Discovery帮助计算机绘制复杂的二维动画
大约60年前，贝尔实验室的计算机科学家露丝·威斯（Ruth Weiss）发表了一项开创性算法，可以从任何角度将三维物体转化为二维图像。但她遇到了描绘轮廓的问题——这个问题几十年来一直困扰着计算几何领域。如今，随着电脑动画的普及，这种“隐藏线问题”变得愈发重要。在将三维模型渲染为二维图像的过程中，最关键但又看似简单的一环是轮廓（contour）：三维物体在二维视觉上的轮廓线。在理想世界中，轮廓可以用无限精度描绘出来——但现实世界要求的是有限的数值。因此，现代算法首先用许多小型三角形“瓦片”覆盖整个三维模型，然后确定每个瓦片是正对着观看者还是背对着。接着，算法利用这些瓦片构建轮廓线段。但这种方法在风格化动画中可能会导致错误、闪烁的线条，研究人员也一直不清楚原因。来源：亚伦·赫兹曼（Aaron Hertzmann）和皮埃尔·贝纳德（Pierre Bénard）（由阿曼达·蒙塔内兹（Amanda Montañez）重新设计）；出处：陈曦（Chenxi Liu）等人撰写的《ConTesse: Subdivision Surfaces的精确遮挡轮廓》（ConTesse: Accurate Occluding Contours for Subdivision Surfaces），发表于《ACM图形学交易》（ACM Transactions on Graphics），2022年6月。要生成足够精细的三角形网格以避免所有此类错误，已被证明是不可能的。Facebook Reality Labs的研究员斯蒂芬·格拉布利（Stéphane Grabli）曾因视觉效果获得奥斯卡奖提名，他解释道：“当时大家感觉，只要细分足够多，就应该能够生成一个允许精确计算轮廓可视性的网格。事实证明这是错误的。”格拉布利补充说，这些错误限制了非写实插画风格的复杂性。现在，来自不列颠哥伦比亚大学的计算机科学家陈曦及其同事在《ACM图形学交易》上提出了一种新的算法解决方案，称为ConTesse，其重点是修复轮廓而非网格。陈曦通过放大1600倍观察由算法生成的轮廓，发现了一些细微的扭曲，这些扭曲导致轮廓线错误地交叉，从而无法明确判断瓦片是朝向或背离观看者。她表示：“我尝试了许多曲面，发现该算法在大多数情况下都失败了。”来源：亚伦·赫兹曼和皮埃尔·贝纳德（由阿曼达·蒙塔内兹重新设计）；出处：陈曦等人撰写的《ConTesse: Subdivision Surfaces的精确遮挡轮廓》（ConTesse: Accurate Occluding Contours for Subdivision Surfaces），发表于《ACM图形学交易》（ACM Transactions on Graphics），2022年6月。研究人员的新算法首先用线段追踪三维形状的边缘，然后将这些近似轮廓压缩为二维，并尝试用三角形填充其内部。在内部网格错误地交叉的地方，算法会修改该部分的轮廓，例如解开扭曲部分或添加更精细的线段。然后算法使用修复后的轮廓重新生成网格，并将所有内容重新投影回三维物体上，进行最后的可视性检查。来源：亚伦·赫兹曼和皮埃尔·贝纳德（由阿曼达·蒙塔内兹重新设计）；出处：陈曦等人撰写的《ConTesse: Subdivision Surfaces的精确遮挡轮廓》（ConTesse: Accurate Occluding Contours for Subdivision Surfaces），发表于《ACM图形学交易》（ACM Transactions on Graphics），2022年6月。陈曦团队的创新在于意识到问题的根源在于轮廓本身。以前并不清楚是否存在这样的无效轮廓，因此以往的修复方法只处理了闪烁的症状，而没有触及根本原因，陈曦表示。没有参与新研究的格拉布利表示同意：“这篇文章证明了为什么早期的解决方案无法奏效。”
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