L’essenza dell’immagine 3D
Per capire esattamente l’essenza dell’immagine 3D è necessario concepire la grafica computerizzata
3D come una rappresentazione bidimensionale di un mondo tridimensionale virtuale.
Per comprendere meglio questo concetto, si provi ad immaginare di avere una videocamera e di
riprendere una stanza intorno a noi.
Mentre ci si muove nella stanza, si incontrano vari oggetti tridimensionali, ma quando si riguarda il
filmato al videoregistratore, si vede un immagini bidimensionale piatta che rappresenta il mondo
tridimensionale che si è visto in precedenza.
La scena appare realistica grazie alle luci e alle ombre, che le danno vita e profondità
tridimensionale, pur rimanendo bidimensionale, incorniciata nel quadro rappresentato dal monitor
in cui lo si sta osservando.
Nella grafica computerizzata, gli oggetti esistono solo nella memoria del computer; non hanno una
forma fisica, sono solo formule matematiche e algoritmi che ci fornisco una percezione spaziale
dell’oggetto rappresentato; il cyberspazio (come viene comunemente definito lo spazio sintetico
creato dal computer) si differenzia dallo spazio reale fisico in quanto esiste solamente all’interno del
software. [1]
Al giorno d’oggi con la computer grafica. si è in grado di simulare appieno diverse caratteristiche
che appartengono all’ambito del reale: materiali di diversa proprietà, luci, dinamiche fisiche, sistemi
particellari complessi (nubi, gas, fuochi, esplosioni ..), forme e modelli di qualsiasi natura. Solo
oggi si ha la possibilità tecnica di poter ricostruire un oggetto, o un evento o una situazione che
nella realtà non esiste, anche se all’apparenza il materiale che lo compone è quello della nostra
realtà e questo dovrebbe farci riflettere sui risvolti etici della materia, che meriterebbero una
trattazione che esula dalla tematica di questa tesi..
Sistemi per la modellazione ed animazione 3D
I pacchetti software più conosciuti all’interno della comunità grafica mondiale, e ai quali si farà
cenno in seguito, sono tra i migliori per le caratteristiche e potenzialità che offrono all’artista
digitale.
3D studio Max della Discreet ( www.discreet.com) ha raggiunto la versione 4, è presente nel
mercato dei software da parecchi anni. Famoso soprattutto per il suo modulo avanzato Reactor che
permette di simulare sistemi dinamici, per deformare corpi rigidi flessibili come liquidi, tessuti e
forme libere, ne fanno uno dei migliori software 3D in circolazione per l’animazione e il rendering.
Gli strumenti che offre sono stati ottimizzati per qualsiasi produzione broadcast, post-produzione,
giochi video e WEB.
Interfaccia di 3D-Studio-Max Prticolare dell’interfaccia
e gestione dei materiali
MaYa della Alias-Wavefront (www.aliaswavefront.com) ha raggiunto la versione 4 , si presenta
nel mercato dell’animazione ed modellazione 3D come il software di riferimento per la sua
semplicità d’uso. E’ caratterizzato da’interfaccia grafica estremamente intuitiva e pratica, grazie al
brevetto studiato dalla azienda canadese, che permette di avere tutti i comandi di lavoro facilmente
raggiungibili. MaYa permette di lavorare interamente sulla vista prospettica, particolarità unica e di
estrema efficacia per lavori complessi.
Particolare della vista prospettica Interfaccia di MaYA
Conosciuto soprattutto in ambito cinematografico e pubblicitario, MaYa vanta numerose aziende
leader nei settori degli effetti speciali ed di animazione che lo hanno adottato come partner
indiscutibile di lavoro.
Entrambi i pacchetti software sono caratterizzati dalla facilità d’uso, che richiede modeste
conoscenze per un loro utilizzo di buon livello. Le difficoltà principali in cui “l’artista digitale”
s’imbatte quando si avvicina al mondo 3D, si riferiscono alle tecniche di modellazione, ossia al
tipo di approccio per la modellazione di un determinato oggetto che non necessariamente segue uno
stesso metodo preciso.
Solo l’esperienza di ogni percorso con cui si forma ciascun artista digitale, fornisce le metodologie
di modellazione e animazione migliori per i risultati e i tempi di lavorazione; il mezzo software si
adegua alle caratteristiche di approccio di ogni singolo utente, fornendo strumenti complessi che
possono essere addirittura programmati a seconda delle esigenze.
Tutti i pacchetti software 3D presentano lo stesso metodo di gestione del lavoro, visualizzando
l’oggetto con cui si sta lavorando su 4 viste ( in rispettive finestre): un TOP (superiore dall’alto),
una FRONT (frontale), una SIDE (laterale), una prospectiv ( in prospettiva).
