Cineprese e superfici nascoste

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1 Informatica Grafica per le arti Cineprese e superfici nascoste Le superfici nascoste Per produrre immagini realistiche occorre determinare quali oggetti siano "davanti" e quali "dietro". Il processo di stabilire l'ordine in cui visualizzare gli oggetti viene detto identificazione delle superfici visibili. Marco Gribaudo marcog@di.unito.it Le superfici nascoste Un errore nella determinazione delle superfici nascoste produce immagini irreali. Le superfici nascoste Stabilire quale oggetto sia "davanti" e quale dietro in un contesto tridimensionale non e' facile. Le superfici nascoste Ad esempio, alcuni oggetti possono sovrapporsi solo parzialmente e puo' non essere possibile stabilirne un ordine. Il "back face culling" Una prima semplificazione nella deterimnazione delle superfici visibili consiste nell'eliminare le facce "posteriori" di un solido Se si ordinano i vertici delle facce di un solido in senso orario, e' possibile determinare facilmente quali superfici siano "davanti" (visibli) e quali dietro.

2 Il "back face culling" Immaginiamo che i vertici di una faccia di un solido siano ordinati in senso orario quando osserviamo tale faccia "in fronte". Il "back face culling" La proiezione dei vertici sara' orientata in senso orario per le facce visibili. Il "back face culling" Ed in senso antiorario per le facce nascoste. Il "back face culling" Un programma di grafica e' in grado di determinare con due semplici calcoli la direzione della proiezione dei vertici di una faccia rispetto ad un osservatore - e quindi stabilire se essa sia visibile o meno. Se pero' per qualche motivo i vertici fossero orientati nel verso sbagliato, il calcolatore visualizzerebbe le faccie nascoste e nasconderebbe quelle visibili! La tecnica piu' semplice per determinare quali oggetti siano visibili e quali oscurati e' quella dello z-buffer. L'algoritmo considera una per una tutte le superfici visibili e determina i pixel da essa occupati. Tale tecnica richiede di memorizzare un dato addizionale per ogni pixel generato. L'area di memoria in cui questo dato viene memorizzato e' detta z-buffer

3 Per ogni pixel vengono calcolati il colore e la distanza dall'osservatore. Lo z-buffer memorizza per ogni pixel dell'immagine generata, la corrispondente distanza dall'osservatore Ogni volta che viene generato un pixel di una nuova superfice, viene confrontata la sua distanza con quella precedentemente memorizzata nello z-buffer. Se la distanza del nuovo pixel e' minore del valore presente nello z-buffer, questo sostituisce il punto precedente, in quanto piu' vicino all'osservatore Se invece la distanza e' maggiore, il nuovo pixel viene scartato in quanto piu' lontano rispetto a quello gia' presente sullo schermo. La tecnica dello z-buffer e' molto semplice da realizzare ma richiede notevole spazio di memoria addizionale Inoltre tutti gli oggetti visibili nella scena devono essere considerati: e' necessario generare anche i pixel corrispondenti ad oggetti completamente oscurati.

4 Lo z-buffer e' generalmente realizzato mediante hardware dedicato. Ormai praticamente tutte le schede video comunemente installate sui nuovi PC implementano lo z-buffer, rendendone estremamente veloce e flessibile l'utilizzo. La precisione dello Z-buffer implementato in Hardware e' comunque inferiore a quella utilizzata durante il rendering. Questa e' la causa di alcuni problemi di visualizzazione che a volte si verificano sulle viste. Cosi' come nella produzione cinematografica, anche in grafica 3D la scelta dell'inquadratura gioca un ruolo siginificativo. Fino ad ora ci siamo soffermati su come creare un mondo virtuale ora occorre vedere come sia possibile "inquadrarne" alcuni particolari La cinepresa rappresenta una visione del mondo virtuale da un particolare punto dello spazio. Alcuni programmi sono dotati di un'unica cinepresa che rappresenta l'immagine che verra' renderizzata. Blender permette invece all'utente di disporre piu' cineprese nello spazio. In Blender una cinepresa e' visualizzata come una piccola piramide, sormontata da un triangolino. La cineperesa e' posizionata in una particolare posizione dello spazio...

