СофтХабрахабр

Михаил Бессмельцев с коллегой разработал новые алгоритмы для векторизации графики


Слева направо: оригинал, оснащённое поле (frame field) и окончательный результат. На базе зашумлённого растрового изображение в оттенках серого вычисляется оснащённое поле, выровненное по линиям картинки. На острые углы типа X- и T-пересечений накладываются векторы по обоим направлениям. Затем из этого поля извлекается топология чертежа — и производится окончательная генерация векторных кривых

Она преобразует черновые рисунки художников и дизайнеров в гладкие кривые, необходимые для редактирования. Векторизация изображений — основополагающий компонент рабочего процесса в графическом дизайне, технике и компьютерной анимации.

Несмотря на их широкое внедрение в промышленности, эти алгоритмы до сих пор страдают от серьёзных недостатков и находятся в активной разработке. Первые алгоритмы векторизации изображений появились в начале 1990-х годов и
использовались в инструментах для редактирования векторной графики, таких как Adobe Illustrator (Live Trace), CorelDRAW (PowerTRACE) и Inkscape. Дизайнеры кропотливо обводят отсканированное изображение с помощью инструментов рисования.
К сожалению, современные алгоритмы даже для чистых чертежей не позволяют точно векторизовать X- и T-пересечения, поэтому получаются векторные чертежи с неправильной связностью. В нескольких индустриях, где векторизация крайне необходима, включая традиционную анимацию и инженерное проектирование, она часто выполняется вручную. Их надёжность вызывает сомнения. Из-за этих проблем у дизайнеров зачастую возникают колебания, использовать ли инструменты автоматической векторизации. Точнее, так было до сих пор, пока двое исследователей — Михаил Бессмельцев и Джастин Соломон — из лаборатории компьютерных наук и искусственного интеллекта (CSAIL) Массачусетского технологического института не адаптировали известные математические алгоритмы для векторизации растровых рисунков.

Эти ошибки приводят к генерации неправильной топологии и нарушению связности. Некорректная обработка стыков и пересечений линий — главный недостаток всех алгоритмов векторизации. Алгоритм специально адаптирован для устранения неоднозначности на стыках линий без потери качества. Новый метод векторизации основан на современных математических алгоритмах обработки оснащённых полей.

b) Метод Фавро с коллегами (2016) может выдавать результат, существенно отклоняющийся от растрового оригинала.
а) Локальный подход к векторизации переходов, предложенный Норисом с коллегами в 2013 году, может привести к неправильным или неточным соединениям. (с) Новый метод, предложенный Бессмельцевым и Соломоном, превосходит прежние разработки по векторизации

Нарушение связности не позволяет применить инструменты автоматической заливки/расцветки, то есть такое векторные рисунки всё равно приходится доводить до ума вручную. Проблема усугубляется зашумлённостью оригинальной растровой графики, которая остаётся после сканирования бумажного оригинала.

Главное техническое нововведение заключается в использовании оснащённого поля с двумя парами векторов для каждой точки на плоскости. С учётом этих проблем существующих методов авторы научной работы предложили новый метод трассировки для изображений, в том числе со специальной обработкой T-образных и X-образных пересечений, где исходная информация может быть неоднозначно интерпретирована.


В оснащённом поле хотя бы одно направление поле выровнено по исходной кривой, а около X- и T-пересечений оно выровнено по обоим направлениям

Показанные результаты демонстрируют, что качество векторизации значительно выше, чем у предыдущих методов. Авторы научной работы говорят, что оснащённые поля логично и естественно подходят для отслеживания ориентации кривых в таких резких переходах, но по какой-то причине они никогда не применялись для векторизации изображений. Даже на сильно зашумлённых оригиналах геометрия кривых не теряется и совпадает с оригинальными начертаниями.

Примеры

(по клику открывается изображение высокого разрешения)


Чувствительность инструмента к небольшим изменениям исходного изображения


Метод не чувствителен к разрешению исходной картинки


Векторизация качественно работает даже на сильно зашумлённом оригинале

Это существенный результат для аниматоров, которые обрабатывают много эскизов, — говорит ведущий автор научной работы Михаил Бессмельцев, бывший сотрудник CSAIL, а ныне доцент (assistant professor) Монреальского университета. Новый инструмент значительно облегчит жизнь дизайнеров и иллюстраторов: «По приблизительной оценке, он сэкономит от 20 до 30 минут при работе с автоматизированными инструментами [на каждом изображении]. — Мы надеемся сделать автоматизированные инструменты векторизации более удобными для художников, которые заботятся о качестве своей работы».

01922v2). Научная статья опубликована 5 января 2018 года на сайте препринтов arXiv.org (вторая версия статьи — 5 сентября 2018 года, arXiv:1801. Она принята для публикации в научном журнале ACM Transactions on Graphics.

Теги
Показать больше

Похожие статьи

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Кнопка «Наверх»
Закрыть