Computer grafica tridimensionale: Esplorare l'intersezione tra visione e mondi virtuali

Di Fouad Sabry

Cos'è la computer grafica tridimensionale

La computer grafica 3D, a volte chiamata CGI, 3-D-CGI o grafica computerizzata tridimensionale, è una grafica che utilizza una grafica tridimensionale rappresentazione dimensionale di dati geometrici memorizzati nel computer allo scopo di eseguire calcoli e riprodurre immagini digitali, solitamente immagini 2D ma talvolta immagini 3D. Le immagini risultanti possono essere archiviate per essere visualizzate in un secondo momento o visualizzate in tempo reale.

Come trarrai vantaggio

(I) Approfondimenti e convalide su quanto segue argomenti:

Capitolo 1: Computer grafica 3D

Capitolo 2: Rendering (computer grafica)

Capitolo 3: Animazione al computer

Capitolo 4: Grafica vettoriale

Capitolo 5: Voxel

Capitolo 6: Visualizzazione scientifica

Capitolo 7: Grafica computerizzata in tempo reale

Capitolo 8: Computer grafica (informatica)

Capitolo 9: Modellazione 3D

Capitolo 10: Immagini generate al computer

(II) Rispondere alle principali domande del pubblico su grafica computerizzata tridimensionale.

(III) Esempi reali dell'utilizzo della grafica computerizzata tridimensionale in molti campi.

A chi è rivolto questo libro

Professionisti, studenti universitari e laureati, appassionati, hobbisti e coloro che desiderano andare oltre le conoscenze o le informazioni di base per qualsiasi tipo di computer grafica tridimensionale.

 

 

• Lingua: Italiano
• Editore: Un Miliardo Di Ben Informato [Italian]
• Data di uscita: 4 mag 2024

Anteprima del libro

Capitolo 1: Modello aumentato di proiezione

Un aspetto che a volte viene utilizzato nei sistemi di realtà virtuale è indicato come modello aumentato di proiezione (modello PA). Un'immagine al computer viene proiettata su un modello fisico tridimensionale al fine di generare un oggetto che sembra essere realistico. Questo modello è ciò che compone il sistema. È importante notare che la forma geometrica dell'elemento mostrato dal modello PA è identica a quella del modello fisico.

Gli elementi virtuali possono essere renderizzati direttamente all'interno o sovrapposti all'ambiente reale dell'utente quando si utilizza la realtà aumentata spaziale, nota anche come SAR. Il fatto che l'utente non debba indossare un display montato sulla testa è un vantaggio significativo offerto da SAR. Al contrario, l'uso di display spaziali consente un ampio campo visivo e la potenziale integrazione di immagini ad alta risoluzione di oggetti virtuali direttamente nell'ambiente circostante. Ad esempio, gli oggetti virtuali possono essere portati in vita dall'uso di proiettori di luce digitale per dipingere immagini 2D e 3D su superfici reali, o attraverso l'utilizzo di display a schermo piatto integrati.

Le cose reali possono essere maneggiate fisicamente e manipolate organicamente per essere osservate da qualsiasi direzione, il che è vitale per la valutazione ergonomica e crea una forte sensazione di palpabilità. Gli oggetti reali hanno anche il vantaggio di poter essere visti da qualsiasi angolazione.

La realtà aumentata e le interfacce utente tangibili (TUI) sono due approcci che si stanno sviluppando per risolvere questo problema. Gli elementi del mondo reale vengono utilizzati nei sistemi TUI non solo per rappresentare, ma anche per interagire con le informazioni create dai computer (Figura 1). Tuttavia, nonostante il fatto che le TUI forniscano una connessione fisica tra oggetti reali e generati dal computer, non creano l'illusione che gli oggetti generati dal computer siano effettivamente presenti nell'ambiente reale dell'utente. Questo è l'obiettivo che la realtà aumentata si prefigge di raggiungere.

La Figura 1 presenta un continuum di interfacce informatiche innovative, basate sul lavoro di Milgram e Kishino (1994).

