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UniverstUniverstàà degli studi di Genovadegli studi di Genova
Dipartimento di Ingegneria Biofisica edDipartimento di Ingegneria Biofisica ed
ElettronicaElettronica
Relatore: Chiar.mo Prof. Ing.Relatore: Chiar.mo Prof. Ing.
Francesco BellottiFrancesco Bellotti
Candidata: Veronica SantCandidata: Veronica Sant
Progetto e realizzazione diProgetto e realizzazione di
un videogioco educationalun videogioco educational
3D on3D on--lineline

Travel in Europe projectTravel in Europe project
http://www.tieproject.eu/http://www.tieproject.eu/
•• ÈÈ un progetto che fa parte delun progetto che fa parte del
programma Culture 2000, coprogramma Culture 2000, co--finanziatofinanziato
dalldall’’Unione EuropeaUnione Europea

Propone un nuovo approccio per laPropone un nuovo approccio per la
conoscenza del patrimonio artistico econoscenza del patrimonio artistico e
culturale europeo attraverso un videogiococulturale europeo attraverso un videogioco
educational 3D oneducational 3D on--line multiplayerline multiplayer
Sfruttando gli aspetti di intrattenimentoSfruttando gli aspetti di intrattenimento
tipici dei videogame, TiE propone itipici dei videogame, TiE propone i
contenuti culturali in maniera interattiva econtenuti culturali in maniera interattiva e
stimolante, attraverso la sfida e lstimolante, attraverso la sfida e l’’invitoinvito
alla scoperta in prima personaalla scoperta in prima persona

LL’’obiettivo di diffondere la cultura europeaobiettivo di diffondere la cultura europea èè
perseguito tramite lperseguito tramite l’’esplorazione dei modelliesplorazione dei modelli
tridimensionali di alcune citttridimensionali di alcune cittàà
Durante la navigazioneDurante la navigazione
ll’’utente avrutente avràà la possibilitla possibilitàà
di accedere a microgamedi accedere a microgame
contestualizzati i qualicontestualizzati i quali
permettono una manipolazionepermettono una manipolazione
virtuale del patrimonio culturale,virtuale del patrimonio culturale,
cheche èè utile per sviluppareutile per sviluppare
conoscenzeconoscenze

Obiettivo della tesiObiettivo della tesi
Costruire un nuovo ambienteCostruire un nuovo ambiente
tridimensionale di valore culturale datridimensionale di valore culturale da
implementare in un videogiocoimplementare in un videogioco
•• Modelli 3D accurati, evidenziando stiliModelli 3D accurati, evidenziando stili
architettonici, luoghi di interesse, monumenti,architettonici, luoghi di interesse, monumenti,
atmosfera del luogoatmosfera del luogo
•• Ambiente tridimensionale soggetto ai vincoliAmbiente tridimensionale soggetto ai vincoli
del real time tipici dei videogamedel real time tipici dei videogame
•• Dare la possibilitDare la possibilitàà a partners europei e utentia partners europei e utenti
finali di contribuire allfinali di contribuire all’’evoluzione del progettoevoluzione del progetto
con i propri modellicon i propri modelli

Obiettivo della tesiObiettivo della tesi
Definire una procedura che guidiDefinire una procedura che guidi
opportunamente lopportunamente l’’utente (anche conutente (anche con
limitate conoscenze informatiche) alimitate conoscenze informatiche) a
creare ricostruzioni culturalmentecreare ricostruzioni culturalmente
valide e ben supportate dal motorevalide e ben supportate dal motore
graficografico
Ridurre le tempistiche necessarie allaRidurre le tempistiche necessarie alla
modellazione manuale dellmodellazione manuale dell’’interaintera
cittcittàà

Piano di lavoroPiano di lavoro
Redazione dellaRedazione della ““Contents collectionContents collection
guidelineguideline””
Definizione di un algoritmo per laDefinizione di un algoritmo per la
generazione automatica di ambientigenerazione automatica di ambienti
tridimensionali culturali su scalatridimensionali culturali su scala
geograficageografica
Ricostruzione di Via Garibaldi e vicoliRicostruzione di Via Garibaldi e vicoli
di Genovadi Genova

