Kunstenaars kunnen binnenkort beschikken over een nieuwe door MIT ontwikkelde tool waarmee ze digitale karakters kunnen maken, logo's, en andere afbeeldingen sneller en gemakkelijker.

Veel digitale kunstenaars vertrouwen op beeldvectorisatie, een techniek die een op pixels gebaseerde afbeelding omzet in een afbeelding die bestaat uit groepen van duidelijk gedefinieerde vormen. Bij deze techniek, punten in de afbeelding zijn verbonden door lijnen of krommen om de vormen te construeren. Onder andere voordelen, gevectoriseerde afbeeldingen behouden dezelfde resolutie wanneer ze worden vergroot of verkleind.

Om een ​​afbeelding te vectoriseren, kunstenaars moeten elke slag vaak met de hand overtrekken met behulp van gespecialiseerde software, zoals Adobe Illustrator, wat arbeidsintensief is. Een andere optie is het gebruik van geautomatiseerde vectorisatietools in die softwarepakketten. Vaak, echter, deze tools leiden tot tal van traceerfouten die meer tijd vergen om handmatig te corrigeren. De belangrijkste boosdoener:mismatches op kruispunten waar bochten en lijnen samenkomen.

In een paper dat wordt gepubliceerd in het tijdschrift ACM Transactions on Graphics, MIT-onderzoekers beschrijven een nieuw geautomatiseerd vectorisatie-algoritme dat kruispunten foutloos traceert, waardoor de noodzaak voor handmatige revisie aanzienlijk wordt verminderd. De tool wordt aangedreven door een aangepaste versie van een nieuwe wiskundige techniek in de computergraphics-gemeenschap, genaamd "framevelden, " gebruikt om het volgen van paden rond bochten te begeleiden, Scherpe hoeken, en rommelige delen van tekeningen waar veel lijnen elkaar kruisen.

De tool kan digitale artiesten veel tijd en frustratie besparen. "Een ruwe schatting is dat het 20 tot 30 minuten kan besparen op geautomatiseerde tools, wat aanzienlijk is als je denkt aan animators die met meerdere schetsen werken, " zegt eerste auteur Michail Bessmeltsev, een voormalige postdoc-medewerker van het Computer Science and Artificial Intelligence Laboratory (CSAIL) die nu een assistent-professor is aan de Universiteit van Montreal. "De hoop is om geautomatiseerde vectorisatietools praktischer te maken voor kunstenaars die de kwaliteit van hun werk belangrijk vinden."

Co-auteur van het papier is Justin Solomon, een assistent-professor bij CSAIL en bij de afdeling Elektrotechniek en Informatica, en een hoofdonderzoeker in de Geometric Data Processing Group.

De lijnen leiden

Veel moderne gereedschappen die worden gebruikt om 3D-vormen rechtstreeks van schetsen van kunstenaars te modelleren, waaronder eerdere onderzoeksprojecten van Bessmeltsev, vereisen dat de tekeningen eerst worden gevectoriseerd. Geautomatiseerde vectorisatie "werkte nooit voor mij, dus ik raakte gefrustreerd, "zegt hij. Die gereedschappen, hij zegt, zijn prima voor ruwe uitlijningen, maar zijn niet ontworpen voor precisie:"Stel je voor dat je een animator bent en een paar animatieframes tekende. Het zijn vrij strakke schetsen, en je wilt ze op een computer bewerken of kleuren. Daarom, het maakt je echt uit hoe goed je vectorisering overeenkomt met je potloodtekening."

Veel fouten, hij merkte, komen van een verkeerde uitlijning tussen het originele en gevectoriseerde beeld op kruispunten waar twee bochten samenkomen - in een soort "X" -knooppunt - en waar de ene lijn eindigt bij een andere - in een "T" -knooppunt. Eerder onderzoek en software gebruikten modellen die niet in staat waren om de bochten op die kruispunten uit te lijnen, dus namen Bessmeltsev en Salomo de taak op zich.

De belangrijkste innovatie kwam van het gebruik van framevelden om tracering te begeleiden. Kadervelden wijzen twee richtingen toe aan elk punt van een 2D- of 3D-vorm. Deze richtingen overlappen een basisstructuur, of topologie, die geometrische taken in computergraphics kan begeleiden. Er zijn framevelden gebruikt, bijvoorbeeld, om vernietigde historische documenten te herstellen en om driehoeksmazen - netwerken van driehoeken die een 3D-vorm bedekken - om te zetten in vierhoekige mazen - rasters van vierzijdige vormen. Quad meshes worden vaak gebruikt om door de computer gegenereerde karakters te creëren in films en videogames, en voor computer-aided design (CAD) voor een beter ontwerp en simulatie in de echte wereld.

