Het simuleren van een 3D-oppervlak of -structuur - van boombladeren en kleding tot pagina's van een boek - is een rekenkundige uitdaging, tijdrovende klus. Hoewel er verschillende geometrische gereedschappen beschikbaar zijn om de vormmodellering van deze oppervlakken na te bootsen, een nieuwe methode maakt het mogelijk om ook de fysica - beweging en vervorming - van het oppervlak te berekenen en mogelijk te maken en doet dat intuïtief en met realistische resultaten.

Onderzoekers van Inria, het Franse Nationale Instituut voor informatica en toegepaste wiskunde, hebben een nieuw algoritme ontwikkeld dat de vorm van het oppervlak in rust berekent, dat is, zonder enige kracht van buitenaf, en wanneer deze vorm onder zwaartekracht wordt vervormd, aanraking en wrijving, het past precies bij de vorm die de gebruiker heeft ontworpen.

"Stel je voor dat je een fancy kledingstuk wilt maken op een 3D-personage. Met onze methode, u kunt dit kledingstuk vrij direct in 3D ontwerpen, rond het personage. Je hoeft je niet druk te maken over natuurkunde, maar alleen over de vorm, inclusief de plooien en rimpels, die je graag zou willen zien in de laatste fase, " legt Florence Bertails-Descoubes uit, wetenschappelijk begeleider van het werk en een onderzoeker bij INRIA. "Als je klaar bent met het modelleren, ons algoritme zet de geometrische stof automatisch om in een fysieke."

Gebruikers tekenen of ontwerpen elk 3D-oppervlak met behulp van hun favoriete geometrische gereedschappen en kunnen vervolgens de nieuwe rekenmethode gebruiken om het oppervlak om te zetten in een fysiek object, en een die al dan niet contact kan maken met andere oppervlakken. Bertails-Descoubes werkte aan het werk samen met haar Ph.D. studenten Mickaël Ly en Romain Casati en Inria collega's Melina Skouras en Laurence Boissieux, en het team zal presenteren op SIGGRAPH Asia 2018 in Tokyo van 4 december tot 7 december. De jaarlijkse conferentie bevat de meest gerespecteerde technische en creatieve leden op het gebied van computergraphics en interactieve technieken, en toont toonaangevend onderzoek in de wetenschap, kunst, gamen en animatie, onder andere sectoren.

Er bestaan ​​veel geometrische hulpmiddelen om nauwkeurige modellering van vormen uit te voeren met flexibiliteit die aan de gebruiker wordt gegeven. Gezien het voorbeeld van het modelleren van kleding rond een 3D-personage, de methode van de onderzoekers biedt een eenvoudigere manier voor de kleding om beweging op het geanimeerde personage na te bootsen, automatisch berekenen van zwaartekracht en wrijvingscontact met een extern lichaam.

"Bijvoorbeeld, als een gebruiker een 3D-rok tekent op een geanimeerd personage, onze methode zal automatisch de restvorm verkleinen en strakker maken in de taille, om de zwaartekracht te compenseren die het item naar beneden wil trekken, " merkt Bertails-Descoubes op. De methode van het team stelt gebruikers ook in staat om de fysieke eigenschappen van het ontworpen kledingstuk te veranderen, d.w.z. het maken van linnen in plaats van katoen. Beurtelings, het doek zal zich anders gedragen, zachter lijken, bijvoorbeeld, voor lichtgewicht katoen en lijkt minder wrijving met het lichaam te hebben.

De wetenschappers merken op dat "de grootste moeilijkheid bij dit soort inverse problemen voortkomt uit het feit dat het zeer niet-lineair is. Deze complexiteit wordt vooral verergerd door de aanwezigheid van contact en droge wrijving, waar in eerdere studies nooit expliciet rekening mee werd gehouden. Het is dus een uitdaging om een ​​robuust algoritme te ontwerpen dat in staat is om een ​​geldige rustvorm te vinden voor een grote verscheidenheid aan verschillende scenario's."

De onderzoekers gaven verschillende voorbeelden in de paper, presentatie van de prestaties van hun algoritme op 3D-geanimeerde ontwerpen. In de krant zijn twee voorbeelden van hoeden opgenomen - aangeduid als 'floppy hat' en 'baret' - die door contact en wrijving op een menselijk hoofd worden geplaatst. Zonder de inversiemethode van de onderzoekers, de slappe hoed zakt, zijn oorspronkelijke stijl volledig verliezend en gedeeltelijk het gezicht van het geanimeerde personage bedekken. In tegenstelling tot, na het uitvoeren van het nieuwe algoritme, de hoed behoudt zijn originele stijl en realistisch teenslippers met de beweging van het personage. Het voorbeeld van de baret leverde vergelijkbare realistische resultaten op na toepassing van de methode van het team:de baret bleef correct opgeblazen en bleef op het hoofd staan. Wanneer 'wind' op het ontwerp wordt toegepast, de baret schuift met het uurwerk mee maar valt niet helemaal van het hoofd, een voorbeeld van het vermogen van het algoritme om de betrokken fysica realistisch te simuleren.

Bij toekomstig werk, het team zal zich richten op het sneller laten werken van hun algoritme en worden aangepast aan het creëren van echte kledingpatronen.