Att simulera en 3D-yta eller struktur-från trädblad och plagg till sidor i en bok-är en beräkningsmässig utmaning, tidskrävande uppgift. Även om olika geometriska verktyg finns tillgängliga för att efterlikna formmodelleringen av dessa ytor, en ny metod gör det möjligt att också beräkna och möjliggöra ytans fysik - rörelse och förvrängning - och gör det intuitivt och med realistiska resultat.

Forskare från Inria, franska nationella institutet för datavetenskap och tillämpad matematik, har utvecklat en ny algoritm som beräknar ytans form i vila, det är, utan någon yttre kraft, och när denna form deformeras under tyngdkraften, kontakt och friktion, det matchar exakt den form användaren har designat.

"Tänk dig att du vill skapa ett snyggt plagg på en 3D-karaktär. Med vår metod, du kan fritt designa detta plagg direkt i 3D, runt karaktären. Du behöver inte bry dig om fysik, men bara om formen, inklusive veck och rynkor, som du skulle vilja se i slutskedet, "förklarar Florence Bertails-Descoubes, vetenskaplig handledare för arbetet och en forskare vid INRIA. "När du har slutfört modelleringen, vår algoritm omvandlar automatiskt den geometriska duken till en fysisk. "

Användare ritar eller designar en 3D-yta med sina föredragna geometriska verktyg och kan sedan vända sig till den nya beräkningsmetoden för att konvertera ytan till ett fysiskt objekt, och en som kan komma i kontakt med andra ytor. Bertails-Descoubes samarbetade i arbetet med sin doktorand. studenterna Mickaël Ly och Romain Casati och Inria -kollegorna Melina Skouras och Laurence Boissieux, och teamet kommer att presentera på SIGGRAPH Asia 2018 i Tokyo 4 december till 7 december. Den årliga konferensen innehåller de mest respekterade tekniska och kreativa medlemmarna inom datorgrafik och interaktiva tekniker, och visar fram spetsforskning inom vetenskap, konst, spel och animering, bland andra sektorer.

Många geometriska verktyg finns för att utföra exakt modellering av former med flexibilitet som ges till användaren. Med tanke på exemplet med modellering av kläder runt ett 3D-tecken, forskarnas metod ger ett enklare sätt för kläderna att efterlikna rörelse på den animerade karaktären, automatiskt beräkning av gravitation och friktionskontakt med en yttre kropp.

"Till exempel, om en användare ritar en 3D-kjol på en animerad karaktär, vår metod kommer automatiskt att krympa resten av formen och dra åt den i midjan, för att kompensera för gravitationen som "vill" dra föremålet nedåt, "konstaterar Bertails-Descoubes. Teamets metod gör det också möjligt för användare att ändra de fysiska egenskaperna hos plagget som är utformat, dvs att göra det av linne istället för bomull. I tur och ordning, duken kommer att bete sig annorlunda, verkar mjukare, till exempel, för lätt bomull och verkar ha mindre friktion med kroppen.

Forskarna noterar att "den största svårigheten med denna typ av invers problem härrör från det faktum att det är mycket olinjärt. Denna komplexitet förvärras särskilt av närvaron av kontakt och torr friktion, som aldrig uttryckligen redovisades i tidigare studier. Det är därför utmanande att utforma en robust algoritm som kan hitta en giltig vilform för en mängd olika scenarier. "

Forskarna gav flera exempel i tidningen, som visar deras algoritms prestanda på 3D-animerade mönster. I papperet ingår två hattexempel - noterade som "diskettmössa" och "basker" - som placeras på ett mänskligt huvud genom kontakt och friktion. Utan forskarnas inversionsmetod, floppy hatten sackar, förlorar helt sin ursprungliga stil och täcker delvis ansiktet på den animerade karaktären. I kontrast, efter att ha kört den nya algoritmen, hatten bevarar sin ursprungliga stil och realistiskt flip-flops med karaktärens rörelse. Baret -exemplet gav liknande realistiska resultat efter att ha använt lagets metod - baskern förblev korrekt uppblåst och poserade på huvudet. När "vind" appliceras på konstruktionen, baskern glider med rörelsen men faller inte helt av huvudet, exemplifierar algoritmens förmåga att realistiskt simulera fysiken som är inblandad.

I framtida arbete, teamet kommer att fokusera på att få deras algoritm att fungera snabbare och anpassas till skapandet av riktiga plaggmönster.