Forskare vid Institutet för vetenskap och teknik i Österrike (ISTA) har utvecklat två nya datorgrafiktekniker som kan göra videospel, animerade filmer och digitala simuleringar mycket mer realistiska – samtidigt som de drastiskt minskar den datorkraft som krävs.
De två studierna, presenterade på SIGGRAPH-konferensen i Los Angeles och publicerade i ACM Transactions on Graphics, behandlar långvariga utmaningar inom datorgrafik.
Läs på Radiosporten: Fantastiska Antonio Nusa kallas ”räddaren” för Champions League-klubben
En teknik förbättrar hur mycket flexibla ytor textureras under animation. Den andra påskyndar beräkningar som hjälper datorer att förstå formen på 3D-objekt.
Naturen som modell för realistiska ytor
En av de största utmaningarna inom datorgrafik är att få mjuka, mycket deformerbara objekt att se naturliga ut.
Material som kakdeg, lava, slime eller tyg töjs, komprimeras och ändrar form ständigt. När objekt rör sig kan ytdetaljer suddas ut eller flimra – vilket gör datoranimationer mindre realistiska.
Doktoranden Aleksei Kalinov och kollegor i professor Chris Wojtans forskargrupp inspirerades av naturen.
De observerade att när naturliga material sträcks ut försvinner inte ytmönstren bara. Istället övergår fina detaljer gradvis till större, slätare strukturer. När materialet återgår till sin ursprungliga form återkommer många av nyanserna automatiskt.
Med dessa insikter utvecklade teamet ett helt nytt sätt att beskriva texturer – baserat på fysiska egenskaper som storlek och mönsterfrekvens, snarare än enskilda pixlar. Detta gör att datorn automatiskt kan återskapa realistiska detaljer när ett objekt sträcks ut eller komprimeras.
Forskarna skapade två nya algoritmer för att möjliggöra detta. Den ena återställer fina ytdetaljer efter utsträckning, medan den andra bevarar det ursprungliga utseendet genom att motstå oönskad distorsion. Eftersom båda metoderna genererar texturerna automatiskt kräver de inga komplicerade fysiksimuleringar eller lagring av tidigare animationsdata – vilket gör dem mycket snabbare och mer effektiva.
Teamet anser att teknikerna kan förbättra visuella effekter, datorspel och vetenskapliga simuleringar genom att producera mjukare, flimrandefria animationer – utan att kräva kraftfull hårdvara.
Genial genväg minskar datorkraften med 90 procent
I en annan studie tog forskarna upp en annan viktig utmaning: att hjälpa datorer att snabbt bestämma formen på komplexa 3D-objekt.
När en dator analyserar ett digitalt objekt måste den avgöra om en punkt ligger inom eller utanför objektets gränser. Denna beräkning – känd som lindningstal – är central för många grafikapplikationer, såsom animation, fysiksimuleringar och 3D-modellering.
Traditionellt gäller att ju mer detaljerade objekten är, desto dyrare är det att beräkna detta, eftersom datorn måste undersöka stora delar av ytan.
Doktoranden Peiyuan Xie och kollegor utvecklade en mycket mer effektiv lösning.
Professor Wojtan jämför processen med en robotdammsugare som går in i ett nytt rum. Roboten utforskar området för att avgöra om det är instängt av väggar eller har en utgång. På liknande sätt utforskar datorn gränserna för en digital form för att förstå dess struktur.
Istället för att analysera hela ytan fokuserar den nya metoden endast på gränserna där ytor slutar eller möts. Forskarna introducerade också en enkel form av assistans som tillfälligt stänger öppna ytor, vilket gör att datorn kan utföra mycket enklare beräkningar – innan hjälpinformationen tas bort och det korrekta resultatet lämnas.
Denna genrika genväg minskar beräkningsarbetet med ungefär tio gånger – samtidigt som noggrannheten bibehålls.
Tillsammans visar de två framstegen hur nya matematiska metoder kan lösa bestående grafikproblem – och samtidigt göra digitalt innehåll både mer realistiskt och mer effektivt att producera. Forskarna hoppas att idéerna så småningom kommer att gynna industrin – allt från underhållning och spel till teknik och vetenskaplig visualisering.
VM-effekten: När fotbollsfesten tog över allt från Vipps till spelbolag