Strumenti utilizzatiStrumenti utilizzati
Adobe Photoshop CS2Adobe Photoshop CS2
•• Programma leader per lProgramma leader per l’’image editing, utilizzato per laimage editing, utilizzato per la
creazione delle texturescreazione delle textures
3D World Studio3D World Studio
•• Editor per la realizzazione di ambienti di gioco: sempliceEditor per la realizzazione di ambienti di gioco: semplice
da utilizzare, crea files .DIF (ottimizzati per oggetti dida utilizzare, crea files .DIF (ottimizzati per oggetti di
grandi dimensioni) permettendo una precisa gestionegrandi dimensioni) permettendo una precisa gestione
delle collisioni.delle collisioni. ÈÈ stato usato per creare i modelli 3Dstato usato per creare i modelli 3D
Torque Game EngineTorque Game Engine
•• ÈÈ un motore grafico che consente una potente eun motore grafico che consente una potente e
versatile gestione delle risorse per il level design. Conversatile gestione delle risorse per il level design. Con
questo game engine siquesto game engine si èè creata, con discreta semplicitcreata, con discreta semplicitàà,,
la scena da renderizzarela scena da renderizzare

Stato dellStato dell’’arte dellaarte della
modellazione 3D dimodellazione 3D di
ambienti urbaniambienti urbani
Gli ambienti 3D per TiE project devonoGli ambienti 3D per TiE project devono
essere costituiti da modelli accurati eessere costituiti da modelli accurati e
facilmente gestibili da TGEfacilmente gestibili da TGE
ÈÈ stata effettuata una ricercastata effettuata una ricerca
•• riguardo lriguardo l’’utilizzo di ambienti e modelliutilizzo di ambienti e modelli
tridimensionali in ambito educativo e culturaletridimensionali in ambito educativo e culturale
•• riguardo i tool automatici che realizzanoriguardo i tool automatici che realizzano
ricostruzioni di ambienti cittadiniricostruzioni di ambienti cittadini

Stato dellStato dell’’arte (esempi)arte (esempi)
Il TeatroIl Teatro Virtuale del Centro diVirtuale del Centro di
Calcolo InteruniversitarioCalcolo Interuniversitario
(CINECA) apre la strada a(CINECA) apre la strada a
vere applicazioni di Virtualvere applicazioni di Virtual
Cultural HeritageCultural Heritage
Binary WorldsBinary Worlds –– DescensorDescensor
EngineEngine èè uno strumentouno strumento
commerciale per Windows checommerciale per Windows che
produce e renderizza ampieproduce e renderizza ampie
scene di cittscene di cittàà artificialiartificiali
Vision Media 3dskylines.comVision Media 3dskylines.com
crea e vende modelli 3D dellecrea e vende modelli 3D delle
cittcittàà di tutto il mondodi tutto il mondo

Stato dellStato dell’’artearte
(valutazione)(valutazione)
Gli strumenti automatici o proceduraliGli strumenti automatici o procedurali
esistenti per la generazione di scenariesistenti per la generazione di scenari
urbanistici si sono rivelati inadatti alurbanistici si sono rivelati inadatti al
progetto TiE:progetto TiE:
•• Molti di essi sono strumenti utiliMolti di essi sono strumenti utili
per videogiochi commercialiper videogiochi commerciali
Privilegiano lPrivilegiano l’’aspettoaspetto
quantitativo (in numeroquantitativo (in numero
di edifici) a dispetto didi edifici) a dispetto di
quello qualitativoquello qualitativo
(insufficienti dettagli(insufficienti dettagli
delle textures)delle textures)
Creano paesaggiCreano paesaggi
puramente immaginaripuramente immaginari

Procedura per la ricostruzione diProcedura per la ricostruzione di
ambienti culturali urbaniambienti culturali urbani
NecessitNecessitàà di fornire le linee guida perdi fornire le linee guida per
ottenere modelli urbani che rispettino iottenere modelli urbani che rispettino i
criteri di validitcriteri di validitàà culturaleculturale
2 tipi di modellazione2 tipi di modellazione
•• Point of InterestPoint of Interest
Monumenti, edifici significativi, stili architettoniciMonumenti, edifici significativi, stili architettonici
•• Ambientazione rappresentativa della localitAmbientazione rappresentativa della localitàà
(verosimile nello stile e nella topografia), che(verosimile nello stile e nella topografia), che
dia ldia l’’atmosfera del luogoatmosfera del luogo

