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

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，還是氧氣如何通過肺部流動，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：“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。”

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馴服怪物，以模擬粒子，熱量和其他事物如何通過復(fù)雜形狀或在復(fù)雜形狀內(nèi)移動。通過此過程，無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)會議上介紹他們的方法，該會議將在7月舉行。

主要作者Sawhney說：“建立網(wǎng)格是可能出現(xiàn)錯誤的雷區(qū)”。“如果只變形一個(gè)元素，它可能會使整個(gè)計(jì)算中斷。對于許多行業(yè)來說，消除對網(wǎng)格的需求是非常巨大的。”

對于試圖在1990年代創(chuàng)建逼真的動畫的電影制片人來說，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)果看起來也不自然。他們的解決方案是通過模擬可能圍繞場景反彈的光線來增加過程的隨機(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。他們沒有通過結(jié)構(gòu)反射光線，而是使用蒙特卡洛方法來想象粒子，流體或熱量是如何隨機(jī)相互作用并在空間中移動的。蒙特卡洛方法最早是在1940年代和1950年代為美國核武器計(jì)劃開發(fā)的，是一類算法，該算法以有序方式使用隨機(jī)性來產(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而隨機(jī)的行走，而無需確定每個(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。然后可以通過進(jìn)行越來越多的隨機(jī)游走來完善此預(yù)覽。

索恩尼說：“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。”

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題的種類。美國國家科學(xué)基金會，帕卡德獎學(xué)金，斯隆基金會，Autodesk，Adobe，迪士尼和Facebook為這項(xiàng)工作提供了支持。