A unified approach to grown structures

Design Patterns, Erklärungen zu Algorithmen, Optimierung, Softwarearchitektur
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Wenn das Problem mit einer Programmiersprache direkt zusammenhängt, bitte HIER posten.

A unified approach to grown structures

Beitragvon Zudomon » 19.07.2017, 08:14

Mir ist da dieses Video untergekommen:



Durch prinzipiell einfache Funktionen werden nach einigen Iterationen sehr komplexe Modelle geformt. Ich finde das sehr krass und vieles erinnert direkt an Beispiele aus der Natur. Allerdings frage ich mich, wie das im Detail funktioniert. Was mich vor allem grundsätzlich erstmal interessieren würde, auf welcher Basistechnologie es beruht. Damit meine ich, wird dort auf Dreiecksnetzen gearbeitet, oder doch eher implizite Oberflächen, die anschließend trianguliert werden. Oder noch was ganz anderes? Und wie wird die Eigenkollision beachtet?
Kennt sich jemand damit aus oder hat Vermutungen, was dahinter stecken könnte?
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Re: A unified approach to grown structures

Beitragvon Alexander Kornrumpf » 19.07.2017, 09:28

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Re: A unified approach to grown structures

Beitragvon Zudomon » 19.07.2017, 09:33

Hätte ich den Link gesehen, hätte ich nicht gefragt...
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Re: A unified approach to grown structures

Beitragvon Krishty » 19.07.2017, 12:31

Echt, Zudo!

Videobeschreibung hat geschrieben:https://www.behance.net/gallery/21605971/Neri-Oxman-Wanderers

https://www.behance.net/gallery/21605971/Neri-Oxman-Wanderers hat geschrieben:In this project we collaborated with artist, scientist, researcher Prof. Neri Oxman from the MIT Media Lab and the Mediated Matter Group to create four grown and 3d printed wearables.

Mediated Matter Group hat geschrieben:Publications

Publications hat geschrieben:2016 Grown, Printed, and Biologically Augmented: An Additively Manufactured Microfluidic Wearable, Functi
Bader, C., Patrick, W., Kolb, D., Hays, S., Keating, S., Sharma, S., Dikovsky, D., Belocon, B., Weaver, J., Silver, P., and Oxman, N., Journal of 3D Printing and Additive Manufacturing, Volume 3, Number 2, 2016, Pp. 79-89

Ein Bisschen mehr detektivischer Spürsinn dürft’s schon sein ;)
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Re: A unified approach to grown structures

Beitragvon Zudomon » 19.07.2017, 13:23

Ihr habt recht, also löscht den Thread doch einfach wieder.
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Re: A unified approach to grown structures

Beitragvon Krishty » 19.07.2017, 13:45

Naja; wir können hier doch gut über’s Paper selber reden, falls Fragen aufkommen … ich würd’s auch gern durcharbeiten, aber heute wird das wohl nichts mehr :(
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Re: A unified approach to grown structures

Beitragvon Schrompf » 19.07.2017, 13:59

Sieht cool aus! Danke für den Link. Sehe aktuell allerdings nicht, welchen Nutzen es über das Cool-Aussehen hinaus haben könnte.
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Re: A unified approach to grown structures

Beitragvon Alexander Kornrumpf » 19.07.2017, 14:06

Zudomon hat geschrieben:Ihr habt recht, also löscht den Thread doch einfach wieder.


Why so serious? Du hast doch deine Frage beantwortet bekommen, oder?

Krishty hat geschrieben:Naja; wir können hier doch gut über’s Paper selber reden, falls Fragen aufkommen … ich würd’s auch gern durcharbeiten, aber heute wird das wohl nichts mehr :(


Tendenziell würde ich (nach einmaligem Überfliegen) abraten, die Zeit zu investieren. Ich glaube da gibt es andere Papiere zu design/engineering by genetic algorithm, die technisch insgesamt spannender sind. Die coolen Kinder benutzen heute ja sowieso KNN für sowas. Oder in der Sprache unserer Zeit: "These 10 Weirdly Alien Designs were Dreamt up by Computers. Number 8 will Blow Your Mind"
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Re: A unified approach to grown structures

Beitragvon Chromanoid » 19.07.2017, 14:10

@Zudomon: Ich hab übrigens schon bei behance aufgeben nach der Quelle zu suchen und mich darüber aufgeregt, dass die das Paper so versteckt haben...

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Re: A unified approach to grown structures

Beitragvon Alexander Kornrumpf » 19.07.2017, 14:14

Chromanoid hat geschrieben:@Zudomon: Ich hab übrigens schon bei behance aufgeben nach der Quelle zu suchen und mich darüber aufgeregt, dass die das Paper so versteckt haben...


