Texturing avanzato come semplificazione alla modellazione Poligonale

La modellazione Poligonale è particolarmente indicata per ottenere un risultato veloce e realistico quando si tratta di architetture e oggetti di design che non contengono delle superfici complesse. La poca conoscenza dell'uso dell' immagine (Bitmap),come un input delle varie modifiche parametriche, ci portava a modellare a mano “virtualmente” ogni pezzo del nostro modello, come in tutti i primi tempi in cui abbiamo imparato a modellare. Come in Autocad prima di imparare il comando “Hatch” abbiamo provato un emozione e la noia di disegnare ad esempio un muro di mattoni usando le polilinee o addirittura le linee calcolando le fughe tra le mattoni. Poi si scopre all’improvviso che potevamo risparmiare un po’ di tempo imparando a mettere i retini.

Questo è il caso del Bitmap che appare sotto tanti comandi di 3dsMax o qualsiasi modellatore 3D.

Per fare un modello foto-realistico una buona conoscenza di un programma di grafica 2D è indispensabile. A volte per creare un materiale personalizzato per un render foto-realistico passo più tempo con Photoshop che non con 3dsMax prima di fare il Render.

Ecco un esempio complesso di Render in cui questo casale è semplice come modello geometrico ma la complessità è nel creare il texture complesso che è diverso da una facciata all'altra senza dover esplodere l'oggetto. Per applicare un materiale diverso per ogni facciata si è usato il modificatore unwrap con cui è stata esportata un immagine della proiezione di tutte le facce del modello e poi con photoshop si è creata la mappa corrispondente.

poi per rendere realistica la superficie scabra del casale o per modellare le tegole senza creare milioni di vertici e poligoni (e lasciare il file il più leggero possibile) è stato usato il Vray displacement modifier usando la seguente immagine in bianco e nero per dare la profondità al momento di render.

Per creare il terreno è stato usato il modificatore displace con cui è stato possibile alzare i vertici secondo la scala di grigio (nell’immagine seguente) nel modello di un piano semplice ben suddiviso. Questa Bitmap è stata fatta con Photoshop partendo dalle curve di livello ottenute da un topografo. Tra una curva di livello e un'altra c’è un salto di una percentuale fissa di grigio e poi è stato applicato il filtro Blur per eliminare la divisione netta tra un livello e l’altro. Il risultato è un modello del trerreno molto semplice e pulito evitando di usare il modificatore terrain che spesso crea superfici complesse e suddivisi in modo irregolare.

Superficie sperimentale S40I

La soluzione evolutiva

Siamo sempre alla ricerca delle geometrie strutturanti (piano di simmetria) di un prodotto di design equilibrato, Nel caso in esempio la scocca del vecchio telefon a disco S62.

Nella generalità dei casi, la costruzione del “bounding box”, termine inglese con cui i software chiamano il parallelepipedo limite, non è un’operazione immediata. Infatti, lo strumento informatico, per sua natura limitato, costruisce il bounding box con le facce sempre parallele ai piani coordinati di costruzione. Una soluzione di questo tipo, per la scocca, da luogo ad un poliedro completamente inadeguata agli obbiettivi prefissati poiché identifica delle geometrie strutturanti non in aderenza con quelle della forma analizzata.

La variabile su cui operare è la posizione del piano di costruzione, ma per far ciò è necessario relazionare la variabile alla condizione limite che si vuole raggiungere, quella che permette di ottenere il più adeguato bounding box per il quale uno dei piani di simmetria è coincidente con quello della scocca del telefono.

Attraverso un disegno esemplificativo bidimensionale, sono presentate alcune riflessioni riguardanti la ricerca del miglior rettangolo limite, per il quale l’asse di simmetria è coincidente con l’asse di simmetria della figura inscritta. In queste immagini è proposta la semplificazione sul piano del problema nello spazio. La prima immagine in alto, mostra la forma casualmente posizionata rispetto ad un sistema di assi cartesiani dove l’asse x è rosso e l’asse y è verde. Il rettangolo limite si pone, per costruzione, parallelamente agli assi coordinati identificando una superficie interna di pertinenza.

Leggiamo l’area del poligono il cui valore deve essere preso esclusivamente come indice di paragone, che risulta pari a 34756 mm2. La seconda immagine vede il sistema cartesiano ruotato intorno all’origine, permettendo al rettangolo limite di far aderire il suo lato lungo al lato destro del trapezio inscritto. Leggiamo nuovamente l’area del poligono rosso e ci rendiamo conto che il valore è diminuito a 27463 mm2. Nell’ultima immagine in basso, abbiamo ulteriormente ruotato il sistema cartesiano in modo da avere l’asse x parallelo alla base del trapezio. Il rettangolo limite che si forma, è quello da noi cercato, in quanto il suo asse di simmetria, coincide con l’asse di simmetria del trapezio. L’area del poligono ottenuto è di 25757 mm2, la più piccola sino ad ora rilevata. Ma continuando a ruotare il sistema cartesiano, notiamo che il valore numerico riprende a crescere, di conseguenza la condizione di rettangolo limite con area più piccola in assoluto, è quella che soddisfa le nostre esigenze. Trasponendo la soluzione nello spazio digitale, possiamo affermare con certezza, che nel caso della scocca, il bounding box migliore sarà quello con il volume minimo.

La variabile sulla quale operare è quindi l’orientamento del piano di costruzione; l’obbiettivo da perseguire è il minimo ingombro del bounding box. Possiamo sfruttare lo strumento Grasshopper, per creare una definizione che metta insieme condizioni geometriche e condizioni computazionali, per la ricerca dell’orientamento del piano che determini il minor volume.

In basso l'algoritmo che rende variabile il piano di costruzione riferimento del parallelepipedo limite, entita che sarà ruotata in funzione di tre gradi di libertà, quelli di rotazione intorno gli assi coordinati, sin quando il bounding box non sarà il più piccolo.

Attraverso i tre slider, è possibile manipolare la rotazione attorno i tre assi sin quando non otteniamo il più piccolo box limite. Ovviamente l'algoritmo deve essere automatizzato, e ciò avviene grazie al risolutore evolutivo Galapagos. I genomi da manipolare sono i tre gradi di libertà, il Fitness da perseguire, il minimo volume.

In sintesi: Il parametro di partenza è la rappresentazione numerica della scocca, intorno a questo si costruirà il bounding box  ovviamente orientato in relazione al piano di costruzione corrente. Identifichiamo per comodità l’origine del piano di costruzione nel baricentro della mesh  e costruiamo una definizione che consenta al piano di ruotare liberamente nello spazio, concedendo come gradi di libertà le tre rotazioni principali. Gli sliders identificano i range di rotazione intorno ai tre assi coordinati e vanno da zero a 180°, l’intero angolo piatto. Solo adesso si introdurrà la componente evolutiva, collegata agli sliders  e ad un lettore di volume del bounding box. La scocca del telefono, innesca un processo reiterativo in cui vengono variati i valori degli sliders e volta per volta, vengono letti i valori dei volumi. Andando avanti con la reiterazione i valori dei parametri variabili vengono posizionati nell’intorno di quei dati che forniscono il volume più basso, dando vita ad un processo asintotico che sempre più si avvicina al valore ottimale del parallelepipedo di ingombro minimo. Il percorso, essendo asintotico, non ha termine, ma grazie alla tolleranza posseduta dal software, superato un certo valore di precisione, il dato ottenuto sarà considerato esatto.

Le immagini mostrano il processo con il quale, attraverso il bounding Box si è trovato il piano di simmetria.