Contents collectionContents collection
guidelineguideline
Mappe: sono utili a contestualizzare iMappe: sono utili a contestualizzare i
Points of Interests (PoIs) e a fornirePoints of Interests (PoIs) e a fornire
la conformazione del territoriola conformazione del territorio
•• Mappa isometricaMappa isometrica
•• Mappe aereeMappe aeree
•• Piante dei palazziPiante dei palazzi

guidelineguideline
Fotografie in loco: il modo corretto diFotografie in loco: il modo corretto di
farle per ottenere le texturesfarle per ottenere le textures
•• LL’’insieme nel contestoinsieme nel contesto
•• I monumentiI monumenti
•• I singoli edifici e i loro dettagliI singoli edifici e i loro dettagli

guidelineguideline
Realizzazione textures (le immagini applicate ai modelli perRealizzazione textures (le immagini applicate ai modelli per
renderli pirenderli piùù realistici)realistici)
•• Ritaglio dellRitaglio dell’’elementoelemento
di interessedi interesse
•• Correzione dellaCorrezione della
prospettivaprospettiva
•• Ricomposizione dellaRicomposizione della
facciatafacciata seguendo ilseguendo il
suo schemasuo schema
•• Suddivisione in singoleSuddivisione in singole
textures con opportunetextures con opportune
dimensionidimensioni

Creazione delCreazione del
mondo virtualemondo virtuale
3D World Studio e modellazione 3D:3D World Studio e modellazione 3D:
vantaggi dei files .DIF rispetto ai .DTSvantaggi dei files .DIF rispetto ai .DTS
•• Creazione di parallelepipediCreazione di parallelepipedi
utili a comporre lutili a comporre l’’edificioedificio
secondo gli schemi utilizzatisecondo gli schemi utilizzati
per le texturesper le textures
•• Selezione delle facce dSelezione delle facce d’’interesseinteresse
e applicazione delle texturese applicazione delle textures
scegliendole dal browserscegliendole dal browser

Creazione delCreazione del
mondo virtualemondo virtuale
Torque World Editor: resource manager inTorque World Editor: resource manager in
grado di gestire un gran numero di risorsegrado di gestire un gran numero di risorse
•• PossibilitPossibilitàà di ricreare diversedi ricreare diverse
situazioni metereologichesituazioni metereologiche
agendo sui parametri del cieloagendo sui parametri del cielo
•• Modellazione del terrenoModellazione del terreno
(manuale o automatica)(manuale o automatica)
•• Inserimento intuitivo delleInserimento intuitivo delle
risorse di livello (raccolte inrisorse di livello (raccolte in
SimGroups); possibilitSimGroups); possibilitàà didi
posizionarle, scalarle, ruotarleposizionarle, scalarle, ruotarle

Algoritmo automaticoAlgoritmo automatico
Circondare i PoIs con un ambienteCircondare i PoIs con un ambiente
ricostruito automaticamente e rispettosoricostruito automaticamente e rispettoso
degli stili architettonici della zonadegli stili architettonici della zona
•• Riduzione dei tempi che occorrono allaRiduzione dei tempi che occorrono alla
modellazione complessiva della cittmodellazione complessiva della cittàà dando ladando la
sensazione di omogeneitsensazione di omogeneitàà tra punti di interessetra punti di interesse
ed edifici predefinitied edifici predefiniti
Astrazione di modelli di edifici eAstrazione di modelli di edifici e
ricostruzione automatica combinandoricostruzione automatica combinando
unitunitàà elementarielementari
•• Es.: porte, finestre, tettiEs.: porte, finestre, tetti

Client: fornisce un insieme diClient: fornisce un insieme di
parametri e textures peculiari degliparametri e textures peculiari degli
edifici di ogni area urbana omogeneaedifici di ogni area urbana omogenea
per stileper stile
•• Es.: i vicoli genovesi, Albaro, BoccadasseEs.: i vicoli genovesi, Albaro, Boccadasse
Server: utilizza i dati utili perServer: utilizza i dati utili per
produrre tutti i modelli, rispettandoprodurre tutti i modelli, rispettando
la topografia reale della zonala topografia reale della zona

