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.

1. Shape modelling
Riccardo Scateni
Università di Cagliari
Dipartimento Matematica e
Informatica

3. Pittura 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

4. 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

5. In due dimensioni…
La pittura ha
avuto la sua
evoluzione nella
fotografia, che
consente di
riprodurre
esattamente la
realtà e di
farne un numero
illimitato di
copie

6. … si apre un mondo
La generazione
di immagini di
sintesi digitali
ha spostato
ulteriormente i
termini della
riproduzione:
consente di
ottenere
immagini di
oggetti non
reali

7. Cosa serve?
Vogliamo avere la possibilità
di rappresentare oggetti solidi
in formato digitale e farne
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?

8. CSG
intersezione
Constructive differenza
solid geometry
(CSG, Geometria
solida
costruttiva) è
una tecnica
usata nella
modellazione
solida
Il progettista
crea oggetti
dalle superfici
unione
complesse
combinando tra

9. Progettare scene complesse
L’artista
digitale, con
l’uso di un
ristretto
insieme di forme
riesce a creare
scene molto
complesse
In questo caso
sono usate solo
sfere, cilindri,
coni e tori

10. Sistemi CAD
Computer-
Computer-aided design
(Progettazione assistita dal
computer, CAD) è l'uso di
sistemi informatici per aiutare
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

11. CAD: un tavolo da disegno?
Con i sistemi
CAD si è
iniziato a
riprodurre,
negli anni ‘80,
il processo di
disegno tecnico
Sono nati come
sostituti dei
tavoli da
disegno

12. Ma anche un modellatore!
Ma nel corso
degli anni,
all’interno dei
sistemi CAD si è
inserita anche
la possibilità
di modellare gli
oggetti
È il frutto
anche dello
sviluppo
complessivo

13. E la complessità aumenta…

14. Formati di rappresentazione
Il principale problema legato
alla modellazione degli oggetti
tridimensionali è legato alla
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

15. Nuvole di punti
La maniera più
semplice per
rappresentare
una superficie
sembrerebbe
quella di
utilizzare un
insieme di punti
scelti sulla
superficie
Si genera una
nuvola di punti

16. Punti architettonici

17. Superfici implicite e
parametriche
All’estremo opposto delle
possibilità di rappresentazione
si posizionano le superfici
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

18. Sfera implicita

19. Sfera parametrica

20. Mesh di triangoli
Il migliore compromesso per la
rappresentazione di oggetti
solidi, che coniuga potenza
espressiva e semplicità è la
mesh di 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

21. Un mondo di triangoli
Aspetti positivi:
• I triangoli sono
gli unici poligoni
che sono
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

22. Come cambia l’aspetto

23. Texture
Una maniera
semplice per
migliorare
l’apparenza
della forma
senza
modificarne la
geometria
Si utilizzano
delle immagini
«incollate»
sulla geometria

24. Un passo avanti: animazione

25. Animazione
Soprattutto nell’industria
dell’intrattenimento
(videogiochi e film di
animazione) è importante
produrre video come sequenze di
immagini
La possibilità di costruire
sequenze animate delle forme è
quindi fondamentale
Bisogna avere dei meccanismi
che consentano di estrarre solo

26. Rappresentazioni schematiche
Per la rappresentazione visuale
è importante avere il maggior
numero di informazioni
(triangoli) possibile,
eventualmente con texture
Per l’animazione è vero il
contrario!
Meno informazioni si hanno più
semplice è il compito
dell’animatore

27. Scheletri

28. Estrazione dello scheletro
I procedimenti
per l’estrazione
automatica dello
scheletro da una
forma sono
complessi
Possono
appartenere a
varie categorie
a seconda della
rappresentazione
della forma e

29. Segmentazione

30. Generare una segmentazione
L’obiettivo è
quello di
ottenere una
segmentazione
plausibile in
maniera
automatica
A questo scopo
si possono anche
utilizzare
diverse «pose»
dello stesso

31. Rigging
L’operazione di
associare ad
ogni porzione
dello scheletro
la mesh che essa
rappresenta si
dice, nel
linguaggio
dell’animazione,
rigging
Dopo il rigging
si può muovere

32. Rigging e animazione

33. Skinning
Una volta
effettuato il
rigging, per
simulare al
meglio il
movimento della
mesh è
necessario
associare i vari
punti (vertici)
in maniera
pesata, l’uno
all’altro e allo

34. Roba da artisti!

35. Conclusioni
La modellazione di oggetti
digitali è un’attività
estremamente complessa
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