Language
Country/Area
No result found
ضوضاء بيرلين: لماذا تجعل الرسومات الحاسوبية تبدو واقعية للغاية؟
تم استخدام ضوضاء بيرلين، التي قدمها كين بيرلين في عام 1983، على نطاق واسع في توليد الصور الحاسوبية منذ طرحها. سواء أكان الأمر يتعلق بتوليد التضاريس من الناحية الإجرائية، أو إضافة اختلافات شبه عشوائية إلى المتغيرات، أو المساعدة في إنشاء أنسجة الصورة، فقد أظهرت تقنية الضوضاء هذه قيمتها الفريدة. إذًا، ما هو بالضبط ضجيج بيرلين، ولماذا يجعل الصور المولدة بواسطة الكمبيوتر نابضة بالحياة؟
تعمل ضوضاء برلين على تمكين العناصر المرئية التي يتم إنشاؤها بواسطة الكمبيوتر، مثل أسطح الأشياء أو اللهب أو الدخان أو السحب، من محاكاة المظهر العشوائي للأنسجة الموجودة في الطبيعة بشكل أكثر طبيعية.
تاريخ ضوضاء بيرلين
ولدت ضوضاء برلين بسبب عدم رضا كين بيرلين عن المظهر الآلي للصور المولدة بالكمبيوتر في أوائل الثمانينيات. لقد شرح هذه التقنية رسميًا في ورقته البحثية SIGGRAPH عام 1985 بعنوان "Image Synthesizer". رافق تطوير هذه التكنولوجيا عمله في فيلم الرسوم المتحركة للخيال العلمي من إنتاج شركة ديزني ترون (1982).
يُذكر أن بالين فازت بجائزة الأوسكار للإنجاز الفني عام 1997 لإنشاء الخوارزمية تقديرًا لمساهمته في المؤثرات الخاصة للسينما والتلفزيون. يكمن وراء هذا الإنجاز الإلهام الذي جلبته ضوضاء بيرلين لفناني رسومات الكمبيوتر، باستخدام هذه التكنولوجيا لإعادة إنتاج تعقيد الظواهر الطبيعية بشكل أفضل.
لم يتقدم بيرلين بطلب للحصول على أي براءات اختراع بشأن الخوارزمية الخاصة به، ولكن في عام 2001، حصل على براءة اختراع بشأن الضوضاء البسيطة في الأبعاد ثلاثية الأبعاد وما فوق، وهي تقنية مصممة أيضًا لتحسين تركيب الضوضاء.
تطبيق ضوضاء بيرلين
باعتبارها مادة بدائية للتركيب الإجرائي، توفر ضوضاء بيرلين لفناني التأثيرات المرئية أدوات لتعزيز واقعية رسومات الكمبيوتر. على الرغم من أن هذه التقنية تقدم مظهرًا شبه عشوائي، إلا أن جميع التفاصيل المرئية تظل موحدة في الحجم، وهي خاصية تجعل من السهل التحكم فيها.
في رسومات الكمبيوتر، غالبًا ما يتم استخدام ضوضاء بيرلين للأنسجة المركبة، خاصة عندما تكون الذاكرة محدودة للغاية، كما هو الحال في العروض التقديمية. أصبحت التقنيات اللاحقة، مثل الضوضاء الكسورية والضوضاء البسيطة، مكونات قياسية في وحدات معالجة الرسومات.
يتم استخدام ضوضاء بيرلين على نطاق واسع في ألعاب الفيديو لإنشاء تضاريس طبيعية المظهر من الناحية الإجرائية.
تفاصيل الخوارزمية
يتكون تنفيذ ضوضاء بيرلين بشكل عام من ثلاث خطوات: تحديد شبكة من ناقلات التدرج العشوائي، وحساب المنتج النقطي بين متجه التدرج وإزاحته، والاستيفاء بين هذه القيم. من خلال هذه السلسلة من الحسابات، يمكن لضوضاء بيرلين أن تولد تأثيرات ذات مظهر طبيعي بأبعاد متعددة.
تعريف الشبكة
أولاً، حدد شبكة ذات أبعاد n، حيث يكون لكل تقاطع في الشبكة متجه تدرج ثابت لطول وحدة عشوائية ذات أبعاد n. بالنسبة للحالة أحادية البعد، تكون هذه التدرجات عبارة عن عدديات عشوائية من −1 إلى 1.
حساب الضرب النقطي
عندما يكون من الضروري حساب قيمة نقطة مرشحة، ابحث أولاً عن وحدة الشبكة الفريدة التي تنتمي إليها النقطة، ثم حدد نقطتي الزاوية 2n للوحدة ومتجهات التدرج الخاصة بها. احسب متجه الإزاحة لكل نقطة زاوية ستشير من نقطة الزاوية تلك إلى النقطة المرشحة. بعد ذلك، لكل نقطة زاوية، احسب حاصل الضرب النقطي بين متجه التدرج ومتجه الإزاحة.
في الشبكة ثنائية الأبعاد، يجب حساب أربعة متجهات إزاحة وأربعة منتجات نقطية، بينما في ثلاثة أبعاد يجب حساب ثمانية.
حساب الاستيفاء
الخطوة الأخيرة هي استكمال منتجات النقطة 2n. تتطلب وظيفة الاستيفاء المستخدمة في هذه الخطوة أن يكون المشتق الأول (وحتى المشتق الثاني) عند عقد الشبكة 2n صفرًا. وهذا يعني أن المظهر المميز لضوضاء بيرلين ينشأ من خاصية تمرير الصفر عند كل عقدة.
احتمالات المستقبل
يزداد تعقيد ضوضاء بيرلين مع زيادة الأبعاد، ولكن مع تعميق البحث، تظهر باستمرار خوارزميات جديدة مثل ضوضاء Simplex وضوضاء OpenSimplex، وقد تم تصميم هذه التقنيات لتحسين الأداء وتعزيز الشعور الطبيعي بالرسومات. بالنسبة لتكنولوجيا توليد الرسومات المستقبلية، لا يزال هناك الكثير من الاستكشاف والابتكار قيد التقدم.
لذلك، بينما نواجه صورًا واقعية بشكل متزايد يتم إنشاؤها بواسطة الكمبيوتر في المستقبل، كيف ستستمر ضوضاء بيرلين في التأثير على تطوير هذا المجال؟
