揭開電腦圖學研究面紗

 李同益講座教授在國立成功大學資訊工程系任教與主持電腦圖學研究群(CGVSL) 。研究主題包含了電腦圖學各領域如:Modeling, Rendering, Animation, Visualization與 Deep learning/AI. 研究成果至今發表(包含已接受)約70篇ACM/IEEE Transactions期刊論文，其中包括10篇ACM Transactions on Graphics(TOG)論文(Special Issue of ACM SIGGRAPH/SIGGRAH Asia論文)，與40篇 IEEE Transactions on Visualization and Computer Graphics (TVCG)論文。ACM TOG與IEEE TVCG是當前computer graphics領域中最主要的兩大期刊。

圖.李同益講座教授研究團隊暨實驗室學生合影

"更多李同益講座教授學術研究成果請參閱: http://graphics.csie.ncku.edu.tw/Tony/record_new.htm

Animating still natural images using warping

　　李同益講座教授研究團隊在最近研究中，例如:Animating still natural images using warping(網址： http://graphics.csie.ncku.edu.tw/AnimatingImages ）, 從單張靜止圖像中，使用者可以輸入向量線在圖像中的對象賦予微妙的運動來生成迴圈動畫。結果是動畫和靜態視頻的混合效果。它們在某些物體中包含輕柔的運動，而圖像的其餘部分保持不變。本研究現有技術成功地為此類圖像製作了動畫。但是，目前學界研究有一些缺點，例如在檢索匹配的視頻時需要花費巨大的計算時間，或者不僅在單個區域方面而且在區域的一致性方面控制所需運動的挑戰。

　　在這項研究工作中，李同益講座教授研究團隊提出一種具有新穎翹曲方法的互動式系統來解決這些問題。其方法的關鍵是利用使用者的註釋方向將對象傳遞運動方向。在保留曲線翹曲和迴圈翹曲方面提出了兩個階段，從而生成迴圈視頻。研究團隊通過各種具有挑戰性的實驗結果和評估來證明我們方法的有效性，展示了通過簡單輕巧的方法，研究團隊的系統能夠處理動畫靜止圖像的問題，並實現逼真的運動和吸引人的視頻。

　　此外，研究團隊提出的系統易於使用簡單的使用者之註釋創建合理的動畫，而無需參考視頻資料庫或機器學習模型，並允許具有最少專業知識的普通使用者探索引人注目的結果。

"更多研究介紹，請參閱研究實驗室網頁: http://graphics.csie.ncku.edu.tw/AnimatingImages

圖1.（a）在我們的系統中需要使用者的註釋（綠色曲線）來創建吸引人的結果，（b）在商業軟體Plotagraph中需要大量使用者的註釋（箭頭）

Generating Virtual Wire Sculptural Art from 3D Models

　最近另一研究Generating Virtual Wire Sculptural Art from 3D Models，(網址:http://graphics.csie.ncku.edu.tw/3D_Wire/)，研究團隊提出以三維模型產生線條藝術的方法。當藝術家在創造線條藝術時，會藉由觀察一個實體物品，根據物品的形狀來決定線條繞行的方式。而這項研究所提出的方法能夠利用物體的三維模型直接生成立體的線條藝術，此結果可以引導藝術家，作為線條繞行方式的參考。首先，使用三維的網格模型當作輸入，藉由研究團隊的計算方法取出網格上的邊，這些邊能夠組成許多條相互連接的線段，並且能夠大致地表現輸入模型的形狀。

       為了利用最少數量的連續線條繞行出物體的形狀，研究團隊將上個步驟所產生的線段連接起來，使線段依順序連接後可以成為一條更長的連續線條，為此研究團隊制訂了一個解多旅行推銷員問題的方法來實現。接著，研究團隊希望產生出來的線條可以盡量平滑，因此制訂了另一個最佳化問題，使所產生的線條能夠更自然。最後，利用這些平滑線條的資訊來建造出三維網格模型，模擬藝術家利用鋼絲所創造出來的線條藝術效果。此外，研究團隊提供了使用者介面，讓使用者能夠依據他們的喜好控制線條的繞行方式，產生出更符合所預期的結果。

圖 4. (A)恐龍三維模型 (B)單一線條恐龍藝術

　　加拿大插畫師派屈克插畫作品以2D線條的形式表現，平行的線條在各個區塊中堆疊，因線條不同的方向性、粗細變化、間隔距離疏密，使一張二維的創作產生跳出平面空間的2.5D/3D立體感，但此製作過程繁瑣，即使有複製貼上的工具，藝術家仍需一條條編輯條曲線的曲度、位置，才能夠完成一個作品，過程非常耗時。最近實驗室另一研究(如圖 5)將由線條的方向性設計開始下手，而後輔以使用者參數，提供互動創作的自由度，且有效率的電腦計算，能方便與互動讓使用者有效率創造出類似派屈克的作品或自己獨一無二的作品，達成繪製單一張俱2.5D/3D效果之加拿大插畫師派屈克插畫風格藝術插畫影像。

"更多研究介紹，請參閱研究實驗室網頁:http://graphics.csie.ncku.edu.tw/TVCG_hyp_art_2020/Demo.mp4

圖 5.本研究仿派屈克插畫線條風格,主要步驟:（a） 輸入作為參考的圖像。（b）圖像分割，然後是使用者互動的輸入一些筆劃（紅色）。（c） 根據筆劃為每個區域構建一個張量場，產生流線，等距放置，然後繪製為風格化的曲線。（d） 沿每個區域的邊界增加風格化的等高線，以強調表面形狀。