Em breve, os artistas terão à sua disposição uma nova ferramenta desenvolvida pelo MIT que poderá ajudá-los a criar personagens digitais, logotipos, e outros gráficos de forma mais rápida e fácil.

Muitos artistas digitais contam com a vetorização de imagens, uma técnica que converte uma imagem baseada em pixels em uma imagem que compreende agrupamentos de formas claramente definidas. Nesta técnica, pontos na imagem são conectados por linhas ou curvas para construir as formas. Entre outras vantagens, as imagens vetorizadas mantêm a mesma resolução quando aumentadas ou reduzidas.

Para vetorizar uma imagem, os artistas muitas vezes precisam traçar à mão cada traço usando um software especializado, como Adobe Illustrator, o que é trabalhoso. Outra opção é usar ferramentas automatizadas de vetorização nesses pacotes de software. Muitas vezes, Contudo, essas ferramentas levam a vários erros de rastreamento que levam mais tempo para serem corrigidos manualmente. O principal culpado:incompatibilidades nas interseções onde as curvas e linhas se encontram.

Em um artigo que está sendo publicado na revista ACM Transactions on Graphics, Os pesquisadores do MIT detalham um novo algoritmo de vetorização automatizado que traça interseções sem erros, reduzindo significativamente a necessidade de revisão manual. A ferramenta é uma versão modificada de uma nova técnica matemática na comunidade de computação gráfica, chamados de "campos de quadro, "usado para orientar o traçado de caminhos em torno de curvas, cantos agudos, e partes confusas de desenhos onde muitas linhas se cruzam.

A ferramenta pode economizar bastante tempo e frustração para os artistas digitais. "Uma estimativa aproximada é que isso poderia economizar de 20 a 30 minutos com ferramentas automatizadas, o que é substancial quando você pensa em animadores que trabalham com vários esboços, "diz o primeiro autor Mikhail Bessmeltsev, um ex-associado de pós-doutorado do Laboratório de Ciência da Computação e Inteligência Artificial (CSAIL) que agora é professor assistente na Universidade de Montreal. "A esperança é tornar as ferramentas automatizadas de vetorização mais práticas para artistas que se preocupam com a qualidade de seu trabalho."

O co-autor do artigo é Justin Solomon, professor assistente no CSAIL e no Departamento de Engenharia Elétrica e Ciência da Computação, e um investigador principal no Grupo de Processamento de Dados Geométricos.

Guiando as linhas

Muitas ferramentas modernas usadas para modelar formas 3-D diretamente de esboços de artistas, incluindo os projetos de pesquisa anteriores de Bessmeltsev, requerem vetorizar os desenhos primeiro. A vetorização automatizada "nunca funcionou para mim, então eu fiquei frustrado, "diz ele. Essas ferramentas, ele diz, são bons para alinhamentos grosseiros, mas não são projetados para precisão:"Imagine que você é um animador e desenhou alguns quadros de animação. Eles são esboços bem limpos, e você deseja editá-los ou colori-los em um computador. Por isso, você realmente se preocupa com o quão bem a sua vetorização se alinha com o seu desenho a lápis. "

Muitos erros, ele notou, vêm do desalinhamento entre a imagem original e a imagem vetorizada nas junções onde duas curvas se encontram - em um tipo de junção "X" - e onde uma linha termina na outra - em uma junção "T". Pesquisas anteriores e software usaram modelos incapazes de alinhar as curvas nessas junções, então Bessmeltsev e Solomon assumiram a tarefa.

A principal inovação veio do uso de campos de moldura para orientar o rastreamento. Os campos de quadro atribuem duas direções a cada ponto de uma forma 2-D ou 3-D. Essas direções se sobrepõem a uma estrutura básica, ou topologia, que pode guiar tarefas geométricas em computação gráfica. Campos de quadro foram usados, por exemplo, para restaurar documentos históricos destruídos e para converter malhas de triângulos - redes de triângulos cobrindo uma forma 3-D - em malhas quadrangulares - grades de formas de quatro lados. Malhas quádruplas são comumente usadas para criar personagens gerados por computador em filmes e videogames, e para design auxiliado por computador (CAD) para melhor design e simulação do mundo real.

