Un festín visual

Jul 29, 2023

Los informáticos aportan nuevos métodos fascinantes a SIGGRAPH 2023

Instituto de Ciencia y Tecnología de Austria

Imagen: esculturas de luz en 3D. Vista previa de tatuajes en color. Olas de tsunami en una playa. Contribuciones del Instituto de Ciencia y Tecnología de Austria (ISTA) a la conferencia SIGGRAPH 2023.ver más

Crédito: © ISTA (PCBend/M.Piovarči/C.Wojtan)

Esculturas de luz 3D. Olas de tsunami en una playa. Vista previa de tatuajes en color. Las contribuciones de los grupos Bickel y Wojtan del Instituto de Ciencia y Tecnología de Austria (ISTA) a la conferencia SIGGRAPH de 2023 abordan una impresionante variedad de preguntas clásicas y novedosas. Si bien sus enfoques van desde gráficos por computadora hasta métodos de fabricación, los científicos informáticos están unidos para encontrar soluciones innovadoras y rentables y empoderar a los usuarios. SIGGRAPH es la convención anual más importante a nivel mundial sobre gráficos por computadora y técnicas interactivas, que reúne los últimos avances en este campo. Este año volvió a contarse con una amplia participación de científicos del Instituto de Ciencia y Tecnología de Austria (ISTA).

PCBend: un nuevo canal accesible para esculturas de luz 3D Hoy en día, la importancia de la luz como elemento en el diseño, el arte y la arquitectura es indiscutible. Sin embargo, diseñar y fabricar objetos 3D cubiertos de luz ha resultado prohibitivamente caro y tedioso para el usuario medio. Este problema llamó la atención de Manas Bhargava, estudiante de doctorado del grupo Bickel en ISTA, quien se propuso desarrollar una tubería asequible y fácil de usar para crear y fabricar tales estructuras. Ahora, Bhargava y sus colegas de ISTA y de la Universidad de Lorena, Francia, han introducido PCBend, un sistema que logra exactamente eso.

Las placas de circuito LED planas (2D) son económicas y fáciles de producir, a diferencia de los circuitos curvos (3D). Para mantener los costos bajos y aprovechar las cadenas de fabricación existentes, el equipo primero encontró un método para "aplanar" el diseño del objeto objetivo. "Desplegar un objeto 3D hecho de triángulos es un problema clásico, con soluciones inspiradas en el origami", explica Bhargava. "Pero también tuvimos que tener en cuenta las limitaciones físicas impuestas por las conexiones del circuito entre dos triángulos: a diferencia del papel doblado, pueden romperse". Utilizando técnicas de carpintería, el equipo creó bisagras especiales que permitirían que la placa de circuito impreso se doblara sin cortar los circuitos. El programa del equipo resolvió aún más el problema del diseño del circuito, conectando todos los LED a lo largo de una única ruta.

Una vez configurada la malla de diseño 2D, se fabrica y el usuario vuelve a ensamblar y programa los patrones de luz. "Nuestro canal es fácil de usar, por lo que otros pueden probar fácilmente sus propias ideas", continúa Bhargava. "¡No puedo esperar a ver qué hacen!" Las posibles aplicaciones podrían ser en arte, teatro y elementos de espectáculo de conciertos.

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Un nuevo método de simulación de olas une aguas profundas y poco profundas El próximo proyecto se sumerge en profundidades antes inalcanzables. Las ecuaciones que describen el movimiento de los fluidos se conocen desde el siglo XIX. Sin embargo, aunque matemáticamente hermosas, estas ecuaciones son demasiado costosas desde el punto de vista computacional para ser utilizadas en simulaciones de ondas de agua. Por eso, en el pasado, los científicos y diseñadores gráficos recurrieron a la teoría de Airy, que describe perfectamente los patrones de ondas en aguas profundas, o a las ecuaciones de aguas poco profundas, que pueden manejar cualquier cosa cerca de la costa. Cada uno sobresale en su área respectiva pero falla en la otra. Anteriormente, los expertos en gráficos tenían que elegir un tipo de ecuación y utilizar efectos adicionales para ocultar cualquier error visual evidente. Ahora, el profesor Chris Wojtan, junto con su antiguo colaborador y ex alumno de ISTA, Stefan Jeschke, han ideado el primer método práctico capaz de simular los efectos de aguas profundas y poco profundas, así como las interacciones entre aguas profundas y poco profundas. Básicamente, combinan los dos modelos, aprovechando las fortalezas de cada uno y minimizando sus debilidades.

