La simulazione di qualsiasi superficie o struttura 3D, dalle foglie degli alberi e dagli indumenti alle pagine di un libro, è un compito computazionalmente impegnativo, compito che richiede tempo. Sebbene siano disponibili vari strumenti geometrici per imitare la modellazione della forma di queste superfici, un nuovo metodo consente di calcolare e abilitare anche la fisica - movimento e distorsione - della superficie e lo fa in modo intuitivo e con risultati realistici.

Ricercatori dell'Inria, l'Istituto nazionale francese di informatica e matematica applicata, hanno sviluppato un nuovo algoritmo che calcola la forma della superficie a riposo, questo è, senza alcuna forza esterna, e quando questa forma si deforma per gravità, contatto e attrito, corrisponde esattamente alla forma che l'utente ha progettato.

"Immagina di voler creare un capo di fantasia su un personaggio 3D. Con il nostro metodo, puoi disegnare liberamente questo capo direttamente in 3-D, intorno al personaggio. Non devi preoccuparti della fisica, ma solo per la forma, comprese le pieghe e le rughe, che vorresti vedere nella fase finale, " spiega Florence Bertails-Descoubes, supervisore scientifico del lavoro e ricercatore presso INRIA. "Una volta completata la modellazione, il nostro algoritmo converte automaticamente il tessuto geometrico in uno fisico."

Gli utenti disegnano o progettano qualsiasi superficie 3D utilizzando i loro strumenti geometrici preferiti e possono quindi ricorrere al nuovo metodo di calcolo per convertire la superficie in un oggetto fisico, e uno che può o meno entrare in contatto con altre superfici. Bertails-Descoubes ha collaborato al lavoro con il suo dottorato di ricerca. gli studenti Mickaël Ly e Romain Casati e i colleghi di Inria Melina Skouras e Laurence Boissieux, e il team sarà presente al SIGGRAPH Asia 2018 a Tokyo dal 4 dicembre al 7 dicembre. La conferenza annuale presenta i membri tecnici e creativi più rispettati nel campo della computer grafica e delle tecniche interattive, e mette in mostra la ricerca all'avanguardia nella scienza, arte, giochi e animazione, tra gli altri settori.

Esistono molti strumenti geometrici per eseguire la modellazione accurata delle forme con la flessibilità data all'utente. Dato l'esempio della modellazione dell'abbigliamento attorno a un personaggio 3D, il metodo dei ricercatori fornisce un modo più semplice per l'abbigliamento di imitare il movimento sul personaggio animato, calcola automaticamente la gravità e il contatto per attrito con un corpo esterno.

"Ad esempio, se un utente disegna una gonna 3D su un personaggio animato, il nostro metodo ridurrà automaticamente la forma del resto e la stringerà in vita, per compensare la gravità che 'vuole' tirare l'oggetto verso il basso, " osserva Bertails-Descoubes. Il metodo del team consente inoltre agli utenti di modificare le proprietà fisiche del capo progettato, cioè facendolo di lino invece che di cotone. A sua volta, il panno si comporterà diversamente, apparendo più morbido, ad esempio, per cotone leggero e sembrerà avere meno attrito con il corpo.

Gli scienziati osservano che "la maggiore difficoltà in questo tipo di problema inverso deriva dal fatto che è altamente non lineare. Questa complessità è particolarmente esacerbata dalla presenza di contatto e attrito secco, che non è mai stato esplicitamente considerato in studi precedenti. È quindi difficile progettare un algoritmo robusto in grado di trovare una forma di riposo valida per una grande varietà di scenari diversi".

I ricercatori hanno fornito diversi esempi nel documento, mostrando le prestazioni del loro algoritmo su progetti animati 3D. Nel documento sono inclusi due esempi di cappelli, noti come "cappello floscio" e "berretto", che sono posti su una testa umana attraverso il contatto e l'attrito. Senza il metodo di inversione dei ricercatori, il cappello floscio si abbassa, perdendo completamente il suo stile originale e coprendo in parte il volto del personaggio animato. In contrasto, dopo aver eseguito il nuovo algoritmo, il cappello conserva il suo stile originale e realisticamente infradito con il movimento del personaggio. L'esempio del berretto ha prodotto risultati realistici simili dopo aver applicato il metodo della squadra:il berretto è rimasto correttamente gonfiato e posato sulla testa. Quando si applica "vento" al disegno, il basco scivola con il movimento ma non cade completamente dalla testa, esemplificando la capacità dell'algoritmo di simulare realisticamente la fisica coinvolta.

Nel lavoro futuro, il team si concentrerà sul far funzionare il proprio algoritmo più velocemente e adattarlo alla creazione di modelli di abbigliamento reali.