Михайло Бессмельцев з колегою розробив нові алгоритми векторизації графіки


Зліва направо: оригінал, оснащене поле (frame field) і остаточний результат. На базі зашумленного растрового зображення у відтінках сірого обчислюється оснащене поле, вирівняне по лініях картинки. На гострі кути типу X та T-перетинів накладаються вектори по обох напрямках. Потім з цього поля витягується топологія креслення — і проводиться остаточна генерація векторних кривих

Векторизація зображень — основний компонент робочого процесу в графічному дизайні, техніці та комп’ютерної анімації. Вона перетворює чорнові малюнки художників та дизайнерів гладкі криві, необхідні для редагування.

Перші алгоритми векторизації зображень з’явилися на початку 1990-х років і
використовувалися інструменти для редагування векторної графіки, таких як Adobe Illustrator (Live Trace), CorelDRAW (PowerTRACE) та Inkscape. Незважаючи на їх широке впровадження в промисловості, ці алгоритми досі страждають від серйозних недоліків і знаходяться в активній розробці. У кількох індустріях, де векторизація вкрай необхідна, включаючи традиційну анімацію та інженерне проектування, вона часто виконується вручну. Дизайнери старанно обводять відскановане зображення за допомогою інструментів малювання.

На жаль, сучасні алгоритми навіть для чистих креслень не дозволяють точно векторизовать X та T-перетину, тому виходять векторні креслення з неправильною зв’язністю. З-за цих проблем у дизайнерів найчастіше виникають коливання, використовувати інструменти автоматичної векторизації. Їх надійність викликає сумніви. Точніше, так було до цих пір, поки двоє дослідників — Михайло Бессмельцев і Джастін Соломон — з лабораторії комп’ютерних наук і штучного інтелекту (CSAIL) Массачусетського технологічного інституту не адаптували відомі математичні алгоритми для векторизації растрових малюнків.

Некоректна обробка стиків і перетинів ліній — головний недолік всіх алгоритмів векторизації. Ці помилки призводять до генерації неправильної топології і порушення зв’язності. Новий метод векторизації заснований на сучасних математичних алгоритмах обробки оснащених полів. Алгоритм спеціально адаптований для усунення неоднозначності на стиках ліній без втрати якості.

Читайте також  Ще одна система частинок. Постмортем


а) Локальний підхід до векторизації переходів, запропонований Норисом з колегами в 2013 році, може призвести до неправильних або неточних з’єднанням. b) Метод Фавро з колегами (2016) може видавати результат, суттєво відхиляєючийся від растрового оригіналу. (с) Новий метод, запропонований Бессмельцевим і Соломоном, перевершує колишні розробки по векторизації

Проблема посилюється зашумленостю оригінальної растрової графіки, яка залишається після сканування паперового оригіналу. Порушення зв’язності не дозволяє застосувати інструменти автоматичної заливки/забарвлення, тобто таке векторні малюнки все одно доводиться доводити до розуму вручну.

З урахуванням цих проблем існуючих методів автори наукової роботи запропонували новий метод трасування зображень, у тому числі зі спеціальною обробкою T-подібних та Х-подібних перетинів, де вихідна інформація може бути неоднозначно інтерпретована. Головне технічне нововведення полягає у використанні оснащеного поля з двома парами векторів для кожної точки на площині.


В оснащеному полі хоча б один напрямок поле вирівняне з вихідної кривої, а близько X та T-перетинів воно вирівняне по обох напрямках

Автори наукової роботи говорять, що оснащені поля логічно і природно підходять для відстеження орієнтації кривих в таких різких переходах, але з якоїсь причини вони ніколи не застосовувалися для векторизації зображень. Показані результати демонструють, що якість векторизації значно вище, ніж у попередніх методів. Навіть на сильно зашумлених оригіналах геометрія кривих не втрачається і збігається з оригінальними накресленнями.

Приклади


Чутливість інструменту до невеликих змін вихідного зображення


Метод не чутливий до розв’язання вихідної картинки


Векторизація якісно працює навіть на сильно зашумленому оригіналі

Новий інструмент значно полегшить життя дизайнерів та ілюстраторів: «За приблизною оцінкою, він заощадить від 20 до 30 хвилин при роботі з автоматизованими інструментами [на кожному зображенні]. Це суттєвий результат для аніматорів, які обробляють багато ескізів, — говорить провідний автор наукової роботи Михайло Бессмельцев, колишній співробітник CSAIL, а нині доцент (assistant professor) Монреальського університету. — Ми сподіваємося зробити автоматизовані інструменти векторизації більш зручними для художників, які дбають про якість своєї роботи».

Читайте також  Управління комп'ютером за допомогою очей — практична реалізація

Наукова стаття опублікована 5 січня 2018 року на сайті препринтів arXiv.org (друга версія статті 5 вересня 2018 року, arXiv:1801.01922v2). Вона прийнята для публікації в науковому журналі ACM Transactions on Graphics.

Степан Лютий

Обожнюю технології в сучасному світі. Хоча частенько і замислююся над тим, як далеко вони нас заведуть. Не те, щоб я прям і знаюся на ядрах, пікселях, коллайдерах і інших парсеках. Просто приходжу в захват від того, що може в творчому пориві вигадати людський розум.

You may also like...

Залишити відповідь

Ваша e-mail адреса не оприлюднюватиметься. Обов’язкові поля позначені *