Auf die Gefahr hin mal wieder das Offensichtliche zu verraten, man findet das Paper stressfrei, indem man den Titel des hier verlinkten Videos googlet. An einem behance bin ich dabei nicht vorbeigekommen.
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Re: A unified approach to grown structures

Beitragvon Zudomon » 19.07.2017, 14:29

Alexander Kornrumpf hat geschrieben:
Zudomon hat geschrieben:Ihr habt recht, also löscht den Thread doch einfach wieder.


Why so serious? Du hast doch deine Frage beantwortet bekommen, oder?

Ja, aber wie... vielleicht fehlt dir aber auch einfach Empathie.
So wie du es ausdrückst, impliziert das, dass der Thread überflüssig ist, weil meine Fragen schon im Paper (!), welches man über Umwege (!) bekommt, beantwortet werden.

Ist das hier ein Forum, wo wir Fragen stellen und gemeinsam die Welt entdecken können, oder wo wir vorher gefälligst zu recherchieren haben, ob es zu einem Video auch Paper gibt, die wir dann durch arbeiten müssen, bevor wir einen Thread erstellen?

Schrompf hat geschrieben:Sieht cool aus! Danke für den Link. Sehe aktuell allerdings nicht, welchen Nutzen es über das Cool-Aussehen hinaus haben könnte.

Siehste Alex, hätte ich mir die Mühe gemacht, mich da durchzuwühlen, dann hätte ich diesen Thread nicht erstellt und Schrompf hätte das Video nicht gesehen! :D

Krishty hat geschrieben:Naja; wir können hier doch gut über’s Paper selber reden, falls Fragen aufkommen … ich würd’s auch gern durcharbeiten, aber heute wird das wohl nichts mehr :(

War nicht ernst gemeint, mit dem löschen... falls du das Paper durcharbeitest, wäre es toll, wenn du hier das Prinzip umreißen könntest, damit auch ein Laie wie ich verstehe, was die da machen :D
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Re: A unified approach to grown structures

Beitragvon Chromanoid » 19.07.2017, 15:53

Alexander Kornrumpf hat geschrieben:
Chromanoid hat geschrieben:@Zudomon: Ich hab übrigens schon bei behance aufgeben nach der Quelle zu suchen und mich darüber aufgeregt, dass die das Paper so versteckt haben...
Auf die Gefahr hin mal wieder das Offensichtliche zu verraten, man findet das Paper stressfrei, indem man den Titel des hier verlinkten Videos googlet. An einem behance bin ich dabei nicht vorbeigekommen.
Irgendwie bin ich von diesen Videos zu Papers gewohnt, dass da in der Videobeschreibung ein Link zur Publikation o.Ä. steckt. Als ich dem Link dann gefolgt bin, kam ich nur zu der blöden Portfolio-Seite... Das anders zu probieren kam mir irgendwie gar nicht in den Sinn, obwohl es natürlich sehr naheliegend ist - naja so wichtig war das Finden des Papers mir auch nicht... ;)
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Re: A unified approach to grown structures

Beitragvon Alexander Kornrumpf » 19.07.2017, 18:37

Zudomon hat geschrieben:Ja, aber wie... vielleicht fehlt dir aber auch einfach Empathie.


Vielleicht bleibst du mal sachlich.

So wie du es ausdrückst, impliziert das, dass der Thread überflüssig ist, weil meine Fragen schon im Paper (!), welches man über Umwege (!) bekommt, beantwortet werden.

Ist das hier ein Forum, wo wir Fragen stellen und gemeinsam die Welt entdecken können, oder wo wir vorher gefälligst zu recherchieren haben, ob es zu einem Video auch Paper gibt, die wir dann durch arbeiten müssen, bevor wir einen Thread erstellen?


In meiner Welt ist es kein Umweg nach einem Paper zu googlen (und es sind literally drei klicks ab google). Ich weiß nicht was die Ausrufezeichen mir sagen sollen. Du scheinst Besonderheiten hervorheben zu wollen, die ich nicht als solche sehe.

Die Frage ob der Thread damit überflüssig ist oder nicht und welche Threads man erstellen darf interessiert mich nicht. Meinen Lebensbedarf an Diskussion über solche Meta-Fragestellungen habe ich vor 15 Jahren in eben diesem Forum abgearbeitet.

