Gli artisti potrebbero presto avere a loro disposizione un nuovo strumento sviluppato dal MIT che potrebbe aiutarli a creare personaggi digitali, loghi, e altri elementi grafici in modo più rapido e semplice.

Molti artisti digitali si affidano alla vettorizzazione delle immagini, una tecnica che converte un'immagine basata su pixel in un'immagine comprendente raggruppamenti di forme chiaramente definite. In questa tecnica, i punti nell'immagine sono collegati da linee o curve per costruire le forme. Tra gli altri vantaggi, le immagini vettorializzate mantengono la stessa risoluzione quando vengono ingrandite o ridotte.

Per vettorizzare un'immagine, gli artisti devono spesso tracciare a mano ogni tratto utilizzando un software specializzato, come Adobe Illustrator, che è laborioso. Un'altra opzione è utilizzare strumenti di vettorizzazione automatizzati in quei pacchetti software. Spesso, però, questi strumenti portano a numerosi errori di tracciamento che richiedono più tempo per essere corretti manualmente. Il principale colpevole:disallineamenti alle intersezioni dove si incontrano curve e linee.

In un articolo pubblicato sulla rivista ACM Transactions on Graphics, I ricercatori del MIT descrivono in dettaglio un nuovo algoritmo di vettorizzazione automatizzato che traccia le intersezioni senza errori, riducendo notevolmente la necessità di revisione manuale. Powering the tool è una versione modificata di una nuova tecnica matematica nella comunità della computer grafica, chiamati "campi cornice, " usato per guidare la tracciatura dei percorsi intorno alle curve, angoli acuti, e parti disordinate di disegni in cui molte linee si intersecano.

Lo strumento potrebbe far risparmiare tempo e frustrazione agli artisti digitali. "Una stima approssimativa è che potrebbe risparmiare da 20 a 30 minuti da strumenti automatizzati, il che è sostanziale quando pensi agli animatori che lavorano con più schizzi, " dice il primo autore Mikhail Bessmeltsev, un ex associato postdottorato di Computer Science and Artificial Intelligence Laboratory (CSAIL) che ora è assistente professore presso l'Università di Montreal. "La speranza è di rendere gli strumenti di vettorizzazione automatizzata più pratici per gli artisti che si preoccupano della qualità del loro lavoro".

Il coautore del documento è Justin Solomon, ricercatore in CSAIL e nel Dipartimento di Ingegneria Elettrica e Informatica, e un ricercatore principale nel gruppo di elaborazione dei dati geometrici.

Guidare le linee

Molti strumenti moderni utilizzati per modellare forme 3D direttamente da schizzi dell'artista, compresi i precedenti progetti di ricerca di Bessmeltsev, richiedono prima la vettorizzazione dei disegni. La vettorizzazione automatizzata "non ha mai funzionato per me, quindi mi sono frustrato, "dice. Quegli strumenti, lui dice, vanno bene per gli allineamenti approssimativi ma non sono progettati per la precisione:"Immagina di essere un animatore e di aver disegnato un paio di fotogrammi di animazione. Sono schizzi abbastanza puliti, e vuoi modificarli o colorarli su un computer. Per quello, ti interessa davvero quanto la tua vettorizzazione si allinea con il tuo disegno a matita."

molti errori, ha notato, provengono da un disallineamento tra l'immagine originale e quella vettorializzata in corrispondenza delle giunzioni in cui due curve si incontrano, in un tipo di giunzione a "X", e dove una linea termina in un'altra, in una giunzione a "T". La ricerca precedente e il software utilizzavano modelli incapaci di allineare le curve a quelle giunzioni, così Bessmeltsev e Solomon si assunsero il compito.

L'innovazione chiave è venuta dall'utilizzo dei campi frame per guidare il tracciamento. I campi cornice assegnano due direzioni a ciascun punto di una forma 2D o 3D. Queste direzioni si sovrappongono a una struttura di base, o topologia, che possono guidare compiti geometrici in computer grafica. Sono stati utilizzati campi frame, ad esempio, per ripristinare documenti storici distrutti e per convertire mesh triangolari, reti di triangoli che coprono una forma 3D, in mesh quadrangolari, griglie di forme a quattro lati. Le mesh quadruple sono comunemente utilizzate per creare personaggi generati dal computer in film e videogiochi, e per la progettazione assistita da computer (CAD) per una migliore progettazione e simulazione del mondo reale.

