24 مهر 1404
یک تکنیک جدید شبیهسازی لهیدنی به اجسام نرم اجازه میدهد تا حرکات پیچیده و واقعگرایانه فیزیکی انجام دهند و چالشهای پویانمایی اجسام بدون ساختارهای اسکلتی سنتی را حل میکند. این روش کنترل بیسابقهای بر شخصیتهای تغییر شکلپذیر فراهم میآورد و قابلیتهایی را ممکن میسازد که قبلاً با رویکردهای بهینهسازی مرتبه اول قدیمیتر غیرممکن بود.
پویانمایی شخصیتهایی که فاقد ساختار استخوان و مفصل هستند، مانند عروس دریایی یا توپهای استرس، ذاتاً دشوار است زیرا حرکت آنها به له شدن، کشیده شدن و منقبض شدن بدن نرمشان متکی است. شبیهسازی این اعمال مستلزم تعیین مجموعهای از انقباضات و انبساطات عضلانی از نظر فیزیکی معقول است که به دلیل هزاران بخش در حال تعامل، برخوردها، اصطکاک و عدم وجود معادلات ساده با فرم بسته، از نظر محاسباتی فشرده است.
روشهای قدیمی مبتنی بر گرادیان کاهشی به طور قابل توجهی با کارهای دینامیکی پیچیده، مانند پرتاب توپ به داخل حلقه، دست و پنجه نرم میکنند و ناتوانی خود را در کنترل مؤثر فیزیک پیچیده بدن نرم نشان میدهند. این روشهای مرتبه اول فاقد درک جامعی از چشمانداز حرکت هستند که برای نتایج دقیق و پایدار ضروری است.
یک تکنیک جدید شبیهسازی لهیدنی به طور مداوم حرکات پیچیده بدن نرم را که قبلاً غیرممکن تلقی میشد، محقق میکند و پیشرفت قابل توجهی نسبت به روشهای قبلی به شمار میرود. این رویکرد نوآورانه سطحی از کنترل را فراهم میکند که نحوه پویانمایی اجسام نرم و تغییر شکلپذیر را تغییر میدهد و محدودیتهای قبلی را از میان برمیدارد.
روش جدید خزش واقعگرایانه برای ستارههای دریایی، جنب و جوشهای واقعی برای کرمهای ژلهای، حرکات آکروباتیک پیچیده مانند پشتک زدن برای چراغها و حرکات جهشی برای مهرههای شطرنج را ممکن میسازد. همچنین میتواند یک خدمتکار شخصی را پویانمایی کند، که تطبیقپذیری آن را در ایجاد شبیهسازیهای دینامیکی و تعاملی بدن نرم با واقعگرایی باورنکردنی به نمایش میگذارد.
این تکنیک، مشتقگیری خودکار را برای شیبهای دقیق با یک پروب اعداد مختلط هوشمند ترکیب میکند که از یک گام میکروسکوپی در جهت موهومی برای خواندن دقیق انحنا استفاده میکند. این 'مشتقگیری مرتبه دوم ترکیبی' اطلاعات ضروری برای بهروزرسانیهای واقعی نیوتن را فراهم میکند و به بهینهساز 'نقشه و قطبنمای' جامعی برای حرکت میدهد.
گرادیان کاهشی با حس کردن شیب محلی و برداشتن گامهای محتاطانه عمل میکند، در حالی که روش نیوتن نه تنها شیب را حس میکند بلکه نحوه انحنای زمین را نیز تشخیص میدهد، که به آن اجازه میدهد بسیار سریعتر به نقطه صحیح 'جهش' کند. چالش اصلی در اندازهگیری سریع و دقیق این انحنا در یک محیط پیچیده بدن نرم است که شامل تماسها و اصطکاک است.
در حال حاضر، محاسبه یک ثانیه حرکت با این تکنیک معمولاً ۱۰ تا ۲۵ دقیقه طول میکشد، به این معنی که هنوز به صورت بیدرنگ (real-time) نیست. با این حال، این عملکرد برای فیلمها مناسب است و با پیشرفتهای آتی پیشبینی شده، احتمالاً برای بازیهای ویدیویی نیز قابل دسترس خواهد بود. این تکنیک پویانماییهای قبلاً غیرممکن را ممکن میسازد، با تلاشهای مداوم که بر افزایش سرعت آن برای کاربردهای تعاملی متمرکز شدهاند.
این مقاله نشاندهنده تولد یک پارادایم پویانمایی جدید است که در آن دنیاهای نرم و لهیدنی دیگر فقط توسط عروسکگردان کنترل نمیشوند، بلکه حرکات واقعاً واقعگرایانه و غنی از خود نشان میدهند. این مقاله نگاهی اجمالی به موجوداتی میدهد که با پیچیدگی و ظرافت زندگی واقعی حرکت میکنند و یک پیشرفت درخشان و بنیادین در این زمینه به شمار میرود.
این فقط یک جلوه بصری نیست؛ این نگاهی اجمالی به موجوداتی است که با غنای زندگی واقعی حرکت میکنند.
| جنبه | گرادیان کاهشی | روش جدید |
|---|---|---|
| اصل اساسی | شیب محلی را حس میکند، گامهای محتاطانه برمیدارد (بهینهسازی مرتبه اول). | شیب و انحنای زمین را حس میکند و 'جهشهای' سریعتر را ممکن میسازد (بر اساس روش نیوتن). |
| اطلاعات مورد استفاده | برای هدایت حرکت بر اطلاعات شیب محلی متکی است. | شیبهای دقیق از مشتقگیری خودکار را با اندازهگیری انحنا از یک پروب اعداد مختلط ترکیب میکند. |
| کنترل بدن نرم | با دینامیک پیچیده بدن نرم دست و پنجه نرم میکند و در کارهای ظریف شکست میخورد. | به طور مداوم حرکات پیچیده و واقعگرایانه فیزیکی را با کنترلی بیسابقه محقق میکند. |
| مثالهای پویانمایی | ناتوان از پرتاب توپ به داخل حلقه. | خزش ستاره دریایی، جنب و جوش کرمهای ژلهای، پشتک زدن چراغها و حرکات جهشی مهرههای شطرنج را ممکن میسازد. |
| زمان محاسباتی | مشخص نشده است، اما عموماً برای کارهای سادهتر و کمدقتتر سریعتر است. | در حال حاضر ۱۰-۲۵ دقیقه در هر ثانیه حرکت؛ مناسب برای فیلمها، با هدف رسیدن به بازیهای بیدرنگ. |
| اهمیت کلی | واقعگرایی محدودی برای شخصیتهای بدون اسکلت ارائه میدهد. | نشاندهنده تولد یک پارادایم پویانمایی جدید است که حرکات واقعاً واقعگرایانه و غنی بدن نرم را محقق میکند. |
