卡內(nèi)基梅隆大學(xué)的研究人員已經(jīng)開(kāi)發(fā)出一種有效的新方法，可以借用一種計(jì)算方法來(lái)快速分析復(fù)雜的幾何模型，從而使逼真的動(dòng)畫(huà)電影成為可能。

傳感器技術(shù)的飛速發(fā)展已經(jīng)產(chǎn)生了大量新的幾何信息，從古代建筑遺址的掃描到人體內(nèi)部器官的掃描。但是分析大量數(shù)據(jù)，無(wú)論是確定建筑物在結(jié)構(gòu)上是否健全，還是氧氣如何通過(guò)肺部流動(dòng)，已經(jīng)成為計(jì)算的瓶頸。

計(jì)算機(jī)科學(xué)和機(jī)器人學(xué)助理教授基南·克蘭恩（Keenan Crane）說(shuō)：“數(shù)據(jù)已成為一種怪物。”“突然之間，您擁有的數(shù)據(jù)量超出了您可能分析甚至關(guān)心的范圍?！?/p>

Crane和Rohan Sawhney博士計(jì)算機(jī)科學(xué)系的一名學(xué)生正在使用所謂的蒙特卡洛方法來(lái)馴服怪物，以模擬粒子，熱量和其他事物如何通過(guò)復(fù)雜形狀或在復(fù)雜形狀內(nèi)移動(dòng)。通過(guò)此過(guò)程，無(wú)需將形狀精巧地劃分為網(wǎng)格-可以計(jì)算分析的小幾何元素的集合。研究人員將在SIGGRAPH 2020年計(jì)算機(jī)圖形和交互技術(shù)會(huì)議上介紹他們的方法，該會(huì)議將在7月舉行。

主要作者Sawhney說(shuō)：“建立網(wǎng)格是可能出現(xiàn)錯(cuò)誤的雷區(qū)”?！叭绻蛔冃我粋€(gè)元素，它可能會(huì)使整個(gè)計(jì)算中斷。對(duì)于許多行業(yè)來(lái)說(shuō)，消除對(duì)網(wǎng)格的需求是非常巨大的。”

對(duì)于試圖在1990年代創(chuàng)建逼真的動(dòng)畫(huà)的電影制片人來(lái)說(shuō)，網(wǎng)格劃分也是一個(gè)難題。網(wǎng)格劃分不僅費(fèi)力且緩慢，而且結(jié)果看起來(lái)也不自然。他們的解決方案是通過(guò)模擬可能圍繞場(chǎng)景反彈的光線來(lái)增加過(guò)程的隨機(jī)性。結(jié)果是產(chǎn)生了逼真的精美照明，而不是平坦的表面和塊狀陰影。

同樣，Crane和Sawhney在幾何分析中也采用了隨機(jī)性。他們沒(méi)有通過(guò)結(jié)構(gòu)反射光線，而是使用蒙特卡洛方法來(lái)想象粒子，流體或熱量是如何隨機(jī)相互作用并在空間中移動(dòng)的。蒙特卡洛方法最早是在1940年代和1950年代為美國(guó)核武器計(jì)劃開(kāi)發(fā)的，是一類算法，該算法以有序方式使用隨機(jī)性來(lái)產(chǎn)生數(shù)值結(jié)果。

Crane和Sawhney的工作復(fù)興了一種很少使用的“在球上行走”算法，該算法可以模擬粒子在空間中的漫長(zhǎng)而隨機(jī)的行走，而無(wú)需確定每個(gè)轉(zhuǎn)彎。取而代之的是，他們計(jì)算粒子周圍最大的空白區(qū)域的大小（例如，在肺中是支氣管的寬度），并確定每個(gè)球體的直徑。然后，程序可以從每個(gè)球體上的一個(gè)隨機(jī)點(diǎn)跳到下一個(gè)以模擬隨機(jī)游走。

雖然構(gòu)建幾何空間的網(wǎng)格可能需要一天的時(shí)間，但CMU方法允許用戶在幾秒鐘內(nèi)大致了解解決方案。然后可以通過(guò)進(jìn)行越來(lái)越多的隨機(jī)游走來(lái)完善此預(yù)覽。

索恩尼說(shuō)：“這意味著不必坐著等待分析完成才能得到最終答案。”“相反，分析是漸進(jìn)式的，為工程師提供了立即的反饋。這意味著可以花更多的時(shí)間進(jìn)行工作，而將更少的時(shí)間花在試圖理解分析為何不起作用的墻上?！?/p>

Sawhney和Crane正在與行業(yè)合作伙伴合作，以擴(kuò)大可以使用其方法解決的問(wèn)題的種類。美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)，帕卡德獎(jiǎng)學(xué)金，斯隆基金會(huì)，Autodesk，Adobe，迪士尼和Facebook為這項(xiàng)工作提供了支持。