... falls du das Paper durcharbeitest, wäre es toll, wenn du hier das Prinzip umreißen könntest, damit auch ein Laie wie ich verstehe, was die da machen


Was genau erwartest du da? Er kann doch auch nichts anderes machen, als das wiederzugeben, was er im Paper liest. Und ich vermute mal stark, dass er auf dem Gebiet von 3D gedruckten Kleidungsstücken als Habitat für Mikroben genauso Laie ist, wie du. Es ist halt ein abgefahrenes Spiezialthema. Was ist dir denn nach der Lektüre des Papiers weiterhin unklar?
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Re: A unified approach to grown structures

Beitragvon joggel » 20.07.2017, 08:20

Also ich würde gerne etwas über den Inhalt das Paper erfahren, da ich schwierigkeiten habe das Paper zu verstehen :)
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Re: A unified approach to grown structures

Beitragvon joeydee » 20.07.2017, 08:32

Interessant ist für uns wohl vor allem der Part, wie der digitale Wachstumsprozess verwirklicht ist. Nach erstem Überfliegen gebe ich mal wieder was hängengeblieben ist (gerne korrigieren wenn falsch):
- Die Geometrie wird in eine repräsentative Punktwolke umgesetzt (z.B. Liniensegmente als Mitten-Punkte).
- Aus der Punktwolke wird in ein SDF generiert.
- Aus den Informationen von Punktwolke/SDF wird offensichtlich ein Displacement für jeden Vertex der Originalgeometrie berechnet oder ein gegebener Displacement-Vektor je Vertex beeinflusst. Mir scheint, das SDF löst dann das Problem der Eigenkollision irgendwie "for free" wenn nach den Formeln aus dem Paper angewendet. Das wäre der Punkt, der mal genauer beleuchtet werden müsste.
- Das Displacement wird auf die Ursprungsgeometrie angewendet und "refined" - Punkte ergänzt, Retopology mit möglichst gleichen Abständen.
- Wieder von vorn.

Auch wenn ich dieses Projekt im speziellen jetzt nicht sooo prickelnd finde - künstlich "gewachsene" Strukturen als Werkstoffe einzusetzen hielt ich schon immer für innovativ. Leicht, Redundanz in der Struktur (Fehlertoleranz, Kraftverteilung, Resistenz), und wenn ich die hohlen Kanäle sehe denke ich da nicht an das Befüllen mit Mikroben, sondern eher an ein selbstreparierendes Material. Statt so nen abtörnenden Pilz-Tanga, lass lieber mal ne "Mushbridge" wachsen die sich der Belastung anpasst und ihre Wartungsarbeiten selbst erledigt.
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Re: A unified approach to grown structures

Beitragvon joggel » 20.07.2017, 09:14

Was ist SDF?
Habe mal gegoogelt, aber finde keinen passenden Zusammenhang^^
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Re: A unified approach to grown structures

Beitragvon Zudomon » 20.07.2017, 09:25

@Joggel
Ja, geht mir genauso. Englisch bereitet mir schon leichte Schwierigkeiten, dazu verstehen, was die da überhaupt machen. Und ich habe auch mal gehört, dass diese Paper zwar oft den Zweck der Publikation erfüllen, aber man trotzdem an manchen stellen schwammig bleibt, einfach damit es nicht so leicht nachgemacht werden kann. Oder man einfach mal nen klitzekleinen Fehler einbaut, der dann dazu führt, dass etwas nicht hin haut. Oder wichtige Infos einfach unter dem Tisch fallen.

@joeydee
Vielen dank für das zusammenfassen.
Wäre natürlich krass, wenn die Eigenkollsion tatsächlich durch das SDF gelöst wird.
Ja, ich bin natürlich weder an Mikrobenwachstum, noch an Kleidungsstücke interessiert. Aber die Strukturen, die da raus kommen, sind hochgradig natürlich. Wie will man z.B. prozedural eine Koralle erzeugen? Scheint da ganz einfach zu gehen, indem man die richtigen Stellen "wachsen" lässt.
Ich kann ja mal sagen, was ich in den Strukturen sehe:
1. erinnert mich an Tumore, Muttermale. Vielleicht auch eine Pilzart
2. Eindeutig Gedärme... will man ein Objekt erzeugen, was wie ein Darm aussieht, muss man das wohl einfach nur so in einer Bauchhöhle wachsen lassen :D
3. Pilze, Seetang
5. Mineralien
6. Blattadern
7. Irgend eine Pflanze, die wahrscheinlich auch eher Pilz ist...
8. Pilze
9. Korallen, vielleicht auch eine Moospflanze, wenn man es etwas Varriert
11. Korallen
14. Korallen
15. Bakterienkollonie
Also ich denke schon, dass gerade in dem Bereich, den ich da mache, dass äußerst interessant ist. Ich sehe das als gutes Grundwerkzeug, was sich sicher auf viele andere Dinge noch anwenden lässt.
Mal sehen, ob ich das in nächster Zeit auch mal ausprobieren werde. :D
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Re: A unified approach to grown structures

