استفاده از اسکالر فیلد ها برای کنترل موثر رندر با استایل کارتونی

استفاده از اسکالر فیلد ها (میدان اسکالر*) برای کنترل موثر رندر با استایل کارتونی

«الکس هارول» مدیر فنی استودیو پیکسار–یادداشت فنی پیکسار (سیگراف ۲۰۰۷)

در انیمیشن «راتاتوئی» تصویری از «گوستو» زنده می شود و شکل و استایل جدیدی در این فیلم انیمیشنی را معرفی می کند. برای انجام این کار، به تکنیکی نیاز بود که کاراکتر ۳ بُعدی را به یک تصویر ۲ بُعدی متحرک تبدیل کند. کنترل شیدر های موجود در رندرمن که بر اساس مپ های دپث(عمق) و نرمال است، سخت بود. پس–پردازش هر اطلاعات  gprim idخطوط بیرونی جسم را به صورت قوی کپچر می کند و سابقا به وسیله تکسچر مپ ها به ویژگی های برخی از جزئیات سطح گسترش داده می شدند. با این حال تکسچر مپ ها آرتیفکت هایی که کاملا مورد ایراد هستند را در طول پس–پردازش نمایان می کنند.

من رویکرد id بیس را با استفاده از اسکالر فیلدها برای تولید لبه/حد فاصل خطوط مطلوب ۲ بُعدی از مدل های ۳ بُعدی گسترش دادم. به طور مشخص و به ترتیب id های mesh face و وزن خطوط هر ورتکس که رندر شده بود و برای ایجاد خطوط و مخصوصا ضخامت خطوط پردازش شده بود. این روش جدید سریع، از لحاظ ظاهری خوب و کنترل آن راحت تر است.

۱- نواحی و خطوط

روش و یا رویکرد نرمال/دپث بر کنترل هایی که بر تمام یک عکس اعمال می شود استوار است. زیرا این غیر ممکن است که خطی بدون تاثیر گذاشتن بر باقی خطوط تغییر کند، این مشکل از نظر نواحی سطحی جهت بدست آوردن کنترل مشخص بر روی موقعیت خط به گونه ای دوباره قالب گیری کردن است. خطوط در تصویر رفرنس (a) با مش های لبه تا حدود زیادی مطابقت دارند. بنابراین نواحی بین خطوط مستقیما با گروهی ازmesh face ها مطابقت دارند. هر ناحیه مش به یک id که از ابزار ویرایش عضویت در نظر گرفته در نرم افزار مایا برای ریگ کردن استفاده می کند اختصاص داده شده است. وقتی این قضیه ممکن می شود که عضویت ناحیه از دیتای ریگینگ کپی شده باشد، از قبیل نقاطی که انگشت اشاره را تشکیل می دهند.

در ادامه، عکس ها در هر پیکسل که یک عدد صحیح face id را کپچر می کنند رندر می شوند. در صورت باید از رده های مختلف اسکالر فیلدها استفاده می شد تا دورن یابی در مورد id ها در طول عملیات رندر اعمال نشود. این عکس با استفاده از یک kernel yielding (تسلیم هسته) تشخیص لبه یک پیکسل ناحیه خارجی کانولوشن* یا همگشت شده است (شکل c). چون این نواحی ذاتا ملزم به مش ورتکس ها هستند، خطوط ایجاد شده نمایش به مراتب بهتری در فریم های چسبیده به هم نسبت به نتایج نرمال/دپت/تکسچر دارند. عضویت ناحیه می تواند به راحتی برای فیکس کردن خط معیوب جایگزین شده اصلاح شود.

۲- ضخامت و یکپارچه سازی

برای کنترل محلی ضخامت خطوط یک ورتکس اسکالر فیلد ، یا مپ، که با ابزار point weighting مایا ایجاد می شود (شکل d). مقادیر وزن با درون یابی ورتکس برای کنترل مستقیم نواحی خط گسترش داده شده در Shake رندر شده بودند. زمانی که وزن ها به ۰ نزدیک می شوند خطوط به تدریج باریک و محو می شوند. یک وزن ۰ خطوط بیرونی را به صورت کامل پاک می کند (شکل e). یک وزن ۱ با حداکثر انبساط دلخواه ۱۰ پیکسل مطابقت می کند (شکل f). در عکس رفرنس خطوط داخلی زمانی که به بیرون «گوستو» کشیده می شوند ضخیم تر می شوند. تشخیص لبه بر روی کانال آلفای کاراکتر عمل می کند تا یک خط خارجی و یک نقشه وزن متناوب که برای ضخامت های خطوط کاراکتر مورد استفاده قرار گرفته شده است را شکل دهد (شکل g).

به دلیل محدود بودن دامنه پروژه، مشکلات پیاده سازی، از ارائه راه حل ها به طور وسیع اجتناب شده بود. همچنین موشن-بلر و سایه ها که می توانست تقریب زده شود توسط کارگردان حذف شد. استفاده از اسکالر فیلدها برای id های ناحیه و ضخامت خطوط یک روش محکم و متقن برای رندر با کیفیت کارتونی یک فیلم بلند است.

 دریافت اصل مقاله

*میدان نرده‌ای

میدان نرده‌ای یا میدان اسکالر(به انگلیسی: Scalar Field)در ریاضیات و فیزیک، یک کمیت نرده‌ای را به هر نقطه از فضا تخصیص می‌دهد. این کمیت نرده‌ای، می‌تواند یک عدد ریاضیاتی و یا یک کمیت فیزیکی اسکالر باشد. میدان‌های اسکالر، مستقل از مختصات است یعنی مقدار یک میدان اسکالر در یک نقطه از فضا از دید هر دو ناظری که از یکاهای یکسان استفاده می‌کنند، یکسان است. توزیع دما در فضا و توزیع فشار در یک سیال و میدان‌های کوانتومی با اسپین صفر مانند میدان هیگز مثال‌هایی از میدان نرده‌ای در فیزیک هستند. این میدان‌ها، موضوع نظریه میدان اسکالر هستند.

میدان‌های نرده‌ای در مقابل میدان‌های برداری و میدان‌های تانسوری قرار می‌گیرند که به ترتیب، یک بردار و یک تانسور به هر نقطه از فضا نسبت می‌دهند.

از دید ریاضیاتی، یک میدان نرده‌ای بر روی ناحیه U، یک تابع با مقادیر حقیقی و یا مختلط و یا یک توزیع بر روی U است. ناحیه U می‌تواند یک مجموعه از فضای اقلیدسی یا فضای مینکوفسکی و یا به‌صورت عمومی‌تر، یک زیرمجموعه از یک خمینه باشد. یک میدان نرده‌ای، یک میدان‌های تانسوری از مرتبه صفر است.

(ویکی پدیا)

*کانولوشن

کانولوشن یا همگشت (به انگلیسی: Convolution) در ریاضیات یا به طور دقیق‌تر آنالیز تابعی، یک عملگر ریاضی است که بر روی دو تابع f و g عمل کرده، و تابع سومی را تولید می‌کند که می‌توان به عنوان نسخه تصحیح شده یکی از دو تابع اصلی نگریسته شود. کانولوشن مشابه تابع هم بستگی است. کاربردهای این عملگر شامل آمار، بینایی رایانه‌ای، پردازش تصویر، پردازش سیگنال، مهندسی برق و معادلات دیفرانسیل می‌شود.

(ویکی پدیا)