Per ciascuna area individuata andrannoPer ciascuna area individuata andranno
raccolti dati sui suoi elementi peculiari:raccolti dati sui suoi elementi peculiari:
•• Altezza degli edificiAltezza degli edifici
•• DensitDensitàà e tipologia di negozie tipologia di negozi
•• DensitDensitàà di finestre per facciatadi finestre per facciata
•• Tipologie di tettoTipologie di tetto
•• Pavimentazione stradalePavimentazione stradale
•• VegetazioneVegetazione
•• Textures corrispondentiTextures corrispondenti
Per ogni dato e textures deve esserePer ogni dato e textures deve essere
indicata la percentuale di ricorrenzaindicata la percentuale di ricorrenza
•• Anche probabilitAnche probabilitàà condizionata per considerarecondizionata per considerare
combinazioni di parametricombinazioni di parametri

In base ai dati forniti dalIn base ai dati forniti dal
client, lclient, l’’algoritmo saralgoritmo saràà inin
grado di selezionare gligrado di selezionare gli
elementi opportuni con ielementi opportuni con i
giusti accostamentigiusti accostamenti
La struttura del modelloLa struttura del modello
sarsaràà ottenuto affiancandoottenuto affiancando
poligoni ricondotti apoligoni ricondotti a
modulimoduli--unitunitàà (calcolati a(calcolati a
partire dalla misura di basepartire dalla misura di base
e da quella degli elementie da quella degli elementi
compositivi)compositivi)
A ciascun modulo sarA ciascun modulo saràà
assegnata la texturesassegnata la textures
adeguata: intonaco,adeguata: intonaco,
finestra, portone, insegnafinestra, portone, insegna

La modellazione a partire dai moduli unitLa modellazione a partire dai moduli unitàà
si riconduce alle reali regole di costruzionesi riconduce alle reali regole di costruzione
degli edifici e permette il correttodegli edifici e permette il corretto
posizionamento automatico delle texturesposizionamento automatico delle textures
Il materiale per edificio necessarioIl materiale per edificio necessario
allall’’algoritmoalgoritmo èè nettamente inferiore anettamente inferiore a
quello utile per la modellazione dei puntiquello utile per la modellazione dei punti
di interessedi interesse

Si stima che la modellazione automaticaSi stima che la modellazione automatica
degli edifici predefiniti richieda 1/6 deldegli edifici predefiniti richieda 1/6 del
tempo necessario per la modellazionetempo necessario per la modellazione
manualemanuale
•• Per la modellazione manuale completa di un PoI diPer la modellazione manuale completa di un PoI di
media complessitmedia complessitàà, occorrono 40 ore: 1 per la raccolta, occorrono 40 ore: 1 per la raccolta
del materiale, 25 per ldel materiale, 25 per l’’elaborazione textures, 14 per laelaborazione textures, 14 per la
costruzione del modello finito. Per un edificio predefinitocostruzione del modello finito. Per un edificio predefinito
si riducono maggiormente i tempi di costruzione delsi riducono maggiormente i tempi di costruzione del
modello (eseguita automaticamente dallmodello (eseguita automaticamente dall’’algoritmo, circaalgoritmo, circa
2 ore)2 ore)

Conclusioni eConclusioni e
sviluppi futurisviluppi futuri
I modelli di Via Garibaldi ricostruitiI modelli di Via Garibaldi ricostruiti
seguendo le linee guida del manuale siseguendo le linee guida del manuale si
sono rivelati pienamente soddisfacentisono rivelati pienamente soddisfacenti
LL’’analisi delle problematiche e le relativeanalisi delle problematiche e le relative
soluzioni sono frutto di una collaborazionesoluzioni sono frutto di una collaborazione
multidisciplinare in corso in TiE emultidisciplinare in corso in TiE e
nellnell’’ELIOS LabELIOS Lab
LL’’algoritmo per la generazione automaticaalgoritmo per la generazione automatica
di ambienti culturali 3D sardi ambienti culturali 3D saràà a brevea breve
finalizzato, implementato in software efinalizzato, implementato in software e
reso disponibile ai partner del progettoreso disponibile ai partner del progetto

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