工具改进了自动图像矢量化 为数字艺术家节省了时间和精力

艺术家很快就可以使用麻省理工学院开发的新工具，帮助他们更快速，更轻松地创建数字角色，徽标和其他图形。

许多数字艺术家依赖于图像矢量化，这是一种将基于像素的图像转换为包括明确定义的形状的分组的图像的技术。在该技术中，图像中的点通过线或曲线连接以构造形状。在其他特权中，矢量化图像在放大或缩小时保持相同的分辨率。

为了对图像进行矢量化，艺术家通常必须使用专门的软件(例如Adobe Illustrator)手动跟踪每个笔划，这很费力。另一种选择是在这些软件包中使用自动化矢量化工具。但是，这些工具通常会导致许多跟踪错误，需要花费更多时间来手动纠正。主要罪魁祸首：曲线和线相交处的交叉点不匹配。

在ACM Transactions on Graphics期刊上发表的一篇论文中，麻省理工学院的研究人员详细介绍了一种新的自动矢量化算法，该算法可以无错误地跟踪交叉点，大大减少了手动修改的需要。为工具供电是计算机图形界中一种新的数学技术的修改版本，称为“框架字段”，用于指导曲线，尖角和许多线相交的图形的杂乱部分周围的路径的跟踪。

该工具可以为数字艺术家节省大量时间和挫折感。“粗略的估计是它可以节省20到30分钟的自动化工具，当你考虑使用多个草图的动画师时，这是非常重要的，”第一作者Mikhail Bessmeltsev说，他是前计算机科学和人工智能实验室(CSAIL)的博士后现任蒙特利尔大学助理教授的助理。“希望自动化矢量化工具对于关心工作质量的艺术家来说更加实用。”

该论文的共同作者是Justin Solomon，CSAIL的助理教授，电气工程和计算机科学系，以及几何数据处理小组的首席研究员。

引导线条

许多用于直接从艺术家草图模拟三维形状的现代工具，包括Bessmeltsev先前的研究项目，需要首先对图纸进行矢量化。自动矢量化“从来没有对我有用，所以我感到沮丧，”他说。他说，这些工具适用于粗略对齐，但不是为精确设计的：“想象一下你是一个动画师，你画了几帧动画。它们是非常干净的草图，你想要编辑或着色它们在计算机上。为此，你真的关心你的矢量化与你的铅笔画一致。“

他指出，许多误差来自两个曲线相交的原点和矢量化图像之间的未对准 - 在一种“X”结中 - 并且一条线在另一条线上结束 - 在“T”结中。以前的研究和软件使用的模型无法在这些交汇处对齐曲线，因此Bessmeltsev和Solomon承担了这项任务。

关键创新来自使用框架字段来指导跟踪。帧字段为2-D或3-D形状的每个点分配两个方向。这些方向覆盖了可以指导计算机图形中几何任务的基本结构或拓扑。例如，框架字段已被用于恢复被破坏的历史文档并将三角形网格 - 覆盖三维形状的三角形网络 - 转换为四边形网格的四边形网格。四网格通常用于在电影和视频游戏中创建计算机生成的角色，以及用于更好的现实世界设计和模拟的计算机辅助设计(CAD)。

Bessmeltsev首次将帧场应用于图像矢量化。他的帧场为图像上的每个暗像素分配两个方向。这可以跟踪切线方向 - 曲线与附近绘制曲线的线相交。这意味着，在绘图的每个交叉点处，框架场的两个方向与交叉曲线的方向对齐。这大大减少了交叉口周围的粗糙度或噪音，这通常使它们难以追踪。

“在一个交叉点，你所要做的就是沿着框架区域的一个方向，你得到一条平滑的曲线。你可以为每个交叉点做到这一点，然后所有的交叉点都会正确对齐，”Bessmeltsev说。

清洁矢量化

当给出每像素具有一种颜色的像素化光栅2-D绘图的输入时，该工具为每个暗像素分配指示两个方向的十字。从某个像素开始，它首先选择跟踪方向。然后，它沿着方向跟踪沿像素的矢量路径。跟踪后，该工具会创建一个图形，捕获绘制图像中实体笔划之间的连接。使用此图表，该工具将必要的线条和曲线与这些笔划进行匹配，并自动对图像进行矢量化。

在他们的论文中，研究人员在各种草图上展示了他们的工具，例如卡通动物，人和植物。该工具可以使用传统工具对所有错误跟踪的交叉点进行干净矢量化。例如，使用传统工具，面部特征周围的线条(例如眼睛和牙齿)不会停留在原始线条所处的位置或穿过其他线条。

本文中的一个例子显示像素构成两条略微弯曲的线条，通向卡通大象佩戴的帽子尖端。两条线相交的地方有一个尖角。每个暗像素包含一个直线或略微倾斜的十字形，具体取决于线条的曲率。使用这些横向方向，跟踪线可以很容易地跟随它在急转弯时突然转动。

“许多艺术家仍然喜欢并喜欢使用真实媒体(例如，钢笔，铅笔和纸)。问题是，将这些内容扫描到计算机中往往会导致严重的信息丢失，”Nathan Carr说道。 ，Adobe Systems Inc.的计算机图形学首席研究员，没有参与该研究。“[麻省理工学院]的工作依赖于一种称为”框架字段“的数学结构，用于清理和消除扫描草图以消除这种信息丢失。这是一个很好的应用，使用数学来促进清洁井中的艺术工作流程 - 总之，这项工作很重要，因为它有助于艺术家在物理和数字领域之间进行过渡。“

接下来，研究人员计划使用时间相干技术来增强该工具，该技术从相邻的动画帧中提取关键信息。我们的想法是同时对帧进行矢量化，使用一个帧中的信息来调整下一帧的线跟踪，反之亦然。“知道草图在框架之间没有太大变化，该工具可以通过同时查看两者来改善矢量化，”Bessmeltsev说。