MIT Meschers工具：可视化并编辑“不可能的物体”

麻省理工学院计算机科学与人工智能实验室（CSAIL）的研究人员开发了一种名为“Meschers”的新型工具，它能够可视化和操纵“不可能的物体”——这些几何形状违背了物理定律，让人联想到M.C.埃舍尔那些令人费解的艺术作品。

传统上，计算机图形科学家和设计师只能通过物理上的变通方法在3D中再现这些视错觉，例如弯曲或切割真实形状并将其放置在精确的角度。这种方法存在显著局限性：改变结构的平滑度或光照会揭示其真实、物理上可能的性质，使其不适合精确的几何分析。

Meschers通过将图像和3D模型转换为“2.5维”结构，提供了一种独特的解决方案。这种创新的表示方式模拟了人类如何感知这些不可能的形状。该工具没有强制全局一致性，而是专注于对象部分的“局部一致性”——这意味着即使整体在现实中无法存在，单个部分看起来也合乎情理。在幕后，Meschers通过了解图像的x和y坐标，以及相邻像素之间深度（z坐标）的差异来工作。这使得该工具能够间接推断和操纵不可能的物体。至关重要的是，它使用户能够在保持其视错觉的同时，重新打光、平滑和研究这些独特的几何体。

Meschers的多功能性开辟了多个领域的新途径。对于几何学研究人员来说，它可以促进复杂的计算，如“测地线”（不可能的弯曲表面上两点之间的最短距离）和模拟“热扩散”（热量如何在此类物体上消散）。艺术家和计算机图形科学家现在可以探索一整类全新的形状，创建多维度中反物理的设计。此外，感知科学家可以利用该工具更好地理解物体在人类感知中从合理到真正不可能的精确转变点。

首席作者、麻省理工学院博士生安娜·多迪克（Ana Dodik）表达了她设计超越现实复制的计算机图形工具的目标。她表示：“通过使用Meschers，我们为艺术家解锁了一类全新的形状，供他们在计算机上创作。”资深作者、CSAIL副教授贾斯汀·所罗门（Justin Solomon）补充道：“Meschers展示了计算机图形工具不必受物理现实规则的约束。令人难以置信的是，使用Meschers的艺术家可以推断出我们在现实世界中永远找不到的形状。”

该团队已在各种不可能的物体上展示了该工具的功能，包括一个“不可能的百吉饼”（以物理上不可能的方式着色的百吉饼）来模拟热扩散，以及一个滑板上的狗模型，以展示其在保持视错觉的同时调整着色的能力。Meschers还可以细分这些结构以进行更精确的计算，减少视觉缺陷，甚至通过“逆向渲染”将不可能物体的图纸和图像转换为高维设计。

这项研究将于八月在即将举行的SIGGRAPH会议上展示。展望未来，多迪克和她的同事计划开发更用户友好的界面，构建更复杂的场景，并与感知科学家合作探索更广泛的应用。