seminario riccardo scateni, 4-10-2012
DESCRIPTION
Shape Modeling è la disciplina che studia l'insieme di algoritmi e tecniche utilizzati per la creazione, la modifica e l'animazione di oggetti digitali. Si tratta di un interessante campo di studio e di applicazione in particolare nel settore dell'industria dell'intrattenimento. Questo intervento tratterà una revisione ampia e di alto livello del settore, sia in termini di ricerca di base che di applicazioni.TRANSCRIPT
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ShapeShapeShapeShape modellingmodellingmodellingmodelling
Riccardo Scateni
Università di Cagliari
Dipartimento Matematica e Informatica
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Pittura e sculturaPittura e sculturaPittura e sculturaPittura e scultura
� Sono le modalità di rappresentazione che l’uomo ha inventato per riprodurre oggetti del proprio mondo
� Segni e colori vengono utilizzati per riprodurre il punto di vista del pittore
� Materiale plastico (modellabile) viene plasmato per ottenere un modello che può essere visto da molte prospettive diverse
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Che limiti ha la scultura?Che limiti ha la scultura?Che limiti ha la scultura?Che limiti ha la scultura?
� L’abilità di manipolazione dei materiali
� La non riproducibilità degli oggetti
� Nel tempo si sono sviluppati procedimenti che consentono di creare molte copie
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In due dimensioni…In due dimensioni…In due dimensioni…In due dimensioni…
� La pittura ha avuto la sua evoluzione nella fotografia, che consente di consente di riprodurre esattamenteesattamenteesattamenteesattamente la realtà e di farne un numero illimitatoillimitatoillimitatoillimitato di copie
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… … … … si apre un mondosi apre un mondosi apre un mondosi apre un mondo
� La generazione di immagini di sintesi digitali ha spostato ulteriormente i ulteriormente i termini della riproduzione: consente di ottenere immagini di oggetti non non non non realirealirealireali
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Cosa serve?Cosa serve?Cosa serve?Cosa serve?
� Vogliamo avere la possibilità di rappresentare oggetti solidi in formato digitale e farne delle «fotografie» (produrne delle «fotografie» (produrne una rappresentazione da un certo punto di vista)
� Servono strumenti per modellare oggetti digitali
� Dobbiamo riprodurre il processo dello scultore o inventarne di nuovi?
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CSGCSGCSGCSG
� ConstructiveConstructiveConstructiveConstructivesolidsolidsolidsolid geometrygeometrygeometrygeometry(CSG, Geometria solida costruttiva) è
differenzadifferenzadifferenzadifferenza intersezioneintersezioneintersezioneintersezione
costruttiva) è una tecnica usata nella modellazione solida
� Il progettista crea oggetti dalle superfici complesse combinando tra
unioneunioneunioneunione
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Progettare scene complesseProgettare scene complesseProgettare scene complesseProgettare scene complesse
� L’artista digitale, con l’uso di un ristretto insieme di forme insieme di forme riesce a creare scene molto complesse
� In questo caso sono usate solo sfere, cilindri, coni e tori
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Sistemi CADSistemi CADSistemi CADSistemi CAD
� ComputerComputerComputerComputer----aided designaided designaided designaided design(Progettazione assistita dal computer, CAD) è l'uso di sistemi informatici per aiutare nella creazione, modifica, nella creazione, modifica, analisi, o ottimizzazione di un progetto
� Trova impiego in campo automobilistico, navale e aerospaziale, nel design industriale e architettonico e in molti altri
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CAD: un tavolo da disegno?CAD: un tavolo da disegno?CAD: un tavolo da disegno?CAD: un tavolo da disegno?
� Con i sistemi CAD si è iniziato a riprodurre, negli anni ‘80, negli anni ‘80, il processo di disegno tecnico
� Sono nati come sostituti dei tavoli da disegno
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Ma anche un modellatore!Ma anche un modellatore!Ma anche un modellatore!Ma anche un modellatore!
