La matemática del peinado de cola de caballo publicada en un artículo de Physical Review Letters

¿Por qué es noticia un artículo publicado en Physical Review Letters que describe lo ya ampliamente conocido? Leo esto y no doy crédito: “Una nueva investigación de la Universidad de Cambridge ofrece la primera descripción matemática de la forma de un peinado tipo cola de caballo; podría tener implicaciones para la industria textil, la animación por ordenador y los productos de cuidado personal.” [Fuente] ¿Primera? ¿Útil en gráficos por ordenador? Lo siento, en gráficos todos llevamos observando cabellos en actores virtuales y colas de caballo desde que nació Pixar y los expertos llevamos viéndolos desde los trabajos pioneros de William T. Reeves en sistemas de partículas en 1983. Hoy, hasta mi hijo ha visto la película de Disney “Rapunzel” (“Tangled” en el original). De hecho yo puse hace años a un alumno a trabajar en la línea del artículo de Lieu-Hen Chen, Santi Saeyor, Hiroshi Dohi and Mitsuru Ishizuka, “A system of 3D hair style synthesis based on the wisp model,” The Visual Computer 15: 159-170, 1992. Para los interesados en los detalles, el nuevo artículo es Raymond E. Goldstein, Patrick B. Warren, and Robin C. Ball, “The Shape of a Ponytail and the Statistical Physics of Hair Fiber Bundles,” Phys. Rev. Lett. 108, 078101, February 13, 2012 [preprint gratis]; “Synopsis: Ponytail physics,” APS Physics, Feb. 13, 2012; “Science behind ponytail revealed,” BBC News, 3 February 2012.

Los físicos han determinado la forma de una cola de caballo teniendo en cuenta la rigidez de los cabellos, el efecto de la gravedad y la presencia al azar de rizos u ondulaciones en el cabello. Eso se lleva haciendo en gráficos por ordenador desde hace 30 años (al menos desde los primeros trabajos en cuerpos elásticos deformables de Demetri Terzopoulos, John Platt, Alan Barr y Kurt Fleischer [un paper del SIGGRAPH 1987]). Por supuesto, los físicos que publican en PRL introducen un “nuevo” número adimensional, el número de Rapunzel (no podía ser de otra forma) para predecir la geometría de la cola de caballo.

El profesor Raymond Goldstein (Universidad de Warwick) y sus colegas estarán muy contentos de haber redescubierto la rueda. ”Una ecuación muy simple capaz de resolver un problema que ha desconcertado a los científicos y artistas desde que Leonardo da Vinci estudió en sus cuadernos el asunto hace 500 años.” ¡Me quito el sombrero! ¡Qué descubrimiento!

Obviamente, es envidia. ¿Debo enviar a artículos a PRL con todos los descubrimientos de gráficos de los últimos 30 años? Como es obvio, los físicos no leen los artículos de gráficos por ordenador y no saben lo que se ha hecho en este campo (gracias al motor financiero de la industria cinematográfica y de juegos por ordenador). Lo mismo hasta me publican alguno.

6 Comentarios

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AuroraAurora

En España din dinero, y por ahí investigando el ángulo de los pechos, la cola de caballo…

David

Hola Francis,

Siento disentir en el sentido general del post, pero el campo del estudio de la física del pelo sigue estando muy activo (al menos en Computer Graphics). Todos los años hay nuevas aportaciones en SIGGRAPH, EUROGRAPHICS…
Parte del reto está en mejorar el realismo manteniendo un compromiso entre el coste computacional y la representabilidad de los modelos.
Aunque algunas demos como Nalu [http://www.youtube.com/watch?v=9K8masjDBrI] pusieron de manifiesto los primeros pasos para llevar a cabo estas simulaciones en tiempo real, todavía queda mucho camino por recorrer para poder presentar pelo realista (de verdad: rizos, colisiones, sombras, subsurface scattering…) en tiempo real.

Mi compañera de despacho lleva 6 años haciendo la tesis de este tema. Yo no soy experto, es posible que el artículo no merezca estar en esa revista, pero por nuestras conversaciones tengo claro que quedan muchos retos por conquistar en la simulación y representación de pelo.

emulenewsemulenews

Gracias, David. Me gustaría, si no es mucha molestia, que le preguntaras a tu compañera de despacho por el artículo publicado en PRL a ver qué le parece; en mi opinión no aporta nada nuevo, pero lo mismo ella ve entre líneas lo que yo soy incapaz de ver. Sin prisas y solo pido un par de frases.

Por otro lado, tienes razón en cuanto a que en gráficos por ordenador se sigue investigando… como es obvio. De hecho, para la película Rapunzel (2010) se desarrollan algunos algoritmos nuevos… Yo hace tiempo que estoy desconectado de este tema.

Joaquin

No es raro que se descubran las mismas cosas varias veces desde campos distintos. No leemos bastante ni de nuestro propio campo, como para estar al tanto de los vecinos… bueno, hablo en general, Francis si se lo lee todo (o casi). El “publish or perish” y la especificidad de los lenguajes en cada campo ha generado una explosion de trabajos irrelevantes y dificiles de entender (pero que no lo sbes hasta que lo has leido) que dificulta mucho estar autenticamente al dia. Es posible que sea una de esas reiteraciones

AngelaAngela

Hola Francis,
Como comenta mi compañero David, la simulación y renderizado de pelo sigue siendo un reto no sólo para la industria de los gráficos, el cine y la medicina. En los últimos años, se ha visto un creciente interés por la representación realista del pelo como se puede ver en los trabajos de Florence Bertails, Sunil Hadap, Sarah Tariq, Louis Bavoil entre otros. Se han utilizado modelos volumétricos, modelos explícitos representación fibras, con Splines, Nurbs, prismas, texturas volumétricas, si nos damos cuenta, el pelo es una fibra fina 1D que tiene que ser representada en un espacio 3D, además la simulación tiene que ser para miles y miles de fibras que siguen una trayectoria de movimiento que no es igual.

Por un lado, el cauce gráfico de las actuales arquitecturas gráficas no están preparado para procesar este tipo de geometría filiforme que está por debajo del pixel, y que no está basada en triángulos por tanto es muy complejo y costoso computacional. Un modelo que tenga entre 100.000 y 150.0000 pelos que son los que tenemos los seres humanos, además de la iluminación donde se trata de captar las propiedades ópticas del pelo.
No es suficiente con que las herramientas de modelado 3D, como por ejemplo Maya o 3DMax incluyan Plug-ins para crear personajes con pelo y crear su animación. Por esta razón es que en muchos videojuegos los personajes salen calvos, o en las películas de animación ponen objetos sobre la cabeza como sombreros. En la película Rapunzel el pelo se trató como un personaje más.

El método implementado que proponen es sencillo, en eso tiene razón a mi me parece un modelo interesante para velo más detenidamente pero no me que sea un modelo repetido, en la literatura de pelo no he visto este modelo, Sunil Hadap utiliza técnicas con stremlines y dinámica de fluidos en pelo pero con otra técnica diferente a la que presenta el profesor Rymond Golstein. Trabajos parecidos se pueden ver también en las técnicas visualización de tractografías como para la simulación de tejidos. Por tanto, creo que sigue siendo un campo muy extenso donde se seguirán haciendo aportaciones interesantes que además nos sirven para hacer representaciones de geometría filiforme similar al pelo. Un saludo.

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