Bessmeltsev, per la prima volta, campi di cornice applicati alla vettorizzazione dell'immagine. I suoi campi di cornice assegnano due direzioni a ogni pixel scuro su un'immagine. Ciò tiene traccia delle direzioni tangenti, dove una curva incontra una linea, delle curve disegnate vicine. Questo significa, ad ogni intersezione di un disegno, le due direzioni del campo frame si allineano con le direzioni delle curve che si intersecano. Questo riduce drasticamente la rugosità, o rumore, incroci circostanti, che di solito li rende difficili da rintracciare.

"A un bivio, tutto quello che devi fare è seguire una direzione del campo del frame e ottieni una curva liscia. Lo fai per ogni incrocio, e tutte le giunzioni saranno quindi allineate correttamente, " dice Bessmeltsev.

Vettorizzazione più pulita

Quando viene fornito un input di un disegno 2D raster pixel con un colore per pixel, lo strumento assegna ad ogni pixel scuro una croce che indica due direzioni. A partire da qualche pixel, sceglie prima una direzione da tracciare. Quindi, traccia il percorso vettoriale lungo i pixel, seguendo le indicazioni. Dopo aver tracciato, lo strumento crea un grafico catturando le connessioni tra i tratti solidi nell'immagine disegnata. Usando questo grafico, lo strumento abbina le linee e le curve necessarie a quei tratti e vettorizza automaticamente l'immagine.

Nella loro carta, i ricercatori hanno dimostrato il loro strumento su vari schizzi, come animali dei cartoni animati, le persone, e piante. Lo strumento ha vettorializzato in modo pulito tutte le intersezioni che sono state tracciate in modo errato utilizzando gli strumenti tradizionali. Con gli strumenti tradizionali, ad esempio, linee intorno ai tratti del viso, come occhi e denti, non si fermava dove si fermavano le linee originali o attraversavano altre linee.

Un esempio nella carta mostra i pixel che compongono due linee leggermente curve che portano alla punta di un cappello indossato da un elefante dei cartoni animati. C'è un angolo acuto dove le due linee si incontrano. Ogni pixel scuro contiene una croce diritta o leggermente inclinata, a seconda della curvatura della linea. Usando quelle direzioni trasversali, la linea tracciata poteva facilmente seguire mentre piombava intorno alla brusca svolta.

"Molti artisti continuano a divertirsi e preferiscono lavorare con i media reali (ad esempio, penna, matita, e carta). … Il problema è che la scansione di tali contenuti nel computer spesso provoca una grave perdita di informazioni, "dice Nathan Carr, un ricercatore principale in computer grafica presso Adobe Systems Inc., che non è stato coinvolto nella ricerca. "[Il lavoro del MIT] si basa su un costrutto matematico noto come 'campi di frame, ' per ripulire e disambiguare gli schizzi scansionati per recuperare questa perdita di informazioni. È una grande applicazione dell'uso della matematica per facilitare il flusso di lavoro artistico in modo pulito e ben formato. In sintesi, questo lavoro è importante, in quanto aiuta gli artisti a passare dal mondo fisico a quello digitale".

Prossimo, i ricercatori intendono aumentare lo strumento con una tecnica di coerenza temporale, che estrae le informazioni chiave dai fotogrammi di animazione adiacenti. L'idea sarebbe quella di vettorizzare i frame contemporaneamente, utilizzando le informazioni da uno per regolare il tracciato della linea sul successivo, e viceversa. "Sapere che gli schizzi non cambiano molto tra i fotogrammi, lo strumento potrebbe migliorare la vettorizzazione guardando entrambi allo stesso tempo, " dice Bessmeltsev.

Questa storia è stata ripubblicata per gentile concessione di MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un popolare sito che copre notizie sulla ricerca del MIT, innovazione e didattica.