私たちは、日常世界のさまざまな側面がコンピューター グラフィックスを使用して描写されることに慣れてきましたが、最も経験豊富なアニメーターにとっても難しい現象がいくつかあります。髪、特に黒人のキャラクターに最も一般的な高度にコイル状の髪は、依然として悪名高いデジタル上の課題です。

この問題の一部は、アルゴリズムの欠如です。過去数十年にわたり、髪のアルゴリズムを提案する多数の技術論文が書かれてきましたが、それらは白人のキャラクターに最も密接に関連する特徴、つまりストレートまたはウェーブのかかった髪に焦点を当てていました。非常にコイル状の髪（別名黒髪）について書かれた論文の数は事実上ゼロです。

あ新しい紙で発表されますSIGGRAPHアジアカンファレンス同団体は12月に、高度にコイル状に巻かれた髪の幾何学的特性を初めて調査し、その独特の視覚的特性を再現する方法を提案した（図1）。

このテーマに関する論文がこの会議で発表されるのはこれが初めてであり、この会議は姉妹会議である SIGGRAPH North America とともに、過去 51 年間さまざまな形で存在してきました。コンピュータ アニメーションの分野で最高のカンファレンスと考えられており、学界と産業界の両方のリーダーが出席します。

イェール大学コンピューターサイエンス教授セオドア・キム率いる研究チームは、この研究で、高度にとぐろを巻いた髪に現れるさまざまなユニークな視覚現象を特定した。「髪の毛を放物線として考えるのをやめ、その代わりに高周波のらせんとして考えると、多くの興味深いことが起こります」とキム氏は報告した。

黒髪の専門家A.M.教授との共同研究カリフォルニア大学サンタクルーズ校のダーク氏によると、チームはすぐに、頭皮付近の毛髪ではさらに多くのことが起こっていることに気づきました。その領域の毛包は、多くの場合、厚い海綿状の層を形成しますが、頭皮から遠ざかるにつれ、自己組織化してらせん状のカールになります。この論文はこの現象に「位相ロック」という名前を付け、それを計算するためのフーリエ法を提案しています（図2）。

「完璧なカールにはならず、頭皮からまっすぐに伸びているだけです」とキム氏は言う。「すべての髪はすでにらせんになっていますが、まだ相互に関係を持っていません。しかし、成長するにつれて十分なスペースを与えると、髪はこの一貫したカールに段階的に固定されます。これは驚くべきことです。」

次に「スイッチバック」です。それはコイルの向きが途中で変わる時です。これらは、高度にコイル状に巻かれた髪のどこにでも見られるステープル形状の曲線であり、もつれたスリンキーやコイル状の電話コードからもよく知られているかもしれません (図 3)。

「私たちは業界のトップの技術者たちに『この形を作る方法を見つけましたか?』と尋ねました。答えはノーでした。」と彼は言いました。実際、デジタル黒髪のトップエキスパートの一人は、「いいえ、私は長い間その形を望んでいました、そしてそれは簡単だと思っていました、しかしそれは本当に難しいことが判明しました、そして私はそうしましたそれなしでやり遂げるためです。」

彼らが特定した3番目の現象は、個々の毛髪がその合体したカールから一時的に離れてしまう「生理スキップ」です（図4）。彼らは、この特徴を正確に捉えることが、高度にコイル状の髪に特徴的な幅広い外観を実現するために重要であると指摘しています（図5）。

これらのそれぞれのケースにおいて、研究者らはこれらの現象を効率的に描写するための計算手法を開発しました。キム氏の大学院生であるハオミアオ・ウー氏は、彼女の物理学の背景に基づいて、アルゴリズム「スイッチバック」の形状を作成します。植物学、特にらせん状の茎を持つ植物が彼女の出発点の 1 つでした。

「実際に実際の形状を構成する空間内の点をどのように計算するかについては、誰も考えていませんでした」と彼は言いました。「私たちの知る限り、彼女のアルゴリズムはこの形状を直接計算する最初のアルゴリズムです。」

これらは、コンピューター アニメーションの分野で、高度にコイル状の髪をアニメーション化する際に見落とされてきた多くの詳細のうちのいくつかです。髪のアルゴリズムは伝統的にストレートヘアに焦点を当ててきたため、アフロテクスチャーの髪に関しては「欠けているものが山ほどある」と同氏は語った。

「これらの現象はいずれもストレートヘアには現れません」とキム氏は語った。「その結果、誰も彼らのためのアルゴリズムを設計しようとは考えませんでした。自然なフェードのような非常に一般的なヘアカットは、これまで調査されたことがありませんでした。」 (図 6)。

キム氏は、プロのアーティストでもあるダーク教授をプロジェクトの協力者として迎えたことで、チームが他の方法では不可能だった観察を行うことができたと指摘した。

「こうやってコンピュータグラフィックス「アルゴリズムは最初から生成されています」とキム氏は言い、「アーティストと科学者が知識を結集して、どちらも単独では成し得ない本当に興味深いものを作りました。」と語った。

理想的には、あらゆるタイプの髪が、最終的にはストレートヘアやウェーブのかかった髪と同じように、この分野で注目を集めるようになるとキム氏は語った。

「これまでは、ストレートヘアを整えれば、他のタイプの髪もすべて解決すると思われてきましたが、それはまったく真実ではありません」と彼は言う。「私は、あらゆる種類の髪に関する論文をぜひ見てみたいと思っています。髪のすべてを大きな普遍的なモデルに当てはめる必要はありません。人々がそれをやろうとすると、結局は半分の髪を持ったストレートヘアのモデルになるだけです」-心のこもった巻き毛のアドオン。」

ヘアアルゴリズムを多様化する必要性をまだ認識していない専門家もいますが、進歩の兆しはあります。Kim 氏とその共同研究者による論文のほかに、Microsoft のチームも同様のテーマについて SIGGRAPH Asia で発表する予定です。

「さまざまな種類の毛髪を第一級の科学的疑問として扱うと、多くの興味深い新しい研究への扉が開かれるというメッセージが人々に伝わり始めています。」

詳細情報:Curly-Cue: 高度にコイル状の髪のための幾何学的手法。SIGGRAPH Asia 2024 Conference Papers (SA Conference Papers '24)、2024 年 12 月 3 ～ 6 日、東京、日本。ACM、www.cs.yale.edu/homes/wu-haomi ?cation/curlyCue.html