5 ... ed e' caratterizzata dalla direzione "verso cui guarda". In Blender le cineprese libere vengono inserite mediante la voce Add -> Camera dell'hotbox. Vengono quindi spostate e ruotate come tutti gli altri oggetti presenti sulla scena. E' possibile "guardare" attraverso una cinepresa, selezionandola dal menu' View -> Camera ->... nel menu della vista. Tra tutte le cineprese, Blender ne identifica una come Attiva. La cinepresa attiva e' identificata da un triangolino pieno. La cinepresa attiva e' quella che determina la visuale che verra' utilizzata nel momento in cui si effettuera' il rendering. In ogni momento vi puo' essere solamente un cinepresa attiva.

6 E' possibile cambiare la cinepresa attiva selezionandola ed esegunedo View -> Cameras -> Set Active Object as Active Camera. Oltre ai parametri posizionali, una cinepresa e' dotata di altre caratteristiche che determinano l'effetto dell'inquadratura. Questi parametri riflettono i controlli che un fotografo avrebbe a disposizione utilizzando una macchina da presa reale. Il FOV (Field of vision - Campo visivo), determina l'angolo di apertura della cinepresa. Variando il FOV, cambia il numero di oggetti inquadrati contemporaneamente. Il FOV si specifica nell'apposita pagina che compare nella finestra dei pulsanti una volta selezionata la cinepresa. Esso si specifica mediante la dimensione in millimetri della lente che si utilizzerebbe con una macchina fotografica convenzionale...

7 ... o in gradi di apertura premendo il pulsante D a fianco del valore. Ogni cinepresa puo' essere mossa durante il filmato. Esistono numerosi termini utilizzati per indicare i movimenti di una cinepresa. In Blender i movimenti di camera sono piuttosto complessi da realizzare, dal momento che non e' possibile spostare la cinepresa nello stesso modo in cui si cambia una visuale convenzionale. Si puo' spostare la cinepresa attiva sulla visuale selezionata premendo View -> Align View -> Align Active Camera to View nell'hotbox. Se si esegue uno Zoom (CTRL + MMB) o si trasla la vista (SHIFT + MMB), la cinepresa mantiene sempre la stessa inquadratura anche se la visuale cambia. Se invece si ruota la visuale (MMB mentre si muove il mouse), la vista si sgancia immediatamente dalla cinepresa e ritorna nella posizione precedente. Si chiama Pan l'operazione di ruotare la cinepresa verso l'alto, verso il basso, verso destra o verso sinistra.

8 In Blender si esegue richiamando View -> Camera Fly Mode (ottenibile anche premendo SHIFT + F). Quindi si sposta la visuale mouvendo il mouse intorno al centro dello schermo. Si conferma lo spostamento premendo LMB, mentre lo si annulla premendo RMB. Si chiama Dolly l'effetto ottenuto muovendo la cinepresa in avanti o all'indietro rispetto alla direzione in cui sta avvenendo l'inquadratura. In Blender si ottiene selezionando la cinepresa (premendo col RMB sul bordo piu' esterno del rettangolo che contorna la vista)... Quindi premendo G sulla tastiera per entrare in modalita' Grab, dopo premendo MMB per attivare il Dolly. Viene definito Truck uno spostamento che mantiene costante la direzione di inquadratura.

9 In Blender si effettua perendo G con la cinepresa selezionata e muovendo il mouse. Si preme LMB per confermare e RMB per annullare lo spostamento. Si chiama Roll una rotazione attorno all'asse di inquadratura della cinepresa. In Blender, si ottiene premendo R con la cinepresa selezionate per attivare la rotazione. Anche in questo caso LMB conferma e RMB annulla. Cambiando il FOV si ottengono effetti di Zoom. Il FOV si puo' cambiare solamente dall'apposito controllo visto in precedenza. Una volta realizzata un'inquadratura e' possibile effettuare il rendering della vista di una cinepresa. Prima pero' occorre impostare alcuni parametri quali la dimensione dell'immagine renderizzata, il file di output ed il formato utilizzato.

10 I parametri relativi al rendering si trovano nell'apposita finestra nella barra dei pulsanti, come introdotto precedentemente. Nella scheda Format, si specifica la risoluzione ed il formato dell'immagine generata. E' anche possibile impostare i parametri di compressione. Il rendering si avvia premendo il pulsante Render, come accennato in precedenza. Per salvare l'immagine renderizzata occore selezionare la voce del menu File -> Save Rendered Image (oppure premere F3 sulla tastiera).

11 Si specifica quindi la cartella, il nome dell'immagine e si preme il pulsante salva.