Алгоритм визуализации объемных пор и морщин на основе карты смещений
Аннотация
Введение. Статья посвящена разработке алгоритма визуализации реалистичного микрорельефа кожи, фокусируясь на создании объемных пор и морщин. Реалистичное представление кожи имеет критическое значение в таких областях, как анимация, видеоигры и кинематография, где крупные планы требуют точной передачи текстуры кожи. Традиционно создание таких деталей выполнялось вручную, что требовало значительных временных затрат.
Материалы и методы. В данной работе предложен процедурный подход с использованием карт смещений, что позволяет ускорить процесс и повысить масштабируемость создания текстур пор и морщин, а также гибко настраивать их параметры. Представлен обзор литературы по тематике моделирования морщин, в котором особое внимание уделено подходам, использующим карты нормалей и смещений.
Результаты исследования. Представленный в статье метод начинается с инициализации карты смещений высокого разрешения, на которой последовательно создаются текстуры пор и морщин с использованием математических функций. Поры визуализируются как круговые углубления с плавными переходами от центра к краям, а морщины моделируются как линейные структуры, параметры которых включают глубину и ширину. Для достижения естественности в текстуру добавляется шум Перлина, который придает нерегулярность и делает поры и морщины более естественными.
Обсуждение и заключение. В заключение работы представлены результаты эксперимента с настройкой параметров. Предложенный алгоритм обеспечивает точный контроль над параметрами пор и морщин, такими как глубина, ширина и параметр спада, что позволяет добиться высокой степени реалистичности. Эффективность и масштабируемость делают данный метод подходящим для создания реалистичных текстур микрорельефа лица.
Литература
2. Freiknecht J., Effelsberg W. A Survey on the Procedural Generation of Virtual Worlds. Multimodal Technologies and Interaction. 2017;1(4):27. https://doi.org/10.3390/mti1040027
3. Pak V.V. Asymptotic Study of Instability in a Three-Layer Stokes Flow with an Inhomogeneous Layer Thickness. Modeling of the Folding Process. Journal of Applied Mechanics and Technical Physics. 2019;60(6):1020-1030. https://doi.org/10.1134/S0021894419060063
4. Sanjon C.W., Leng Yu., Yan Yi, Groche P., Hauptmann M., Ludat N., Majschak J.-P. Characterization and Modeling of Out-of-Plane Behavior of Fiber-Based Materials: Numerical Illustration of Wrinkle in Deep Drawing. Materials. 2024:17(17):4177. https://doi.org/10.3390/ma17174177
5. Leng Yu., Sanjon C.W., Tan Q., Groche P., Hauptmann M., Majschak J.-P. Study of Parameters Influencing Wrinkles in the Deep Drawing of Fiber-Based Materials Using Automatic Image Detection. Journal of Manufacturing and Materials Processing. 2024;8(6):237. https://doi.org/10.3390/jmmp8060237
6. Li C., Fu T., Li F., Song R. Design and Implementation of Fabric Wrinkle Detection System Based on YOLOv5 Algorithm. Cobot. 2024;3(5):1-14. https://doi.org/10.12688/cobot.17687.1
7. Liu Z., Qi Q., Wang S., Zhai G. A novel approach to the detection of facial wrinkles: Database, detection algorithm, and evaluation metrics. Computers in Biology and Medicine. 2024;174:108431. https://doi.org/10.1016/j.compbiomed.2024.108431
8. Buhler M.C., et al. Cafca: High-quality Novel View Synthesis of Expressive Faces from Casual Few-shot Captures. In: SIGGRAPH Asia 2024 Conference Papers (SA '24). New York, NY, USA: IEEE Press; 2024. Article number: 29. https://doi.org/10.1145/3680528.3687580
9. Fedorov A.E., Samartsev V.A., Adamov A.A. On modelling of the human skin. Izvestiya of Saratov University. Mathematics. Mechanics. Informatics. 2007;7(2):57-61. https://doi.org/10.18500/1816-9791-2007-7-2-57-61
10. Cutler L.D., Gershbein R., Wang X.C., Curtis C., Maigret E., Prasso L., Farson P. An art-directed wrinkle system for CG character clothing and skin. Graphical Models. 2007;69(5-6):219-230. https://doi.org/10.1016/j.gmod.2006.09.003
11. Wang Yu, Wang Charlie C.L., Yuen Matthew M.F. Fast energy-based surface wrinkle modeling. Computers & Graphics. 2006;30(1):111-125. https://doi.org/10.1016/j.cag.2005.10.010
12. Venkataraman K., Lodha S., Raghavan R. A kinematic-variational model for animating skin with wrinkles. Computers & Graphics. 2005;29(5):756-770. https://doi.org/10.1016/j.cag.2005.08.024
