Тіні - така проста і нехитра, можна сказати, всюдисуща річ в реальному світі, щось само собою зрозуміле і тому не надто звертає на себе увагу. Але для тих, хто займається комп'ютерною анімацією, - це вічний головний біль. Вся справа в реалізмі.

З точки зору математики, будь тінь - дуже складне явище. Крім розмірів і форми предмета, а також відстані від поверхні, на яку він відкидає тінь, необхідно враховувати, як падає світло, яка його інтенсивність - ну і так далі, і так далі.

А у випадку з анімацією, коли все перебуває в русі, домогтися реалізму в сто разів складніше.

Для створення реалістичних тіней в комп'ютерній анімації Голлівуд витрачає колосальні обчислювальні потужності - і величезну кількість часу.

Тим часом в університеті штату Огайо ( Ohio State University) розроблені алгоритми, які, будучи не надто ресурсоємними, дозволяють досягтимайжеголлівудського рівня реалістичності при створенні тіней від складних і напівпрозорих об'єктів і рідин.


Йай-Ся Чжан, авторка нових алгоритмів.
Головними дійовими особами виступили професор Роджер Кроуфіс (Roger Crawfis) і докторант вищезазначеного університету Цай-Ся Чжан (Caixia Zhang). Власне, візуалізація тіней об'ємних напівпрозорих об'єктів - це була її тема дисертації.

Результати роботи і опис розроблених ними алгоритмів були опубліковані у номері журналу IEEE Transactions on Visualization and Computer Graphics за квітень-червень.

Унікальність алгоритмів, за словами самої Чжан, полягає в тому, що при їх невеликій ресурсоємності, вони дозволяють візуалізувати м'які тіні, враховуючи такі фактори, як, наприклад, зниження інтенсивності світла при його проходженні через напівпрозорий об'єкт.

Будь-яке зображення об'ємного предмета на екрані - це саме зображення, його проекція. На комп'ютерному екрані ми бачимо тільки плоскі "імітації" об'ємних предметів.

Звичайний метод для створення такої імітації - це відстеження передбачуваної лінії погляду глядача на об'єкт з наступним формуванням відповідного зображення.

Алгоритми Чжан базуються на іншому методі, званому сплаттінгом (splatting). Це обчислення форми "відбитка" точки на площині екрана.


Професор Роджер Кроуфіс.
Назва "Splatting" (від splat - звук ляпанцю), придумали програмісти, яким здалося, що такий метод нагадує кидання сніжками в яку-небудь дошку.

Об'ємний об'єкт умовно поділяється на "воксели" - тривимірні точки (пікселі), і плоский відбиток кожної з них на площині екрану іменується "Сплат".

Завдяки цьому системі необхідно вираховувати тільки ті точки, які звернені до екрану, завдяки чому ресурсомісткість створених Чжан алгоритмів виявиться значно меншою.

Зі свого боку, професор Кроуфіс охарактеризував ці алгоритми як проміжна ланка між дешевими анімаційними програмами та професійними пакетами, на зразок тих, якими користуються в Голлівуді.


Зразок високоякісної комп'ютерної анімації - фільм "Корпорація Монстрів" студії Pixar.

Голлівуд витрачає по годині на обробку кожного кадру, стверджує Кроуфіс.

"Кінцевою метою є надточні, надшвидкі системи рендеринга, що споживають невелику кількість пам'яті" , - заявив Кроуфіс, додавши, що робота Чжан - крок саме в цьому напрямку.

За його словами, Голлівуд витрачає по годині на кожен кадр, в той час, як ці кадри в підсумку миготять зі швидкістю 30 штук в секунду. Алгоритми Чжан допомогли б і час заощадити, і сили поберегти, і в підсумку одержати не менш реалістичні зображення.

Речі, алгоритми ці можна було б використовувати не тільки для створення анімації. Ще однією сферою застосування могли б стати програми - симулятори для хірургів, або засоби візуалізації масивів даних для інших вчених. Наприклад, моделювання клімату.


Один зі складних об'єктів, що використовувався для обкатки алгоритмів Чжан.

Алгоритми Чжан можна використовувати для розрахунку кількості сонячного випромінювання, що потрапляє на поверхню Землі. Знадобиться враховувати температуру повітря, швидкість вітру і щільність водяної пари в атмосфері.

Крім того, ці алгоритми могли б узяти на озброєння творці комп'ютерних ігор.
Статьяполучена: Membrana.ru

Детальніше »