如何让算法“看到”物体的轮廓线

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如何让算法“看到”物体的轮廓线

科学

2022-12-11 14:12

图片来源：pixabay

撰文 | 琳迪·奇奥（Lyndie Chiou）

翻译 | 安君

大约60年前，贝尔实验室的计算机科学家露丝·韦斯（Ruth Weiss）发布了一种开创性的算法，它可以从任意角度将三维物体转化为二维图像。但她遇到了一个问题：无法描绘物体的轮廓。几十年来，这仍然是计算几何领域的一个谜题。

在将三维模型转化为二维图像时，最棘手的部分是看似简单的轮廓问题：三维物体映射到二维空间的视觉轮廓会是什么样子？传统算法往往会先将一个三角网（由小三角形组成的网状结构）覆盖在整个三维模型上，然后确定每个三角形是面对还是背对观察者。接着，算法就会利用这些三角形来构建线段，以此作为物体的轮廓。但在用于风格化动画时，这种方法会造成错误的、闪动的线条。现在，研究人员已经证实，传统算法无法生成足够准确的三角网来避免出现这种错误。

如今，在一项发表于《美国计算机学会图形学汇刊》（ACM Transac-tions on Graphics）的研究中，加拿大不列颠哥伦比亚大学的计算机科学家柳晨希和同事提出了一种新方法，它主要关注修复轮廓而不是三角网。通过将算法生成的轮廓放大1600倍，柳晨希发现，在轮廓线不正确相交的地方存在微小的扭曲，因此这些三角形并不是始终面对或者背对观察者。她说：“我测试了许多模型，发现目前的算法在处理大多数表面时都失败了。”

但研究人员提出的新算法会先用线段追踪三维物体的边界，然后将这个大致的轮廓压缩至二维，并试图在轮廓内铺上三角形。在内部网格出现交叉的地方，新算法会通过一些方式来修复这部分轮廓，例如解开交叉或者添加更精确的线段。然后，新算法就可以利用修复后的轮廓重新生成三角网，并且将这个三角网投影至三维物体上做最后的可视性检查。

这项研究的创新性在于，认识到了解决这个问题的关键是轮廓本身。柳晨希表示，此前科学家并不清楚是否真的存在这样的假性轮廓，所以集中于修复闪动的线条。这是在调整表象，而不是解决引发这些现象的根本问题。有科学家赞同道：“这项研究证明了为什么之前的方法行不通。”