13. Rocha P.R., Neto J. do E.S.B. Three-Dimensional Modeling of Faces Utilizing Robust Characteristics. Semina: Ciências Exatas E Tecnológicas. 2024;45:e48505. https://doi.org/10.5433/1679-0375.2024.v45.48505
14. Lee T.-Y., Yen S.-W., Yeh I.-C. Texture Mapping with Hard Constraints Using Warping Scheme. IEEE Transactions on Visualization and Computer Graphics. 2008;14(2):382-395. https://doi.org/10.1109/TVCG.2007.70432
15. Li L., Liu F., Li C., Chen G. Realistic wrinkle generation for 3D face modeling based on automatically extracted curves and improved shape control functions. Computers & Graphics. 2011;35(1):175-184. https://doi.org/10.1016/j.cag.2010.08.003
16. Yap M.H., Batool N., Ng C.-C., Rogers M., Walker K. A Survey on Facial Wrinkles Detection and Inpainting: Datasets, Methods, and Challenges. IEEE Transactions on Emerging Topics in Computational Intelligence. 2021;5(4):505-519. https://doi.org/10.1109/TETCI.2021.3075723
17. Dachsbacher C., Stamminger M. Translucent Shadow Maps. Eurographics Symposium on Rendering. 2004;2(9):197-201. https://doi.org/10.2312/EGWR/EGWR03/197-201
18. Debevec P., Hawkins T., Tchou Ch., Duiker H.-P., Sarokin W., and Sagar M. Acquiring the reflectance field of a human face. In: Proceedings of the 27th annual conference on Computer graphics and interactive techniques (SIGGRAPH '00). ACM Press/Addison-Wesley Publishing Co., USA; 2000. p. 145-156. https://doi.org/10.1145/344779.344855
19. Sander P.V., Gosselin D., Mitchell J.L. Real-time skin rendering on graphics hardware. In: ACM SIGGRAPH 2004 Sketches (SIGGRAPH '04). New York, NY, USA: Association for Computing Machinery; 2004. 148 p. https://doi.org/10.1145/1186223.1186409
20. Vanderfeesten R., Bikker J. Example-Based Skin Wrinkle Displacement Maps. In: 2018 31st SIBGRAPI Conference on Graphics, Patterns and Images (SIBGRAPI). Parana: IEEE Press; 2018. p. 212-219. https://doi.org/10.1109/SIBGRAPI.2018.00034
21. Raman C., Hewitt C., Wood E., Baltrusaitis T. Mesh-Tension Driven Expression-Based Wrinkles for Synthetic Faces. arXiv:2210.03529. 2022. https://doi.org/10.48550/arXiv.2210.03529
22. Cao C., Bradley D., Zhou K., Beeler T. Real-time high-fidelity facial performance capture. ACM Transactions on Graphics. 2015;34(4):1-9. https://doi.org/10.1145/2766943
23. Wang H., Hecht F., Ramamoorthi R., O'Brien J.F. Example-Based Wrinkle Synthesis for Clothing Animation. ACM Transactions on Graphics. 2010;29(4):107. https://doi.org/10.1145/1778765.1778844
24. Zhang J.E., James D., Kaufman D.M. Progressive Dynamics for Cloth and Shell Animation. ACM Transactions on Graphics. 2024;43(4):104. https://doi.org/10.1145/3658214
25. Decaudin P., Julius D., Wither J., Boissieux L., Sheffer A., Cani M.-P. Virtual Garments: A Fully Geometric Approach for Clothing Design. Computer Graphics Forum. 2006;25:625-634. https://doi.org/10.1111/j.1467-8659.2006.00982.x
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.
Редакционная политика журнала основывается на традиционных этических принципах российской научной периодики и строится с учетом этических норм работы редакторов и издателей, закрепленных в Кодексе поведения и руководящих принципах наилучшей практики для редактора журнала (Code of Conduct and Best Practice Guidelines for Journal Editors) и Кодексе поведения для издателя журнала (Code of Conduct for Journal Publishers), разработанных Комитетом по публикационной этике - Committee on Publication Ethics (COPE). В процессе издательской деятельности редколлегия журнала руководствуется международными правилами охраны авторского права, нормами действующего законодательства РФ, международными издательскими стандартами и обязательной ссылке на первоисточник.
Журнал позволяет авторам сохранять авторское право без ограничений. Журнал позволяет авторам сохранить права на публикацию без ограничений.
Издательская политика в области авторского права и архивирования определяются «зеленым цветом» в базе данных SHERPA/RoMEO.
Все статьи распространяются на условиях лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная, которая позволяет другим использовать, распространять, дополнять эту работу с обязательной ссылкой на оригинальную работу и публикацию в этом журналe.
