MIT 研究團隊開發了一種先進的模擬方法，旨在幫助動畫師在電影和視頻遊戲中創造出更具真實感的彈性、伸展和變形角色。這一新方法克服了以往技術中常見的不穩定性或崩潰問題，使得對彈性材料的動畫能夠更加可靠和精確。
研究人員通過發現隱藏在材料變形方程中的凸性，一種數學結構，開發出了一種可靠的模擬方法，能夠保持橡膠和彈性材料的物理行為。MIT 研究生及論文主作者 Leticia Mattos Da Silva 表示：「動畫的外觀往往取決於我們模擬物理問題的準確性。我們的方法旨在遵循物理法則，同時為動畫藝術家提供更多的控制和穩定性。」
模擬柔軟現實
模擬橡皮球的彈跳或卡通角色的伸展看似簡單，但在動畫中實現真實的彈性運動卻是一個長期以來的挑戰。許多現有方法依賴快速求解器，犧牲了物理準確性以換取速度，經常導致能量損失或不穩定的模擬結果。
更精確的方法，如變分積分器，旨在保持重要的物理特性，如動量和能量。然而，這些技術在動畫工作流程中的應用受到限制，因為它們涉及複雜的方程，難以穩定解決。MIT 團隊的這一新技術通過揭示變分積分方程中的隱藏凸結構來克服這一障礙。研究人員在分離彈性材料變形的伸展和旋轉組件後，發現伸展組件形成了一個凸優化問題，這類問題更易於處理，並且可以通過提供收斂保證的算法更一致地解決。
根據 MIT News，這一方法幫助動畫師避免能量損失或模擬失敗等常見問題，並能夠生成穩定且物理上真實的彈性材料模擬。團隊的發現表明，隱藏的凸性結構也可能適用於動態系統，為更真實的彈性和彈跳材料動畫開辟了新方向。
可靠的運動建模
在實驗中，MIT 團隊的求解器成功模擬了各種彈性行為，從彈跳物體到可變形的角色，並保持了關鍵的物理特性和長期穩定性。相比之下，許多現有方法在類似條件下表現不佳：有些變得不穩定，產生不規則的運動，而另一些則顯示出明顯的阻尼，使得動畫看起來不真實。Silva 表示：「因為我們的方法展示了更高的穩定性，這使得動畫師在模擬任何彈性物體時，無論是來自現實世界還是完全想像中的事物，都能獲得更多的可靠性和信心。」
儘管 MIT 的求解器在速度上不及那些優先考慮速度的模擬工具，但它提供了一個關鍵優勢：在不妥協的情況下保持可靠性。與許多依賴複雜非線性求解器的物理基礎方法不同，這種方法在保持準確性的同時，還更具穩健性和易於管理。
展望未來，研究人員計劃專注於提高計算效率，使該方法在不犧牲穩定性的情況下變得更快。他們還希望將其應用擴展到動畫以外的領域。團隊聲稱，這一技術在實際工程和設計應用中具有潛力，包括生產玩具、服裝和其他靈活材料，因為正確的變形建模至關重要，能夠精確且一致地重現彈性行為。Silva 表示：「我們在工作中成功復興了一類舊的積分器。我猜還有其他例子，研究人員可以重新審視問題，尋找隱藏的凸性結構，這可能帶來許多好處。」
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