La differenza tra realtà virtuale (VR) e realtà aumentata (AR) è che la VR immerge completamente un utente in un ambiente generato dal computer, mentre l'AR fonde mondi reali e virtuali dando l'illusione che gli oggetti generati dal computer siano in realtà oggetti reali nell'ambiente di un utente. La realtà virtuale (VR) è il termine più comune. Tali sistemi consentono l'alterazione dinamica dell'aspetto visivo generato al computer dell'oggetto, mentre il modello fisico offre un feedback tattile per la forma sottostante dell'oggetto. Questo input è fornito dal modello fisico. Tuttavia, a causa del fatto che gli utenti di sistemi basati su display montati sulla testa sono tenuti a indossare apparecchiature, il numero di persone che possono utilizzare il display contemporaneamente è limitato.

Il paradigma AR ha una variante chiamata realtà aumentata spazialmente, che non ha questi vincoli e quindi è più utile (Figura 1). Il modello con proiezione potenziata è il tipo più naturale di configurazione del display, tuttavia ci sono varie altre configurazioni di visualizzazione concepibili.

Figura 2: Concettualizzazione del modello Projection Augmented

Un modello aumentato a proiezione (modello PA) è un modello fisico tridimensionale su cui viene proiettata un'immagine al computer per produrre un oggetto dall'aspetto realistico. Questo tipo di modello viene definito realtà aumentata (Figura 2). È essenziale notare che la forma geometrica dell'elemento mostrato dal modello PA è identica a quella del modello fisico. Ad esempio, l'immagine proiettata sugli oggetti mostrati nella Figura 3 conferisce loro colore e consistenza visiva, che dà l'impressione che siano costruiti con una varietà di materiali.

La Figura 3 illustra un modello che utilizza l'aumento della proiezione (nel riquadro, con la proiezione disattivata).

I modelli PA fanno uso di una miscela unica di elementi del mondo reale e informazioni fornite da un computer, grazie al fatto che ottengono vantaggi da entrambi.

"L'interfaccia umana con un modello fisico è l'essenza di 'intuitivo'.

Non ci sono widget che devono essere regolati, nessun cursore da spostare, inoltre, non ci sono mostre da sfogliare (o indossare).

Piuttosto, navighiamo tra i vari elementi, spostandoci dentro e fuori per ingrandire e rimpicciolire, fissando e concentrandoci su diversi aspetti affascinanti, il tutto a livelli piuttosto alti di fedeltà visiva, spaziale e temporale".

L'alto grado di intuitività osservato nei modelli fisici è combinato con l'adattabilità e l'utilità della computer grafica nei modelli PA, come la capacità di apportare modifiche rapidamente, animare, conservare e aggiornare (Jacucci), Oulasvirta, Psik, Salovaara & Wagner, 2005).

Pertanto, un modello PA, nel suo senso più elementare, fornisce un oggetto generato al computer con l'apparenza di avere una forma reale, può essere sentito e tenuto dall'utente senza ulteriori apparecchiature.

Pertanto, non dovrebbe sorprendere che gli studi sugli utenti, in cui i modelli di PA sono stati confrontati con diversi display di Realtà Virtuale e Aumentata, abbiano trovato che i modelli di PA erano un tipo di presentazione naturale e facile da capire (Nam & Lee), 2003; Stevens et al, 2002).

Tuttavia, l'idea alla base del modello PA non è originale.

In effetti, uno dei primi display di tipo PA è stato creato più di vent'anni fa, quando Naimark ha costruito l'installazione artistica Displacements (Naimark, 1984) e più recentemente nell'attrazione Haunted Mansion a Disney World (Liljegren & Foster, 1990).

Perché all'epoca non era disponibile la tecnologia necessaria per realizzare un modello PA qualcosa di più di una dichiarazione estetica.

Tuttavia, data la tecnologia disponibile oggi e un po' di immaginazione sfrenata, l'esplorazione di nuovi display di proiezione è ora potenzialmente illimitata.