� Ma nel corso degli anni, all’interno dei sistemi CAD si è inserita anche inserita anche la possibilità di modellare gli oggetti
� È il frutto anche dello sviluppo complessivo
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E la complessità aumenta…E la complessità aumenta…E la complessità aumenta…E la complessità aumenta…
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Formati di rappresentazioneFormati di rappresentazioneFormati di rappresentazioneFormati di rappresentazione
� Il principale problema legato alla modellazione degli oggetti tridimensionali è legato alla scelta del modo in cui si scelta del modo in cui si descrivono
� Sicuramente si deve utilizzare una descrizione discreta che impieghi possibilmente degli elementi geometrici che siano il più possibile semplici
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Nuvole di puntiNuvole di puntiNuvole di puntiNuvole di punti
� La maniera più semplice per rappresentare una superficie sembrerebbe sembrerebbe quella di utilizzare un insieme di punti scelti sulla superficie
� Si genera una nuvola di puntinuvola di puntinuvola di puntinuvola di punti
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Punti architettoniciPunti architettoniciPunti architettoniciPunti architettonici
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Superfici implicite e Superfici implicite e Superfici implicite e Superfici implicite e
parametricheparametricheparametricheparametriche
� All’estremo opposto delle possibilità di rappresentazione si posizionano le superfici descritte in maniera descritte in maniera rigorosamente e formalmente matematica
� Hanno la migliore precisione di rappresentazione possibile ma difficilmente possono essere utilizzate per la descrizione di oggetti non regolari
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Sfera implicitaSfera implicitaSfera implicitaSfera implicita
�
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Sfera parametricaSfera parametricaSfera parametricaSfera parametrica
�
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MeshMeshMeshMesh di triangolidi triangolidi triangolidi triangoli
� Il migliore compromesso per la rappresentazione di oggetti solidi, che coniuga potenza espressiva e semplicità è la espressiva e semplicità è la meshmeshmeshmesh di triangolidi triangolidi triangolidi triangoli
� La superficie è suddivisa in tante piccole parti, il più possibile piatte, di forma triangolare e dimensione più o meno equivalente, collegate l’una con l’altra tramite lati
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Un mondo di triangoliUn mondo di triangoliUn mondo di triangoliUn mondo di triangoli
� Aspetti positivi:• I triangoli sono gli unici poligoni che sono sicuramente sempre sicuramente sempre planari
• I lati non si intrecciano mai (auto-intersechino)
• L’hardware grafico è basato sulla visualizzazione dei triangoli
� Aspetti negativi:• La finezza di
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Come cambia l’aspettoCome cambia l’aspettoCome cambia l’aspettoCome cambia l’aspetto
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TextureTextureTextureTexture
� Una maniera semplice per migliorare l’apparenza della forma della forma senza modificarne la geometria
� Si utilizzano delle immagini «incollate» sulla geometria
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Un passo avanti: animazioneUn passo avanti: animazioneUn passo avanti: animazioneUn passo avanti: animazione
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AnimazioneAnimazioneAnimazioneAnimazione
� Soprattutto nell’industria dell’intrattenimento (videogiochi e film di animazione) è importante animazione) è importante produrre video come sequenze di immagini
� La possibilità di costruire sequenze animate delle forme è quindi fondamentalefondamentalefondamentalefondamentale
� Bisogna avere dei meccanismi che consentano di estrarre solosolosolosolo
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Rappresentazioni schematicheRappresentazioni schematicheRappresentazioni schematicheRappresentazioni schematiche
� Per la rappresentazione visuale è importante avere il maggior numero di informazioni (triangoli) possibile, (triangoli) possibile, eventualmente con texture
� Per l’animazione è vero il contrario!
� Meno informazioni si hanno più semplice è il compito dell’animatore
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ScheletriScheletriScheletriScheletri
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Estrazione dello scheletroEstrazione dello scheletroEstrazione dello scheletroEstrazione dello scheletro
� I procedimenti per l’estrazione automatica dello scheletro da una forma sono forma sono complessi
� Possono appartenere a varie categorie a seconda della rappresentazione della forma e
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SegmentazioneSegmentazioneSegmentazioneSegmentazione
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Generare una segmentazioneGenerare una segmentazioneGenerare una segmentazioneGenerare una segmentazione
� L’obiettivo è quello di ottenere una segmentazione plausibile in plausibile in maniera automatica
� A questo scopo si possono anche utilizzare diverse «pose» dello stesso
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RiggingRiggingRiggingRigging
� L’operazione di associare ad ogni porzione dello scheletro la mesh che essa la mesh che essa rappresenta si dice, nel linguaggio dell’animazione, riggingriggingriggingrigging
� Dopo il riggingsi può muovere
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RiggingRiggingRiggingRigging e animazionee animazionee animazionee animazione
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SkinningSkinningSkinningSkinning
� Una volta effettuato il rigging, per simulare al meglio il meglio il movimento della mesh è necessario associare i vari punti (vertici) in maniera pesata, l’uno all’altro e allo
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Roba da artisti!Roba da artisti!Roba da artisti!Roba da artisti!
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ConclusioniConclusioniConclusioniConclusioni
� La modellazione di oggetti digitali è un’attività estremamente complessa
� Può essere l’obiettivo di � Può essere l’obiettivo di progetti di ricerca scientifica
� Chi se ne occupa:
• Ingegneri e architetti per la parte tecnica (precisione)
• Artisti e informatici per la parte artistica (apparenza visuale, animazione)
Costituisce, in ogni caso, un