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ケン・パーリンがパーリンノイズの発明でオスカー賞を受賞したことをご存知ですか？
1983 年、ケン・パーリンはパーリン ノイズと呼ばれる特殊なタイプのノイズを発明しました。このタイプのノイズは、コンピュータ グラフィックスにおいて、特に自然なシーンやアニメーションを生成するときに幅広く応用され、リアルな物理的効果を効果的に作成するのに役立ちます。パーリン ノイズは、地形を生成したり、変数に疑似ランダムな変更を加えたり、画像テクスチャを更新したりするために使用できます。この投稿では、Perlin ノイズの背景、用途、重要性について詳しく説明します。
歴史
ケン・パーリン氏がこの作品を創作するきっかけとなったのは、当時のコンピューター生成画像 (CGI) の機械的な感じに対する不満でした。 1985 年、彼は SIGGRAPH カンファレンスで「An Image Synthesizer」と題する論文を正式に発表し、Perlin ノイズについて詳細に説明しました。彼の成長は、ディズニーの1982年のコンピューターアニメーションSF映画『トロン』の仕事に部分的に影響を受けた。パーリン氏は、その技術の開発に続き、コンピューター生成の表面に自然に見えるテクスチャを作成する技術への貢献により、1997 年にアカデミー賞を受賞しました。
「パーリンノイズの開発以来、コンピュータグラフィックスアーティストは自然現象の複雑さをよりリアルに表現できるようになりました。」
目的
パーリン ノイズは、コンピュータ グラフィックスのリアリティを徐々に高めるグラデーション ノイズとして使用される手続き型テクスチャ要素です。この機能は疑似ランダムな性質を持ちますが、表示される詳細はすべて一貫したサイズです。この特性により、操作が非常に制御しやすくなり、アーティストは Perlin ノイズの複数のスケールされたコピーを数式に挿入して、さまざまな手続き型テクスチャを作成できます。パーリン ノイズを使用して生成された合成テクスチャは、表面、火、煙、雲などのコンピューターで生成された視覚要素をより自然に見せるために、CGI でよく使用されます。
アルゴリズムの詳細
パーリン ノイズは通常、2 次元、3 次元、または 4 次元で実装されますが、実際には任意の次元で定義できます。実装には通常、ランダム勾配ベクトルのグリッドの定義、勾配ベクトルとそのオフセットのドット積の計算、およびこれらの値間の補間という 3 つのステップが含まれます。
グリッド定義
各グリッド交差点がランダムな n 次元単位長さの勾配ベクトルに関連付けられている n 次元グリッドを定義します。このランダム化により、自然なテクスチャ効果を作成できます。
ドット積
候補点の値を計算するには、まずその点が位置する一意のグリッドセルを見つけ、次にセルの2^n個のコーナーとそれに関連する勾配ベクトルを特定し、各コーナーのオフセットベクトルを計算して、各コーナーの勾配ベクトル。各コーナーの勾配ベクトルのドット積は、オフセット ベクトルを使用して計算されます。各グリッドコーナーの影響は距離とともに増大します。つまり、オフセット ベクトルの正規化操作によって大幅な急激な変化が生じる可能性があるため、補間手順で距離を考慮することがより重要になります。
補間
最後のステップは、これらのドット積を補間することです。これは、2^n グリッド ノードで 1 次導関数がゼロである関数を使用して行われるため、各グリッド ノードの近くでは、出力はノードの勾配ベクトルとバイアス ベクトルのドット積に近似します。
複雑「パーリン ノイズは、すべてのノードで 0 を通過するという特徴があり、それが独特の外観を生み出します。」
ノイズ関数の各評価では、グリッド セルを含む各ノードで位置と勾配ベクトルのドット積を計算する必要があります。したがって、次元が増加してコンテキストが増加すると、Perlin ノイズの複雑さは O(2^n) になります。 Perlin ノイズは依然として計算において重要な役割を果たしていますが、計算効率が向上した同様の結果を提供する Simple Noise や OpenSimplex Noise などの新しい代替手段が登場しています。
パーリン ノイズの発明は、視覚効果の作成方法を変えただけでなく、コンピューターで生成された画像に対する理解にも影響を与え続けています。将来、テクノロジーはデジタル世界で自然現象を再現する能力をどのようにさらに高めていくのでしょうか?