Beitragvon Zudomon » 20.07.2017, 09:29

joggel hat geschrieben:Was ist SDF?
Habe mal gegoogelt, aber finde keinen passenden Zusammenhang^^

Signed Distance Field. Wenn man ein SDF rendert, kann man durch einfache Ausdrücke irre komplexe Strukturen erzeugen.
Dabei werden Formeln angewendet, die dir zu einer Struktur den Abstand geben... also etwas anders, als Raytracing, wo man den Schnittpunkt mit der Fläche berechnet. Hat man eine Kugel in einem SDF beschrieben, so kann man an jeder Raumposition sagen, wie weit es zu dessen Oberfläche weg ist. Damit kann man dann auch sehr einfach Ambient Occlusion, Schatten und weiche Schatten berechnet, ohne öfter Sampeln zu müssen.
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Re: A unified approach to grown structures

Beitragvon Krishty » 20.07.2017, 09:35

Alexander Kornrumpf hat geschrieben:Und ich vermute mal stark, dass er auf dem Gebiet von 3D gedruckten Kleidungsstücken als Habitat für Mikroben genauso Laie ist, wie du.
Zufällig ist 3D-Druck mit SDFs meine berufliche Expertise ;) Die Erklärungen müssen aber noch mindestens bis zum Wochenende warten.
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Re: A unified approach to grown structures

Beitragvon Zudomon » 20.07.2017, 10:00

Krishty hat geschrieben:
Alexander Kornrumpf hat geschrieben:Und ich vermute mal stark, dass er auf dem Gebiet von 3D gedruckten Kleidungsstücken als Habitat für Mikroben genauso Laie ist, wie du.
Zufällig ist 3D-Druck mit SDFs meine berufliche Expertise ;) Die Erklärungen müssen aber noch mindestens bis zum Wochenende warten.

Auch auf die Gefahr hin, das offensichtliche zu verraten, dem guten Alexander scheint entgangen zu sein, dass es mir nicht um "3D gedruckte Kleidungsstücke als Habitat für Mikroben" geht, sondern um das "wachsen von 3D Modellen" :lol:
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Re: A unified approach to grown structures

Beitragvon Alexander Kornrumpf » 20.07.2017, 11:35

Krishty hat geschrieben:
Alexander Kornrumpf hat geschrieben:Und ich vermute mal stark, dass er auf dem Gebiet von 3D gedruckten Kleidungsstücken als Habitat für Mikroben genauso Laie ist, wie du.
Zufällig ist 3D-Druck mit SDFs meine berufliche Expertise ;) Die Erklärungen müssen aber noch mindestens bis zum Wochenende warten.


Das ist in der Tat ein glücklicher Zufall. Aber wenn du jetzt gesagt hättest, dass auch Kleidungsstücke und Mikroben zu deiner Expertise gehören, wäre ich doch überrascht gewesen.

Zudomon hat geschrieben:
Krishty hat geschrieben:
Alexander Kornrumpf hat geschrieben:Und ich vermute mal stark, dass er auf dem Gebiet von 3D gedruckten Kleidungsstücken als Habitat für Mikroben genauso Laie ist, wie du.
Zufällig ist 3D-Druck mit SDFs meine berufliche Expertise ;) Die Erklärungen müssen aber noch mindestens bis zum Wochenende warten.

Auch auf die Gefahr hin, das offensichtliche zu verraten, dem guten Alexander scheint entgangen zu sein, dass es mir nicht um "3D gedruckte Kleidungsstücke als Habitat für Mikroben" geht, sondern um das "wachsen von 3D Modellen" :lol:


Wir warten vielleicht wirklich besser ab, was Krishty zu sagen hat, aber nach meiner laienhaften Einschätzung ist der hier präsentierte Ansatz nicht der optimale Ausgangspunkt für irgendwas anderes als das was die da gemacht haben, weil eben, ich sagte es schon, das alles sehr speziell ist. Wahrscheinlich dürfte es sich eher lohnen mal von den dort genannten Quellen 9-11 aus weiterzusuchen, insbesondere das SIGGRAPH Paper[11] sollte schon allein dem Outlet nach deutlich näher an deinen Interessen liegen.