La vista prospettica è di fondamentale importanza per la concezione dell’essenza dell’immagine
3D. Operando all’interno di questa vista, si ha la possibilità di visionare l’oggetto 3D in tutte le
angolazioni, movendosi all’interno dello spazio 360° su 360°, pur rimanendo vincolati dalla
osservazione su schermo bidimensionale.
La vista prospettica funge quindi da primo visualizzatore interattivo ( perché agisce secondo i nostri
movimenti del mouse) dell’oggetto modellato.
Di seguito viene fornito un lessico essenziale delle parole chiave che utilizzeremo nella descrizione
di ogni processo di lavoro che richiede l’uso di MaYa o 3dsMax, specificando che non vogliono
essere una trattazione esauriente per poter essere operativi con questi sistemi, per i quali si rimanda
quindi alla consultazione dei appositi manuali d’uso, delle guide e dei tutorials specifici.
Glossario 3D
MODELLAZIONE: Rappresenta la prima fase di lavoro, in cui il modellatore procede a costruire
la struttura e la forma dell’oggetto che vuole creare. Ricorrendo a diverse metodologie di
deformazione e creazione di superfici, si è in grado di modellare qualsiasi tipo di forma, dalle più
semplici (forme primitive come cubi, sfere, piramidi, coni) alle più complesse (superfici organiche
non lineari ed estremamente curvilinee come è per esempio un volto umano, vedi figura 1 ).
Durante questa fase si procede nel lavoro utilizzando prima tutte le viste, avendo sotto controllo da
più punti di osservazione l'oggetto che si sta disegnando e in aiuto in questo senso, ci viene anche il
sistema di coordinate spaziali (x y z) che permette di mantenere il controllo della visuale
dell’oggetto mentre viene manipolato.
Figura 1
Generazione della superficie modellata con riferimento alla struttura reticolare (Wire-Frame)
MATERIALI: Una volta raggiunta la forma desiderata in fase di modellazione, si procede alla
creazione di adeguati materiali da applicare sulla superficie del modello.
La generazione e l’assegnazione di ogni materiale è un processo in cui si vanno a valutare le
caratteristiche di composizione tipiche della scena che si vuole rappresentare. Spesso si ricorre
all’utilizzo di texture, ossia di vere e proprie immagini fotografiche da applicare a una superficie per
rendere il modello il più verosimile alla realtà.
I materiali che si creano possono avere caratteristiche proprie della natura come la riflessione,
rifrazione, opacità, trasparenza, lucentezza, brillantezza, oppure tutte proprietà che variano
successivamente a seconda del tipo di luce che si inseriranno all’interno della scena.
Esempio di materiali dalle diverse qualità
LUCI: La creazione di una fonte luminosa all’interno di una scena è di fondamentale importanza
per il realismo alla rappresentazione. Esistono vari tipi di luci, con diverse caratteristiche fisiche e
parametri da definire, che influenzeranno le proprietà dei materiali creati in precedenza. La luce per
sua natura, crea le ombre che rappresentano un altro fattore di realismo e consistenza per la scena;
anche le ombre possono essere di diversa natura e numerosi parametri si possono utilizzare per la
loro ottimizzazione.
ANIMAZIONE: Una volta che la scena è composta, si procede ad animare ogni parte che interessa,
con possibilità di assegnare qualsiasi tipo di movimento da quello più naturale a quello più
artificiale.
Le tecniche di animazione dipendono in lunga parte dal software che si sta utilizzando, ma quasi
tutti si basano sul principio del Keyframe Animation, un metodo che specifica solo l’animazione di
alcuni fotogrammi. Il software di animazione genera i dati per il movimento degli altri fotogrammi.
Un’altra tecnica più sofisticata, ma dai risultati più eccellenti, è quella del Motion Capture , che è in
grado di tracciare il movimento di oggetti in uno spazio 3D per la visualizzazione digitale in tempo
reale. Un sistema elettromagnetico o ottico calcola i vertici chiave, il modo di ottenere alla fine un
tracciato completo del movimento dell’oggetto. La animazione con script, è un metodo di
animazione definito chiaramente per dirigere l’animazione tramite una linguaggio di scripting di cui
ogni pacchetto software è dotato. Altri metodi complessi di animazione sono in continuo studio ed
aggiornamento, l’obiettivo finale è sempre quello di fornire strumenti più semplici da utilizzare e
facili da governare, in modo di lasciare ampio spazio alla creatività dell’animatore.
RENDERING: E’ il processo attraverso il quale il software interpreta tutti gli oggetti della scena, a
livello di illuminazione, materiali e punto di vista, per produrre un’immagine finita. L’immagine
risultante può essere un’immagine fissa, sia un fotogramma in una sequenza di animazione.[2]
A questo punto del processo di elaborazione entra in causa un aspetto molto importante del concetto
e dell'uso del 3D.
