Аниматоры теперь могут создавать более реалистичных персонажей — упругих, растягивающихся и мягких — благодаря новому методу, разработанному в MIT. Ученые нашли способ симулировать эластичные материалы так, чтобы они вели себя правдоподобно, без артефактов вроде хаотичных движений или «разрыва» модели.

Многие существующие методы симуляции страдают от нестабильности: объекты могут внезапно «провалиться», потерять энергию или двигаться неестественно медленно.

Исследователи из MIT обнаружили скрытую математическую закономерность в уравнениях, описывающих деформацию материалов. Оказалось, ключ к стабильности — в свойстве, называемом выпуклостью. Опираясь на него, они создали алгоритм, который точно воспроизводит физику упругих объектов.

Визуальная убедительность анимации зависит от того, насколько точно мы моделируем физику, — говорит Литисия Маттос да Силва, ведущий автор исследования. — Наш метод сохраняет законы физики, но при этом дает художникам больше контроля.

Помимо анимации, технология может пригодиться в дизайне реальных объектов — например, гибкой обуви, одежды или игрушек. Инженеры смогут заранее тестировать, как поведет себя растягивающийся материал.

Как это работает

• Обычные методы либо жертвуют реализмом ради скорости, либо требуют сложных расчетов, которые часто «ломаются».
• Новый подход разбивает деформацию на две части: растяжение и вращение. Первое удалось описать через выпуклые уравнения, которые решаются стабильно и предсказуемо.

В тестах алгоритм корректно симулировал прыгающие шары, сжимающихся персонажей и другие сценарии, сохраняя энергию и плавность движения. Другие методы либо быстро теряли стабильность, либо делали анимацию «вялой».

Наш метод надежнее — аниматор может быть уверен, что резиновый мяч не взорвется посреди сцены, — объясняет Маттос да Силва.

Пока метод не такой быстрый, как упрощенные симуляции, но он избегает их недостатков. В будущем исследователи планируют ускорить расчеты и испытать технологию в реальном производстве — например, при проектировании игрушек.

Этот метод — не просто удобный инструмент для аниматоров. Он решает фундаментальную проблему: как совместить физическую точность с вычислительной стабильностью. В индустрии CG до сих пор часто идут на компромиссы — либо реализм (но долгие расчеты), либо скорость (но артефакты). Здесь же удалось сохранить оба качества.

Кроме кино и игр, технология применима в:

• Дизайне продукции — можно виртуально тестировать гибкие материалы до производства.
• Робототехнике — симуляция мягких роботов требует аналогичных расчетов.
• Обучении ИИ — реалистичная физика улучшает генеративные модели.

Главный недостаток — производительность. Для реального использования в анимации (где рендеры и так занимают часы) даже небольшое замедление критично. Пока метод проигрывает коммерческим аналогам вроде Houdini, которые жертвуют точностью ради скорости. Кроме того, выпуклость — не универсальное решение: для некоторых типов деформаций она может не работать.

Ранее мы опубликовали 10 инновационных трендов в сфере развлечений.