La crescita della tecnologia dei modelli PA è stata segnata dalla recente ricreazione dell'installazione Displacements di Naimark al SIGGRAPH (Displacements, 2005).

In particolare, ci sono stati recenti progressi nello sviluppo di una tecnologia che semi-automatizza il processo sia di costruzione del modello fisico che di allineamento con l'immagine proiettata.

Questo è compatibile con un certo numero di proiettori, Ciò consente di illuminare un modello PA da qualsiasi angolazione.

Inoltre, è possibile posizionare un modello PA in una stanza sufficientemente illuminata utilizzando un potente proiettore che ha tra i 2.000 e i 3.000 lumen (Nam), 2005; Umemoro, Keller & Stappers, 2003).

Tuttavia, nonostante il fatto che questa tecnologia renda i modelli PA meno pratici rispetto ad altri tipi di display, hanno comunque i loro usi, Non affronta lo scopo principale dell'esercizio.

Lo scopo di un modello PA è quello di dare l'impressione che sia la cosa che ritrae anche quando non lo è.

Ad esempio, ogni volta che viene applicato al processo di progettazione del prodotto, è essenziale che un modello PA fornisca il senso rassicurante di essere veramente il prodotto finale (Nam), 2006; Saakes, 2006; Verlinden, Horváth & Edelenbos, 2006; Keller & Stappers, 2001).

Allo stesso modo, quando viene utilizzato allo scopo di produrre una copia di un manufatto ai fini dell'esposizione in un museo, Secondo Hirooka e Satio, lo scopo di un modello PA è quello di dare l'impressione che si tratti del manufatto reale, 2006; Senckenberg Museum, 2006; Bimber, Gatesy, Witmer, Raskar & Encarnação, 2002; British Museum di Londra, 1999).

Tuttavia, questo inganno ottico non è stato affrontato direttamente da nessuno degli studi precedenti.

Pertanto, questa tesi definisce l'illusione del modello Projection Augmented come la situazione in cui un modello PA è percepito come effettivamente l'oggetto che raffigura.

Ad esempio, quando un utente visualizza il modello PA mostrato nella Figura 3 come composto da mattoni reali, sperimenterà questa illusione, vasi di fiori e schegge di legno, invece di modelli bianchi su cui è proiettata un'immagine.

Tuttavia, questo trucco non consiste nell'ingannare la persona che lo fa; Non è il suo scopo fondamentale.

Un individuo può avere l'esperienza di vedere un modello PA come la cosa che ritrae, nonostante il fatto che sia consapevole che si tratta solo di una figura bianca e di un'immagine proiettata.

In altre parole, la tecnologia è stata creata per aumentare l'autenticità del modello PA, il che significa che la somiglianza fisica tra il modello PA e la cosa che descrive è stata aumentata. Questa illusione è stata migliorata grazie allo sviluppo di questa tecnologia. Ad esempio, il modo in cui lo speculare si evidenzia su uno spostamento dell'oggetto quando l'osservatore cambia posizione può essere ricreato dinamicamente. Questo tipo di simulazione è possibile grazie ai progressi della computer grafica. Per questo motivo, un modello PA potrebbe dare l'impressione di essere stato creato con una varietà di materiali diversi. Ad esempio, un vaso di argilla opaca potrebbe dare l'impressione di essere stato creato con una sostanza brillante e plastica.

Tuttavia, la percezione percettiva soggettiva dell'utente è il fattore più importante nel determinare se l'illusione del modello PA ha luogo o meno. Di conseguenza, il miglioramento dell'autenticità dei vari componenti di un modello PA può avere un impatto unico sul grado in cui l'illusione viene trasmessa. Questa è esattamente la stessa cosa del modo in cui il miglioramento del realismo di vari componenti di un'immagine fotorealistica generata al computer può avere un'influenza distinta sul grado in cui si ritiene che l'immagine sia una fotografia autentica (Longhurst, Ledda & Chalmers, 2003; Rademacher, Lengyel, Cutrell, & Whitted, 2001). Ad esempio, migliorare la fedeltà dell'immagine in termini di