Les artistes pourraient bientôt avoir à leur disposition un nouvel outil développé par le MIT qui pourrait les aider à créer des personnages numériques, logo, et d'autres graphiques plus rapidement et plus facilement.

De nombreux artistes numériques s'appuient sur la vectorisation d'images, une technique qui convertit une image basée sur des pixels en une image comprenant des groupements de formes clairement définies. Dans cette technique, les points de l'image sont reliés par des lignes ou des courbes pour construire les formes. Entre autres avantages, les images vectorisées conservent la même résolution lorsqu'elles sont agrandies ou réduites.

Pour vectoriser une image, les artistes doivent souvent tracer manuellement chaque trait à l'aide d'un logiciel spécialisé, comme Adobe Illustrator, ce qui est laborieux. Une autre option consiste à utiliser des outils de vectorisation automatisés dans ces progiciels. Souvent, cependant, ces outils conduisent à de nombreuses erreurs de traçage qui prennent plus de temps à rectifier à la main. Le principal coupable :les décalages aux intersections où les courbes et les lignes se rencontrent.

Dans un article publié dans la revue ACM Transactions on Graphics, Des chercheurs du MIT détaillent un nouvel algorithme de vectorisation automatisé qui trace les intersections sans erreur, réduisant considérablement le besoin de révision manuelle. L'alimentation de l'outil est une version modifiée d'une nouvelle technique mathématique dans la communauté de l'infographie, appelés "champs de trame, " utilisé pour guider le traçage des chemins autour des courbes, coins pointus, et les parties désordonnées des dessins où de nombreuses lignes se croisent.

L'outil pourrait faire gagner beaucoup de temps et de frustration aux artistes numériques. "Une estimation approximative est qu'il pourrait économiser 20 à 30 minutes d'outils automatisés, ce qui est substantiel quand on pense aux animateurs qui travaillent avec plusieurs sketchs, " dit le premier auteur Mikhail Bessmeltsev, un ancien associé postdoctoral du Laboratoire d'informatique et d'intelligence artificielle (CSAIL) qui est maintenant professeur adjoint à l'Université de Montréal. "L'espoir est de rendre les outils de vectorisation automatisés plus pratiques pour les artistes soucieux de la qualité de leur travail."

Le co-auteur de l'article est Justin Solomon, professeur assistant au CSAIL et au Département de génie électrique et informatique, et chercheur principal au sein du groupe de traitement des données géométriques.

Guider les lignes

De nombreux outils modernes utilisés pour modéliser des formes 3D directement à partir de croquis d'artistes, y compris les précédents projets de recherche de Bessmeltsev, nécessitent de vectoriser les dessins au préalable. La vectorisation automatisée " n'a jamais fonctionné pour moi, alors je suis frustré, " dit-il. Ces outils, il dit, sont parfaits pour les alignements approximatifs mais ne sont pas conçus pour la précision :« Imaginez que vous êtes un animateur et que vous avez dessiné quelques images d'animation. Ce sont des croquis assez propres, et vous souhaitez les modifier ou les colorier sur un ordinateur. Pour ça, vous vous souciez vraiment de l'alignement de votre vectorisation avec votre dessin au crayon."

Beaucoup d'erreurs, il a noté, proviennent d'un désalignement entre l'image d'origine et l'image vectorisée aux jonctions où deux courbes se rencontrent - dans un type de jonction "X" - et où une ligne se termine à une autre - dans une jonction "T". Des recherches antérieures et des logiciels utilisaient des modèles incapables d'aligner les courbes à ces jonctions, donc Bessmeltsev et Salomon se sont chargés de la tâche.

L'innovation clé est venue de l'utilisation de champs de trame pour guider le traçage. Les champs de cadre attribuent deux directions à chaque point d'une forme 2D ou 3D. Ces directions recouvrent une structure de base, ou topologie, qui peut guider les tâches géométriques en infographie. Des champs de trame ont été utilisés, par exemple, restaurer des documents historiques détruits et convertir des maillages triangulaires - réseaux de triangles couvrant une forme 3-D - en maillages quadrangulaires - grilles de formes à quatre côtés. Les maillages quad sont couramment utilisés pour créer des personnages générés par ordinateur dans les films et les jeux vidéo, et pour la conception assistée par ordinateur (CAO) pour une meilleure conception et simulation dans le monde réel.

