MITのMeschersツール：不可能物体を可視化・編集

MITのコンピューター科学・人工知能研究所（CSAIL）の研究者たちは、「Meschers」と呼ばれる新しいツールを開発しました。このツールは、M.C.エッシャーの心を揺さぶる芸術作品を彷彿とさせる、物理法則に逆らう幾何学的な「不可能物体」の視覚化と操作を可能にします。

従来、コンピューターグラフィックスの科学者やデザイナーは、これらの錯視を3Dで再現するために、実際の形状を曲げたり切断したりして正確な角度に配置するといった物理的な工夫に頼るしかありませんでした。このアプローチには大きな限界があります。構造の滑らかさや照明を変更すると、その真の、物理的に可能な性質が明らかになり、正確な幾何学分析には不向きでした。

Meschersは、画像や3Dモデルを「2.5次元」構造に変換することで、独自の解決策を提供します。この革新的な表現は、人間がこれらの不可能図形をどのように知覚するかをモデル化します。このツールは、全体的な一貫性を強制するのではなく、オブジェクトの各部分の「局所的な一貫性」に焦点を当てます。つまり、全体が現実には存在しなくても、個々のセクションはもっともらしく見えるということです。Meschersは、画像のx座標とy座標、および隣接するピクセル間の深度（z座標）の違いを把握することで機能します。これにより、ツールは不可能物体を間接的に推論し、操作することができます。重要なことに、ユーザーは錯視を維持したまま、これらのユニークな幾何学形状を再照明したり、滑らかにしたり、研究したりすることができます。

Meschersの多機能性は、いくつかの分野で新たな道を開きます。幾何学の研究者にとっては、「測地線」（不可能に湾曲した表面上の2点間の最短距離）のような複雑な計算を容易にし、「熱拡散」（そのようなオブジェクト全体で熱がどのように放散するか）をシミュレートすることができます。アーティストやコンピューターグラフィックスの科学者は、まったく新しい種類の形状を探求し、複数の次元で物理法則に逆らうデザインを作成できるようになります。さらに、知覚科学者はこのツールを使用して、オブジェクトが人間の知覚においてもっともらしいものから真に不可能なものへと移行する正確な点をよりよく理解することができます。

主任著者でありMITの博士課程学生であるアナ・ドディックは、現実の複製を超越するコンピューターグラフィックスツールの設計を目指していると述べました。「Meschersを使用することで、アーティストがコンピューターで作業するための新しい種類の形状を解き放ちました」と彼女は語りました。CSAILの准教授であり上級著者であるジャスティン・ソロモンは、「Meschersは、コンピューターグラフィックスツールが物理的現実のルールに制約される必要がないことを示しています。信じられないことに、Meschersを使用するアーティストは、現実世界では決して見つけることのできない形状について推論することができます」と付け加えました。

チームは、熱拡散をシミュレートするための「インポッシバゲル」（物理的に不可能な方法で陰影が付けられたベーグル）や、錯視を維持しながら陰影を微調整する能力を示すためのスケートボードに乗った犬のモデルなど、さまざまな不可能物体でツールの機能を実証しました。Meschersは、より正確な計算のためにこれらの構造を細分化したり、視覚的な欠陥を減らしたり、さらには「逆レンダリング」を通じて不可能物体の描画や画像を高次元のデザインに変換したりすることもできます。

この研究は、8月に開催されるSIGGRAPH会議で発表される予定です。今後、ドディックと彼女の同僚は、よりユーザーフレンドリーなインターフェースを開発し、より精巧なシーンを構築し、知覚科学者と協力してより広範なアプリケーションを探求する計画です。