Besmeltsev, Voor de eerste keer, toegepaste framevelden op beeldvectorisatie. Zijn framevelden wijzen twee richtingen toe aan elke donkere pixel op een afbeelding. Dit houdt de raaklijnen bij - waar een curve een lijn ontmoet - van nabijgelegen getekende curven. Dat betekent, op elk snijpunt van een tekening, de twee richtingen van het frameveld zijn uitgelijnd met de richtingen van de kruisende krommen. Dit vermindert drastisch de ruwheid, of lawaai, omliggende kruispunten, waardoor ze meestal moeilijk te traceren zijn.

"Op een kruispunt, het enige dat u hoeft te doen, is één richting van het frameveld volgen en u krijgt een vloeiende curve. Dat doe je voor elk knooppunt, en alle knooppunten worden dan goed uitgelijnd, ', zegt Besmeltsev.

Schonere vectorisering

Wanneer een invoer wordt gegeven van een gepixelde raster 2D-tekening met één kleur per pixel, de tool wijst elke donkere pixel een kruis toe dat twee richtingen aangeeft. Beginnend bij een pixel, het kiest eerst een richting om te traceren. Vervolgens, het volgt het vectorpad langs de pixels, het volgen van de aanwijzingen. Na het traceren, de tool maakt een grafiek waarin de verbindingen tussen de effen lijnen in de getekende afbeelding worden vastgelegd. Met behulp van deze grafiek, het gereedschap past de benodigde lijnen en curven aan die lijnen aan en vectoriseert automatisch de afbeelding.

In hun krant demonstreerden de onderzoekers hun gereedschap op verschillende schetsen, zoals tekenfilmdieren, mensen, en planten. De tool vectoriseerde netjes alle kruispunten die verkeerd waren getraceerd met behulp van traditionele tools. Met traditioneel gereedschap, bijvoorbeeld, lijnen rond gelaatstrekken, zoals ogen en tanden, stopte niet waar de originele lijnen stopten of liep door andere lijnen.

Een voorbeeld in het papier toont pixels die twee licht gebogen lijnen vormen die leiden naar de punt van een hoed gedragen door een cartoonolifant. Er is een scherpe hoek waar de twee lijnen elkaar ontmoeten. Elke donkere pixel bevat een kruis dat recht of licht hellend is, afhankelijk van de kromming van de lijn. Met behulp van die dwarsrichtingen, de getekende lijn kon gemakkelijk volgen terwijl hij door de scherpe bocht vloog.

"Veel kunstenaars genieten nog steeds van en werken het liefst met echte media (bijvoorbeeld pen, potlood, en papier). … Het probleem is dat het scannen van dergelijke inhoud naar de computer vaak leidt tot ernstig verlies van informatie, " zegt Nathan Carr, een hoofdonderzoeker in computergraphics bij Adobe Systems Inc., die niet bij het onderzoek betrokken was. "[Het MIT]-werk is gebaseerd op een wiskundige constructie die bekend staat als 'framevelden, ' om gescande schetsen op te schonen en ondubbelzinnig te maken om dit verlies aan informatie terug te winnen. Het is een geweldige toepassing van het gebruik van wiskunde om de artistieke workflow op een schone, goed gevormde manier te vergemakkelijken. Samengevat, dit werk is belangrijk, omdat het kunstenaars helpt om over te schakelen tussen de fysieke en digitale wereld."

Volgende, de onderzoekers zijn van plan om de tool uit te breiden met een temporele coherentietechniek, die belangrijke informatie extraheert uit aangrenzende animatieframes. Het idee zou zijn om de frames tegelijkertijd te vectoriseren, informatie van de ene gebruiken om de lijntracering op de volgende aan te passen, en vice versa. "Wetend dat de schetsen niet veel veranderen tussen de frames, de tool zou de vectorisatie kunnen verbeteren door naar beide tegelijk te kijken, ', zegt Besmeltsev.

Dit verhaal is opnieuw gepubliceerd met dank aan MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), een populaire site met nieuws over MIT-onderzoek, innovatie en onderwijs.