Seminario Riccardo Scateni, 4-10-2012

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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.

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Seminario Riccardo Scateni, 4-10-2012

  1. 1. Shape modelling Riccardo Scateni Università di CagliariDipartimento Matematica e Informatica
  2. 2. Pittura e sculturaSono le modalità dirappresentazione che l’uomo hainventato per riprodurreoggetti del proprio mondoSegni e colori vengonoutilizzati per riprodurre ilpunto di vista del pittoreMateriale plastico(modellabile) viene plasmatoper ottenere un modello che puòessere visto da molteprospettive diverse
  3. 3. Che limiti ha la scultura?L’abilità dimanipolazionedei materialiLa nonriproducibilitàdegli oggettiNel tempo sisono sviluppatiprocedimenti checonsentono dicreare moltecopie
  4. 4. In due dimensioni…La pittura haavuto la suaevoluzione nellafotografia, checonsente diriprodurreesattamente larealtà e difarne un numeroillimitato dicopie
  5. 5. … si apre un mondoLa generazionedi immagini disintesi digitaliha spostatoulteriormente itermini dellariproduzione:consente diottenereimmagini dioggetti nonreali
  6. 6. Cosa serve?Vogliamo avere la possibilitàdi rappresentare oggetti solidiin formato digitale e farnedelle «fotografie» (produrneuna rappresentazione da uncerto punto di vista)Servono strumenti per modellareoggetti digitaliDobbiamo riprodurre il processodello scultore o inventarne dinuovi?
  7. 7. CSG intersezioneConstructive differenzasolid geometry(CSG, Geometriasolidacostruttiva) èuna tecnicausata nellamodellazionesolidaIl progettistacrea oggettidalle superfici unionecomplessecombinando tra
  8. 8. Progettare scene complesseL’artistadigitale, conl’uso di unristrettoinsieme di formeriesce a crearescene moltocomplesseIn questo casosono usate solosfere, cilindri,coni e tori
  9. 9. Sistemi CADComputer-Computer-aided design(Progettazione assistita dalcomputer, CAD) è luso disistemi informatici per aiutarenella creazione, modifica,analisi, o ottimizzazione di unprogettoTrova impiego in campoautomobilistico, navale eaerospaziale, nel designindustriale e architettonico ein molti altri
  10. 10. CAD: un tavolo da disegno?Con i sistemiCAD si èiniziato ariprodurre,negli anni ‘80,il processo didisegno tecnicoSono nati comesostituti deitavoli dadisegno
  11. 11. Ma anche un modellatore!Ma nel corsodegli anni,all’interno deisistemi CAD si èinserita anchela possibilitàdi modellare glioggettiÈ il fruttoanche dellosviluppocomplessivo
  12. 12. E la complessità aumenta…
  13. 13. 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
  14. 14. Nuvole di puntiLa maniera piùsemplice perrappresentareuna superficiesembrerebbequella diutilizzare uninsieme di puntiscelti sullasuperficieSi genera unanuvola di punti
  15. 15. Punti architettonici
  16. 16. Superfici implicite e parametricheAll’estremo opposto dellepossibilità di rappresentazionesi posizionano le superficidescritte in manierarigorosamente e formalmentematematicaHanno la migliore precisione dirappresentazione possibile madifficilmente possono essereutilizzate per la descrizionedi oggetti non regolari
  17. 17. Sfera implicita
  18. 18. Sfera parametrica
  19. 19. Mesh di triangoliIl migliore compromesso per larappresentazione di oggettisolidi, che coniuga potenzaespressiva e semplicità è lamesh di triangoliLa superficie è suddivisa intante piccole parti, il piùpossibile piatte, di formatriangolare e dimensione più omeno equivalente, collegatel’una con l’altra tramite lati
  20. 20. Un mondo di triangoliAspetti 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 triangoliAspetti negativi:• La finezza di
  21. 21. Come cambia l’aspetto
  22. 22. TextureUna manierasemplice permigliorarel’apparenzadella formasenzamodificarne lageometriaSi utilizzanodelle immagini«incollate»sulla geometria
  23. 23. Un passo avanti: animazione
  24. 24. AnimazioneSoprattutto nell’industriadell’intrattenimento(videogiochi e film dianimazione) è importanteprodurre video come sequenze diimmaginiLa possibilità di costruiresequenze animate delle forme èquindi fondamentaleBisogna avere dei meccanismiche consentano di estrarre solo
  25. 25. 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
  26. 26. Scheletri
  27. 27. Estrazione dello scheletroI procedimentiper l’estrazioneautomatica delloscheletro da unaforma sonocomplessiPossonoappartenere avarie categoriea seconda dellarappresentazionedella forma e
  28. 28. Segmentazione
  29. 29. Generare una segmentazioneL’obiettivo èquello diottenere unasegmentazioneplausibile inmanieraautomaticaA questo scoposi possono ancheutilizzarediverse «pose»dello stesso
  30. 30. RiggingL’operazione diassociare adogni porzionedello scheletrola mesh che essarappresenta sidice, nellinguaggiodell’animazione,riggingDopo il riggingsi può muovere
  31. 31. Rigging e animazione
  32. 32. SkinningUna voltaeffettuato ilrigging, persimulare almeglio ilmovimento dellamesh ènecessarioassociare i varipunti (vertici)in manierapesata, l’unoall’altro e allo
  33. 33. Roba da artisti!
  34. 34. ConclusioniLa modellazione di oggettidigitali è un’attivitàestremamente complessaPuò essere l’obiettivo diprogetti di ricerca scientificaChi 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

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