Im Übrigen hast du wohl Recht, dass die ein bisschen geizig mit den Informationen sind, die dich vermutlich am meisten interessieren, aber ausgerechnet deine eingangs gestellten Fragen sind halt, nach meinem Verständnis, beantwortet.
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Re: A unified approach to grown structures

Beitragvon joeydee » 20.07.2017, 15:17

Zudomon hat geschrieben:Wäre natürlich krass, wenn die Eigenkollsion tatsächlich durch das SDF gelöst wird.

Ich denke mal (eine Kette aus Liniensegmenten auf einer Fläche betrachtend), da ja jedes Liniensegment einem "Hügel" im SDF entspricht: Wenn sich die Displacementvektoren einfach entlang des Gradienten (also das Gefälle den "Hügel" hinunter) bewegen, dann werden die Vertices der Kette mehr oder weniger automatisch durch die "Täler" des SDF "gedrückt". Dadurch dürfte dieses "Ausweichen" und Zusammenfalten zustandekommen, so müsste man eine Fläche bzw. einen Raum mit einem Darm-/Pilz-/Korall-/Flechtengebilde zuwuchern lassen können. Die Linienmitten wirken praktisch wie ein abstoßendes Kraftfeld auf die Vertices, und wenn eine Linie zu groß wird oder zwei Segmente zu spitz zusammenstoßen, wird das über die Retopologie abgefangen, danach ein neues SDF für den nächsten Schritt generiert. Muss ich mal ausprobieren ob das schon als Grundregel ausreicht, oder ob sich da die Vertices irgendwann selbst überholen. Jedenfalls scheint mir sowas aber im Kern drinzustecken.
Entsprechend funktioniert das auch für Dreiecke und das Wachstum von Blasengebilden. Der Rest dürften einfach Parameter sein, z.B. gebunden an eine Oberfläche/Raumgrenze, lokale Vorzugsrichtungen, und vielleicht räumliche oder gar vererbbare Wachstumsparameter usw.
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Re: A unified approach to grown structures

Beitragvon Alexander Kornrumpf » 20.07.2017, 15:44

joeydee hat geschrieben:
Zudomon hat geschrieben:Wäre natürlich krass, wenn die Eigenkollsion tatsächlich durch das SDF gelöst wird.

Ich denke mal (eine Kette aus Liniensegmenten auf einer Fläche betrachtend), da ja jedes Liniensegment einem "Hügel" im SDF entspricht: Wenn sich die Displacementvektoren einfach entlang des Gradienten (also das Gefälle den "Hügel" hinunter) bewegen, dann werden die Vertices der Kette mehr oder weniger automatisch durch die "Täler" des SDF "gedrückt". Dadurch dürfte dieses "Ausweichen" und Zusammenfalten zustandekommen, so müsste man eine Fläche bzw. einen Raum mit einem Darm-/Pilz-/Korall-/Flechtengebilde zuwuchern lassen können. Die Linienmitten wirken praktisch wie ein abstoßendes Kraftfeld auf die Vertices, und wenn eine Linie zu groß wird oder zwei Segmente zu spitz zusammenstoßen, wird das über die Retopologie abgefangen, danach ein neues SDF für den nächsten Schritt generiert. Muss ich mal ausprobieren ob das schon als Grundregel ausreicht, oder ob sich da die Vertices irgendwann selbst überholen. Jedenfalls scheint mir sowas aber im Kern drinzustecken.
Entsprechend funktioniert das auch für Dreiecke und das Wachstum von Blasengebilden. Der Rest dürften einfach Parameter sein, z.B. gebunden an eine Oberfläche/Raumgrenze, lokale Vorzugsrichtungen, und vielleicht räumliche oder gar vererbbare Wachstumsparameter usw.


So habe ich es auch verstanden. Und aus dem Handgelenk scheint mir, dass die Magie in den Parametern steckt und nicht in dem Algorithmus an sich.
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Re: A unified approach to grown structures

Beitragvon joeydee » 20.07.2017, 20:40

growth02.jpg

growth03.jpg


Schnelles Proof of Concept, ziemlich Brute Force und nicht ganz wasserdicht mit der Selbstkollision, aber der Ansatz (Distance Field als Korrektur- und Abbruchfunktion gegen Selbstkollision) scheint richtig.
Weiß: Die Liniensegment-Kette.
Blau: lokal begrenzte kreisförmige Distanzfunktion je Segmentmitte.
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Re: A unified approach to grown structures

Beitragvon Zudomon » 20.07.2017, 20:52

Sehr gut!
Vielleicht kannst du es noch verbessern, wenn du auf einem Liniensegment mehr Kugeln verteilst...
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