우리는 컴퓨터 그래픽을 사용하여 묘사된 일상 세계의 다양한 측면을 보는 데 익숙해졌지만, 일부 현상은 가장 숙련된 애니메이터에게도 여전히 어려운 문제로 남아 있습니다.머리카락, 특히 흑인 캐릭터에게 가장 흔히 볼 수 있는 심하게 꼬인 머리카락은 여전히 ​​어려운 디지털 과제로 남아 있습니다.

이 문제의 일부는 알고리즘이 부족하다는 것입니다.지난 수십 년 동안 머리카락에 대한 알고리즘을 제안하는 수많은 기술 논문이 작성되었지만 흰색 문자와 가장 밀접하게 관련된 특징인 직모 또는 물결 모양의 머리카락에 중점을 두었습니다.강하게 감긴 머리카락(일명 검은 머리)에 대해 작성된 논문의 수는 사실상 0입니다.

에이새 종이에서 발표될 예정입니다.SIGGRAPH 아시아 컨퍼런스12월에는 강하게 꼬인 머리카락의 기하학적 특성을 최초로 조사하고 고유한 시각적 특성을 복제하는 방법을 제안했습니다(그림 1).

자매 학회인 SIGGRAPH North America와 함께 지난 51년 동안 다양한 형태로 진행되어 온 이번 학회에서 이 주제에 관한 논문이 나온 것은 이번이 처음입니다.컴퓨터 애니메이션 분야 최고의 컨퍼런스로 여겨지며 학계와 업계의 리더들이 참석합니다.

예일대 컴퓨터과학과 테오도르 김(Theodore Kim) 교수가 이끄는 연구를 위해 연구팀은 심하게 꼬인 머리카락에서 나타나는 다양하고 독특한 시각적 현상을 확인했습니다."머리카락을 포물선으로 생각하지 않고 고주파 나선으로 생각하면 많은 흥미로운 일이 일어납니다"라고 Kim은 말했습니다.

검은머리 전문가 A.M.University of California, Santa Cruz의 Darke 팀은 두피 근처의 머리카락에 더 많은 일이 일어나고 있음을 빨리 깨달았습니다.해당 부위의 모낭은 종종 두껍고 해면질 같은 층을 형성하지만, 두피에서 멀어질수록 스스로 나선형 컬로 조직화됩니다.논문에서는 이 현상에 "위상 고정"이라는 이름을 부여하고 이를 계산하기 위한 푸리에 방법을 제안합니다(그림 2).

김씨는 "완벽한 컬이 아니라 두피에서 바로 나온 것"이라고 말했다."모든 머리카락은 이미 나선형이지만 아직 서로 관계가 없습니다. 하지만 자라면서 충분한 공간을 주면 일관된 컬로 단계적으로 고정됩니다. 놀랍습니다."

그런 다음 "스위치백"이 있습니다.이때 코일의 방향이 도중에 방향이 변경됩니다.이는 심하게 감긴 머리카락의 모든 곳에서 나타나는 스테이플 모양의 곡선이며, 얽힌 슬링키 또는 감겨진 전화 코드에서도 친숙할 수 있습니다(그림 3).

"우리는 업계 최고의 기술진에게 '이 모양을 만드는 방법을 알아냈나요?'라고 물었습니다. 대답은 '아니요'였습니다.실제로 디지털 블랙헤어 분야 최고 전문가 중 한 분은 "아니요, 예전부터 그 모양을 원했고, 쉬울 줄 알았는데, 알고 보니 정말 어려웠고,그것 없이도 지내려고요.'"

그들이 확인한 세 번째 현상은 개별 모발이 합쳐진 컬에서 일시적으로 떨어져 나가는 "생리 건너뛰기"입니다(그림 4).그들은 이 특징을 정확하게 포착하는 것이 강하게 감긴 머리카락의 특징적인 다양한 외모를 달성하는 데 중요하다고 지적합니다(그림 5).

이들 각각의 경우에, 연구자들은 이러한 현상을 효율적으로 묘사하기 위한 계산 방법을 개발했습니다.Kim의 대학원생인 Haomiao Wu는 자신의 물리학적 배경을 바탕으로연산"스위치백" 모양을 만듭니다.식물학은 그녀의 출발점 중 하나였으며 특히 나선형 줄기를 가진 식물이었습니다.

"아무도 실제로 실제 모양을 구성하는 공간의 점을 계산하는 방법을 본 적이 없습니다."라고 그는 말했습니다."우리가 아는 한, 그녀의 알고리즘은 이 모양을 직접 계산하는 최초의 알고리즘입니다."

이것은 컴퓨터 애니메이션 분야에서 심하게 꼬인 머리카락을 애니메이션화할 때 간과되었던 많은 세부 사항 중 일부입니다.머리카락에 대한 알고리즘은 전통적으로 직모에 초점을 맞춰왔기 때문에 아프로 질감의 머리카락에 관해서는 "빠진 것들이 엄청나게 많다"고 그는 말했습니다.

김씨는 “직모에서는 이러한 현상이 전혀 나타나지 않는다”고 말했다."결과적으로 누구도 이를 위한 알고리즘을 설계할 생각을 하지 못했습니다. 자연스러운 페이드와 같은 매우 일반적인 헤어컷은 이전에 조사된 적이 없습니다."(그림 6)

김씨는 전문 예술가이기도 한 다크(Darke) 교수를 프로젝트의 공동 작업자로 두는 것이 다른 방법으로는 불가능했을 관찰을 하는 데 도움이 되었다고 언급했습니다.

"이렇게컴퓨터 그래픽알고리즘은 처음부터 만들어졌다”며 “예술가와 과학자가 서로의 지식을 합쳐서 어느 누구도 혼자서는 할 수 없었던 정말 흥미로운 일을 만들어낸다”고 말했다.

이상적으로 모든 유형의 머리카락은 결국 직모와 웨이브 머리가 가지고 있는 분야 내에서 동일한 관심을 받게 될 것이라고 김씨는 말했습니다.

"과거에는 직모를 하면 다른 모든 유형도 해결될 것이라고 가정했지만 이는 전혀 사실이 아닙니다."라고 그는 말했습니다."저는 모든 종류의 머리카락에 대한 논문을 정말 보고 싶습니다. 모든 머리카락이 큰 보편적인 모델에 모두 들어맞을 필요는 없습니다. 사람들이 그렇게 하려고 하면 결국 절반만 있는 직모 모델이 될 뿐입니다.- 마음이 곱슬거리는 머리 추가 기능."

현장의 일부에서는 여전히 헤어 알고리즘을 다양화할 필요성을 느끼지 못하지만 진전이 이루어지고 있다는 징후가 있습니다.Kim과 그의 협력자들의 논문 외에도 Microsoft 팀도 SIGGRAPH Asia에서 유사한 주제에 대해 발표할 예정입니다.

"사람들은 다양한 유형의 머리카락을 최고의 과학적 질문으로 다루면 많은 흥미로운 새로운 연구의 문이 열린다는 메시지를 받기 시작했습니다."

추가 정보:Curly-Cue: 높게 감긴 머리카락을 위한 기하학적 방법.SIGGRAPH Asia 2024 컨퍼런스 논문(SA Conference Papers '24), 2024년 12월 3~6일, 일본 도쿄.ACM,www.cs.yale.edu/homes/wu-haomi ... cation/curlyCue.html