L’ animazione o la semplice scena statica che si è creato nelle fasi precedenti, può essere vista ed
analizzata in tempo reale direttamente sulla vista prospettica con possibilità di interagire nella
visuale nel momento stesso in cui si vede la scena animarsi. La qualità della visione in questa vista
dipende da molti fattori, uno di questi è senz'altro la potenza della propria scheda video; in linea di
massima la resa visiva non eccede di grande qualità proprio perché i calcoli per la resa grafica sono
ridotti al minimo, per rendere possibile un interazione in tempo reale con la scena stessa . Per
arrivare ad ottenere risultati di qualità cinematografica a cui noi siamo abituati, la scena deve essere
sottoposta ad un processo di rendering ,attraverso il quale vengono calcolati tutti gli elementi
presenti (luci, materiali, animazioni), questo processo richiede molto tempo di elaborazione, e il
risultato finale che si ottiene è un filmato o un immagine in cui non è più possibile intervenire con
un interazione in tempo reale.
Modello offerto www.pepeland.com
In funzione di questo processo ultimo di elaborazione della grafica 3D, sono due i tipi di immagine
tridimensionale che si possono definire:
- Immagine calcolata che fornisce il software nel processo di render (immagini statiche,
animazioni in filmati).
- Immagine in cui ci è permesso di interagire in quanto è calcolata in tempo reale (ad ogni
nostra interazione con mouse o altre periferiche, le modifiche di visuale sono immediate).
Non è necessario far coincidere quest’ultimo tipo di interazione solamente alla modalità con cui
avviene all’interno della visuale prospettica del software di modellazione e di animazione.
In questo senso esistono diverse tipologie di calcolo in tempo reale,un esempio su tutti è presentato
dai videogiochi tridimensionali presenti sul mercato, in cui lo scopo è quello di orientarsi all’interno
di fantastici mondi 3D, il cui elenco appare difficile da stilare visto il grande numero di titoli che si
affacciano quotidianamente in questo settore.
Alle base di questi tipi di videogiochi vi sono potenti motori grafici creati da programmatori
specializzati in tale ambito, che sono in grado di supportare l’interazione del giocatore all’interno di
questi mondi complessi, realistici o fantastici, ricchi di effetti speciali, corredati da suoni 3D per
creare un vero effetto ambiente, i quali supportano ed utilizzano buona parte delle caratteristiche
della scheda video di cui il computer è dotato.
Ogni motore grafico è costituito solo dal codice di programmazione che permette la visualizzazione
di oggetti o scene 3D modellate o animate da software come MaYa o 3DsMaX.
Una citazione doverosa per i contributi tecnici e studi in merito bisogna dedicarla ad un
programmatore di grande talento come è John Carmack della ID software (per il quale bisogna
ricordare i suoi giochi leggendari della saga Quake) per essere stato un pioniere assoluto della
grafica 3D Real-Time di cui oggi conosciamo l’evoluzione e che lo ha portato alla creazione di uno
tra i più potenti motori grafici.
Una visione del mondo di Quake calcolata in tempo reale; da notare le ombre, le luci,e la qualità
delle Texture applicate.
La tecnologia Real-Time è giunta ad una capacità tecnica tale, per cui, da diversi anni esistono
diverse competizioni internazionali in cui vengono premiati i migliori filmati 3D, calcolati in tempo
reale da un programma (generalmente proprietario), una sorta di vetrina di programmatori e grafici
che sfoggiano le proprie competenze; i risultati sono eccezionali dal punto di vista visivo
e di effetto.
Esiste anche un azienda, la Madonion (www.madonion.com), specializzata nel settore di filmati
Real-Time che ogni anno presenta gratuitamente alla propria utenza dei filmati concepiti per stilare
alla fine della osservazione un rapporto dettagliato dei processi di calcolo (qualità grafica, velocità e
altri parametri) che il proprio computer ha dovuto eseguire durante la visione.
Alcuni screenshoot di 3DMark 2001; da notare l'elevato dettaglio delle scene in termini di
realismo. Le caratteristiche della scheda video sono fondamentali per la resa grafica finale.
Le tecnologie di visualizzazione di oggetti 3D in Real-Time oggi sta assumendo rilevanza per gli
sviluppi in settori come l’architettura, dove all’esigenza di dover mostrare
preventivi d’impatto ambientale, o di progetto puro, con la possibilità di poter fruire della visuale
più significativa diventa un valore strategico fondamentale.
Ricordiamo come anche tutto il settore che riguarda la simulazione (da quella per la formazione di
piloti sia in campo militare che civile, o test veri e propri per analizzare le dinamiche di un qualsiasi
processo o evento) fa uso di tecnologie per il calcolo in tempo reale.
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