Aunque “pegar” los modelos es en cierto sentido lo que hicieron los colaboradores, decidir qué modelo usar y dónde (es decir, qué constituye agua profunda versus agua poco profunda) requirió delicadeza y un conocimiento profundo de las ecuaciones matemáticas detrás de los modelos. "La profundidad en las simulaciones no es sólo la distancia entre la superficie y el suelo", explica Wojtan. "La longitud de onda (la distancia entre un pico de onda y el siguiente) también influye". Con su nuevo método, el equipo puede simular efectos que antes eran inalcanzables, como olas de tsunami en aguas profundas que inundan una playa o la estela de un barco que sube por la costa, todo en tiempo real. "A nivel práctico, el nuevo modelo sigue siendo muy adecuado para el procesamiento paralelo, lo que nos permite alcanzar velocidades de fotogramas en tiempo real en unidades de procesamiento de gráficos modernas", añade Jeschke.

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Vistas previas de tatuajes Otra publicación del grupo Bickel demuestra la variedad de temas presentados en SIGGRAPH. Anticipar cómo se verán los colores al tatuarse depende de la experiencia del artista, pero la permanencia de los tatuajes significa que los artistas no pueden experimentar. Ahora, el grupo Bickel y un colaborador han desarrollado el primer modelo que predice con precisión cómo aparecerá un tatuaje en diversos sustratos. Michael Piovarči, postdoctorado del grupo Bickel, dirigió el proyecto, combinando un profundo conocimiento del modelado del color con métodos prácticos de fabricación y programación.

Para desarrollar los modelos predictivos de color, Piovarči tomó ecuaciones estándar y las adaptó para adaptarlas al entorno del tatuaje. Su observación clave fue que el sustrato actúa como un color adicional que se mezcla con las tintas tatuadas. Una vez establecidos los modelos básicos, definieron los parámetros del modelo realizando pruebas reales. Para ello, Piovarči construyó un aparato de tatuar programable y desarrolló un sustrato de silicona y almidón de maíz para tatuar. “Para mí, la parte más sorprendente (y satisfactoria) fue la gama de colores que pudimos lograr, una vez que entendimos cómo optimizar las combinaciones de tintas para cada sustrato”, dice Piovarči.

El equipo programó funciones adicionales, como sugerencias de colores alternativos y complementarios que son más visibles que el diseño original, así como una selección de colores optimizada para encubrimientos de tatuajes. Esto podría aumentar aún más la capacidad de los artistas para crear tatuajes en hermosos colores.

Su técnica no sólo es valiosa por sus posibles aplicaciones: "Desde el punto de vista científico, es apasionante comprender mejor cómo las tintas incrustadas en la piel influyen en el transporte de la luz, así como modelar computacionalmente la apariencia y validar el modelo experimentalmente", concluye el profesor Bernd Bickel. .

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Trabajo adicional en SIGGRAPH Los grupos Bickel y Wojtan presentarán varios otros trabajos en SIGGRAPH 2023. Los artículos, los vídeos que los acompañan y otros recursos se pueden encontrar en el sitio web de Visual Computing e incluyen proyectos como: • Corrección de color con reconocimiento de brillo para impresión 3D • Stealth Shaper : Optimización de la reflectividad como estilización de superficies • Metamateriales procesales El último proyecto, una colaboración entre el Instituto de Ciencia y Tecnología de Austria (ISTA) y el Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT), presenta una interfaz novedosa y fácil de usar para diseñar metamateriales con características únicas. propiedades. Hay información adicional disponible en este comunicado de prensa del MIT.

Publicaciones Marco Freire, Manas Bhargava, Camille Schreck, Pierre-Alexandre Hugron, Bernd Bickel y Sylvain Lefebvre. 2023. PCBend: Ilumina tus formas 3D con placas de circuito plegables. Transacciones ACM sobre gráficos (SIGGRAPH 2023). DOI: https://dl.acm.org/doi/10.1145/3592411

Stefan Jeschke y Chris Wojtan. 2023. Generalización de simulaciones de aguas poco profundas con ondas superficiales dispersivas. Transacciones ACM sobre gráficos (SIGGRAPH 2023). DOI: https://doi.org/10.1145/3592098

Michal Piovarči, Alexandre Chapiro y Bernd Bickel. 2023. Skin-Screen: un marco de fabricación computacional para tatuajes de color. Transacciones ACM sobre gráficos (SIGGRAPH 2023). DOI: https://doi.org/10.1145/3592432

Información de financiaciónPCBend: Ilumine sus formas 3D con placas de circuito plegables: este proyecto fue apoyado por el Consejo Europeo de Investigación (ERC) en el marco del programa de investigación e innovación Horizonte 2020 de la Unión Europea (Acuerdo de subvención n.° 715767 - MATERIALIZABLE). Generalización de simulaciones de aguas poco profundas con Ondas superficiales dispersivas: este proyecto fue financiado en parte por el Consejo Europeo de Investigación (ERC Consolidator Grant 101045083 CoDiNA). Skin-Screen: A Computational Fabrication Framework for Color Tattoos: este trabajo fue gentilmente apoyado por FWF Lise Meitner (Beca M 3319) .

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