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Redaktion: Heinz Schmitz
Modell für Animation lockigen Haares entwickelt
Forscher haben das erste wirklich detaillierte Modell entwickelt, um die dreidimensionale Form einer Haarlocke zu beschreiben. Das könnte in Zukunft bessere computeranimierte Filme ermöglichen. Denn Animatoren hatten bislang damit zu kämpfen, dass es keine wirklich einfachen Modelle gab, um lockiges Haar zu beschreiben. Dabei ist das neue Modell aus einer ganz anderen Motivation entstanden und hat entsprechendes Anwendungspotenzial. Ingenieure könnten damit vorhersagen, wie sich Schläuche oder Kabel, die zum Transport aufgerollt waren, oder auch lange Stahlrohre krümmen werden.
Bislang ist es so, dass speziell die Haare computergenerierter Figuren ziemlich steif wirken. Das neue Modell könnte helfen, das zu ändern - ist aber nur einer der notwendigen Bausteine für perfekt animierte Lockenpracht. "Unsere Arbeit befasst sich nicht mit den Kollisionen all der Haare auf einem Kopf, was ein sehr wichtiger Effekt ist, mit dem Animateure bei einer Frisur umgehen müssen", so Pedro Reis, Professor für Bau- und Umwelttechnik sowie Maschinentechnik am Massachusetts Institute of Technology (MIT). Doch schon die Wellung einzelner Haare ist ein großes Problem.
"Der Mathematiker Euler hat die Gleichung für einen schmalen elastischen Körper - wie eine Haarsträhne - erstmals 1744 hergeleitet", weiß Basile Audoly von der Université Pierre et Marie Curie (UPMC). Doch existiert keine explizite Lösung, also bleibt es eine Herausforderung, die Brücke zu realen Formen zu schlagen. Das MIT-UPMC-Team hat nun mithilfe von Experimenten, Computersimulationen und theoretischen Überlegungen ermittelt, wie Krümmung, Länge, Gewicht und Steife, die für gelocktes Haar wichtig sind, in zwei dimensionslose Parameter übergeführt, mit denen sich vorhersagen lässt, wie sich ein frei hängendes Haar - oder Kabel - verhält.
Die Forscher machen sich dabei zunutze, dass ein Haar zunächst eigentlich ein 2D-Objekt ist. Wenn es beginnt, sich zunächst am unteren Ende unter seinem eigenen Gewicht einzudrehen, beschreibt das Modell das zunächst als eine lokale 3D-Helix. Ist schließlich das ganze Haar lockig, entspricht das einer globalen Helix. Wie eine Locke zwischen diesen drei Formen wechselt, hängt davon ab, wie sich die Parameter ändern. Wird beispielsweise ein Haar, das nur am unteren Ende eingedreht ist, zu lang, wird es entweder glatt oder rollt sich über seine ganze Länge auf.
Wenn das neue Modell das Potenzial eröffnet, Haare besser zu animieren, ist das eigentlich nur ein Nebeneffekt. Denn eigentlich haben Reis und sein Team am MIT sich damit befasst, wie sich Schläuche beispielsweise am Bau krümmen und eindrehen können. Doch hat der Bautechniker schnell Parallelen zu Haaren entdeckt und sich daher mit Audoly in Verbindung gesetzt, der schon in der Vergangenheit an der Modellierung von Haaren gearbeitet hat.
Entsprechend vielseitig ist letztlich das Modell, das durch die Zusammenarbeit der Amerikaner und Franzosen entstanden ist. Denn da es dimensionslose Größen nutzt, um Krümmungseffekte zu beschreiben, ist es auf allen Größenskalen anwendbar. Neben Haaren, Schläuchen und Kabeln umfasst das letztlich auch kilometerlange Stahlrohre. "Bei großen Dimensionen sind sie flexibel genug, dass es ist, als hätte man es mit einem schlaffen Spaghetti zu tun", betont der mittlerweile promovierte MIT-Doktorand James Miller. Das ist beispielsweise bei Öl-Pipelines relevant.
(Quelle: http://www.pressetext.de)
Sieh auch:
http://web.mit.edu/press/2014/the-physics-of-curly-hair-0213.html