Bessmeltsev, pela primeira vez, campos de quadros aplicados à vetorização de imagens. Seus campos de quadro atribuem duas direções a cada pixel escuro de uma imagem. Isso mantém o controle das direções tangentes - onde uma curva encontra uma linha - das curvas desenhadas próximas. Que significa, em cada intersecção de um desenho, as duas direções do campo de quadro se alinham com as direções das curvas de interseção. Isso reduz drasticamente a aspereza, ou barulho, cruzamentos circundantes, o que geralmente os torna difíceis de rastrear.

"Em um cruzamento, tudo o que você precisa fazer é seguir uma direção do campo do quadro e obter uma curva suave. Você faz isso para cada junção, e todas as junções serão alinhadas corretamente, "Bessmeltsev diz.

Vetorização mais limpa

Quando recebe uma entrada de um desenho 2D raster pixelado com uma cor por pixel, a ferramenta atribui a cada pixel escuro uma cruz que indica duas direções. Começando em algum pixel, ele primeiro escolhe uma direção para traçar. Então, ele traça o caminho do vetor ao longo dos pixels, seguindo as instruções. Após o rastreamento, a ferramenta cria um gráfico capturando conexões entre os traços sólidos na imagem desenhada. Usando este gráfico, a ferramenta combina as linhas e curvas necessárias a esses traços e vetoriza automaticamente a imagem.

Em seu jornal, os pesquisadores demonstraram sua ferramenta em vários esboços, como animais de desenho animado, pessoas, e plantas. A ferramenta vetorizou de forma limpa todas as interseções que foram rastreadas incorretamente usando ferramentas tradicionais. Com ferramentas tradicionais, por exemplo, linhas em torno das características faciais, como olhos e dentes, não parou onde as linhas originais pararam ou passaram por outras linhas.

Um exemplo no jornal mostra pixels formando duas linhas ligeiramente curvas que levam à ponta de um chapéu usado por um elefante de desenho animado. Há um canto agudo onde as duas linhas se encontram. Cada pixel escuro contém uma cruz reta ou ligeiramente inclinada, dependendo da curvatura da linha. Usando essas direções cruzadas, a linha traçada poderia facilmente seguir enquanto ele fazia a curva fechada.

“Muitos artistas ainda gostam e preferem trabalhar com mídia real (por exemplo, caneta, lápis, e papel). ... O problema é que a digitalização de tal conteúdo no computador muitas vezes resulta em uma grave perda de informações, "diz Nathan Carr, pesquisador principal em computação gráfica na Adobe Systems Inc., que não participou da pesquisa. "O trabalho do MIT se baseia em uma construção matemática conhecida como 'campos de quadro, 'para limpar e eliminar a ambiguidade de esboços digitalizados para recuperar esta perda de informação. É uma ótima aplicação do uso da matemática para facilitar o fluxo de trabalho artístico de uma maneira limpa e bem formada. Resumindo, este trabalho é importante, uma vez que ajuda na capacidade dos artistas de fazerem a transição entre os reinos físico e digital. "

Próximo, os pesquisadores planejam aumentar a ferramenta com uma técnica de coerência temporal, que extrai informações importantes de quadros de animação adjacentes. A ideia seria vetorizar os frames simultaneamente, usando as informações de um para ajustar o traçado da linha no próximo, e vice versa. "Conhecer os esboços não muda muito entre os quadros, a ferramenta pode melhorar a vetorização olhando para ambos ao mesmo tempo, "Bessmeltsev diz.

Esta história foi republicada por cortesia do MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), um site popular que cobre notícias sobre pesquisas do MIT, inovação e ensino.