Bessmeltsev, pour la première fois, champs de trame appliqués à la vectorisation d'images. Ses champs de trame attribuent deux directions à chaque pixel sombre d'une image. Cela permet de garder une trace des directions tangentes (où une courbe rencontre une ligne) des courbes dessinées à proximité. Cela signifie, à chaque intersection d'un dessin, les deux directions du champ de trame s'alignent sur les directions des courbes sécantes. Cela réduit considérablement la rugosité, ou du bruit, intersections environnantes, ce qui les rend généralement difficiles à retracer.

« A un carrefour, tout ce que vous avez à faire est de suivre une direction du champ de trame et vous obtenez une courbe lisse. Vous le faites pour chaque jonction, et toutes les jonctions seront alors alignées correctement, " dit Bessmeltsev.

Vectorisation plus propre

Lorsqu'on lui donne une entrée d'un dessin 2D raster pixelisé avec une couleur par pixel, l'outil attribue à chaque pixel sombre une croix qui indique deux directions. À partir d'un pixel, il choisit d'abord une direction à tracer. Puis, il trace le chemin vectoriel le long des pixels, en suivant les instructions. Après traçage, l'outil crée un graphique capturant les connexions entre les traits pleins dans l'image dessinée. En utilisant ce graphique, l'outil fait correspondre les lignes et les courbes nécessaires à ces traits et vectorise automatiquement l'image.

Dans leur papier, les chercheurs ont démontré leur outil sur divers croquis, tels que les animaux de bande dessinée, personnes, et les plantes. L'outil a vectorisé proprement toutes les intersections qui ont été tracées de manière incorrecte à l'aide d'outils traditionnels. Avec des outils traditionnels, par exemple, lignes autour des traits du visage, comme les yeux et les dents, ne s'est pas arrêté là où les lignes d'origine se sont arrêtées ou n'a pas traversé d'autres lignes.

Un exemple dans l'article montre des pixels formant deux lignes légèrement incurvées menant à la pointe d'un chapeau porté par un éléphant de bande dessinée. Il y a un coin pointu où les deux lignes se rencontrent. Chaque pixel sombre contient une croix droite ou légèrement inclinée, en fonction de la courbure de la ligne. En utilisant ces directions croisées, la ligne tracée pouvait facilement suivre alors qu'elle s'élançait autour du virage serré.

« De nombreux artistes apprécient encore et préfèrent travailler avec de vrais médias (par exemple, stylo, crayon, et papier). … Le problème est que la numérisation d'un tel contenu dans l'ordinateur entraîne souvent une grave perte d'informations, " dit Nathan Carr, chercheur principal en infographie chez Adobe Systems Inc., qui n'a pas participé à la recherche. "[Le travail du MIT] repose sur une construction mathématique connue sous le nom de 'champs de trame, ' pour nettoyer et lever l'ambiguïté des croquis numérisés pour récupérer cette perte d'informations. C'est une excellente application de l'utilisation des mathématiques pour faciliter le flux de travail artistique d'une manière propre et bien formée. En résumé, ce travail est important, car cela aide les artistes à faire la transition entre les domaines physique et numérique. »

Prochain, les chercheurs prévoient d'enrichir l'outil d'une technique de cohérence temporelle, qui extrait les informations clés des images d'animation adjacentes. L'idée serait de vectoriser les trames simultanément, utiliser les informations de l'un pour ajuster le tracé de la ligne sur le suivant, et vice versa. "Sachant que les croquis ne changent pas beaucoup entre les images, l'outil pourrait améliorer la vectorisation en regardant les deux en même temps, " dit Bessmeltsev.

Cette histoire est republiée avec l'aimable autorisation de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un site populaire qui couvre l'actualité de la recherche du MIT, innovation et enseignement.