kommer in i ytan på ett genomskinligt objekt, som hår eller päls, vid en punkt; sprider sig i olika vinklar; interagerar med objektets material; och lämnar sedan objektet vid en annan punkt. Detta koncept är väl förstått och används ofta i simuleringar inom datorgrafik och datorsyn.

I verkligheten, du kan observera spridning under ytan genom att slå på din smarta telefons ficklampa och täcka den med fingret i ett rum där lamporna har dämpats. Du kommer att se en ljusring, eftersom ljuset har kommit in genom ditt finger, spridda inuti och sedan gått ut igen. (Ljuset är rött eftersom det inte absorberas av kroppen, till skillnad från grönt och blått ljus.)

För att applicera egenskaperna hos spridning under ytan på pälsfibrer, forskare använde ett neuralt nätverk.

"Vi omvandlar egenskaperna hos spridning under ytan till pälsfibrer, "sade doktoranden Ling-Qi Yan, från UC Berkeley, som arbetade med studien under ledning av UC San Diego datavetenskapsprofessorer Ravi Ramamoorthi och Henrik Wann Jensen. "Det finns inget uttryckligt fysiskt eller matematiskt sätt att göra denna omvandling. Så vi behövde använda ett neuralt nätverk för att ansluta dessa två olika världar."

Det neurala nätverket behövde bara utbildas med en scen innan man kunde applicera underjordisk spridning på alla de olika scenerna som den presenterades. Detta resulterade i att simuleringar gick 10 gånger snabbare än teknikens ståndpunkt.

Den resulterande algoritmen fungerar lika bra för päls som hår. Verkligen, utseendet på människohår som gjorts med den nya metoden är mer realistiskt.

Nästa steg inkluderar att använda metoden för realtidspäls och håråtergivning.