Forskere ved Institute of Science and Technology Austria (ISTA) har utviklet to nye datagrafikkteknikker som kan gjøre videospill, animasjonsfilmer og digitale simuleringer langt mer realistiske – samtidig som de drastisk reduserer datakraften som kreves.
De to studiene, presentert på SIGGRAPH-konferansen i Los Angeles og publisert i ACM Transactions on Graphics, angriper langvarige utfordringer innen datagrafikk.
Les på Radiosporten: Fantastiske Antonio Nusa omtales som «redningen» for Champions League-klubb
Én teknikk forbedrer hvordan svært fleksible overflater får tekstur under animasjon. Den andre fremskynder utregninger som hjelper datamaskiner med å forstå formen på 3D-objekter.
Naturen som forbilde for realistiske overflater
En av de største utfordringene i datagrafikk er å få myke, sterkt deformerbare objekter til å se naturlige ut.
Materialer som kakedeig, lava, slim eller stoff strekker seg, komprimeres og endrer form konstant. Når objektene beveger seg, kan overflatedetaljene bli uskarpe eller flimre – noe som får dataanimasjoner til å virke mindre realistiske.
Doktorgradsstudent Aleksei Kalinov og kolleger i professor Chris Wojtans forskningsgruppe lot seg inspirere av naturen.
De observerte at når naturlige materialer strekkes, forsvinner ikke overflatemønstrene bare. I stedet går fine detaljer gradvis over i større, jevnere strukturer. Når materialet går tilbake til sin opprinnelige form, dukker mange av finessene automatisk opp igjen.
Med denne innsikten utviklet teamet en helt ny måte å beskrive teksturer på – basert på fysiske egenskaper som størrelse og mønsterfrekvens, heller enn enkeltpiksler. Dette gjør at datamaskinen automatisk kan gjenskape realistiske detaljer når et objekt strekkes eller komprimeres.
Forskerne lagde to nye algoritmer for å få dette til. Én gjenoppretter fine overflatedetaljer etter strekk, mens den andre bevarer det opprinnelige utseendet ved å motstå uønsket forvrengning. Siden begge metodene genererer teksturene automatisk, krever de verken kompliserte fysikksimuleringer eller lagring av tidligere animasjonsdata – noe som gjør dem langt raskere og mer effektive.
Teamet tror teknikkene kan forbedre visuelle effekter, videospill og vitenskapelige simuleringer ved å produsere jevnere, flimmerfrie animasjoner – uten å kreve kraftig maskinvare.
Genial snarvei kutter regnekraft med 90 prosent
I en annen studie tok forskerne for seg en annen viktig utfordring: å hjelpe datamaskiner med raskt å bestemme formen på komplekse 3D-objekter.
Når en datamaskin analyserer et digitalt objekt, må den avgjøre om et punkt befinner seg innenfor eller utenfor objektets grenser. Denne utregningen – kjent som winding number – er helt sentral i mange grafikkapplikasjoner, som animasjon, fysikksimuleringer og 3D-modellering.
Tradisjonelt blir det stadig dyrere å regne ut dette jo mer detaljerte objektene er, fordi datamaskinen må undersøke store deler av overflaten.
Doktorgradsstudent Peiyuan Xie og kolleger utviklet en langt mer effektiv løsning.
Professor Wojtan sammenligner prosessen med en robotstøvsuger som kommer inn i et nytt rom. Roboten utforsker området for å finne ut om det er omsluttet av vegger eller har en utgang. På lignende vis utforsker datamaskinen grensene til en digital form for å forstå strukturen.
I stedet for å analysere hele overflaten, fokuserer den nye metoden kun på grensene der overflater ender eller møtes. Forskerne introduserte også en enkel hjelpeform som midlertidig lukker åpne flater, slik at datamaskinen kan utføre langt enklere utregninger – før hjelpeinformasjonen fjernes og det korrekte resultatet står igjen.
Denne geniale snarveien reduserer regnearbeidet med omtrent ti ganger – samtidig som nøyaktigheten beholdes.
Til sammen viser de to fremskrittene hvordan nye matematiske tilnærminger kan løse vedvarende grafikkproblemer – og samtidig gjøre digitalt innhold både mer realistisk og mer effektivt å produsere. Forskerne håper ideene etter hvert vil komme bransjer til gode – alt fra underholdning og gaming til ingeniørfag og vitenskapelig visualisering.
VM-effekten: Da fotballfesten løftet alt fra Vipps til spillselskaper
