Capitolo 1° - Storia - FedOA

parametri venne introdotto anche il concetto di "feature"
e di albero di costruzione: in pratica tutte le lavorazioni
applicate sul modello solido vengono registrate (come
feature), in una specie di albero cronologico che
funziona secondo uno schema di dipendenza padrefiglo;
è possibile in ogni momento della modellazione
tornare indietro nell'albero di costruzione, selezionare
una feature, editare e modificare i suoi parametri, e
aggiornare tutto il modello con i nuovi parametri. La
modellazione solida parametrica viene oggi detta
"ibrida", in quanto molti modellatori CAD hanno
aggiunto delle funzioni avanzate di modellazione ibrida
solida e di superficie, per potere realizzare modelli più
complessi.
Di seguito viene schematizzata una sequenza tipo di
modellazione solida parametrica; si tratta di uno
schema molto semplice, adottabile soprattutto per
componenti meccaniche o che comunque non
richiedano interventi complessi:
1. Selezione di un Piano di partenza (un piano
di default o creato appositamente)
2. Disegno 2D sul piano (schizzo iniziale)
3. Lavorazione o Feature di base (ad es.
Estrusione dello schizzo)
4. Lavorazioni secondarie (Tagli/estrusioni in
modo analogo alla lavorazione di base)
5. Lavorazioni di rifinitura (Smussi, Raccordi,
filettature etc.)
Bisogna ricordare che ogni parametro numerico
riguardante gli schizzi di partenza e le feature di
lavorazione è editabile e modificale in qualsiasi
momento della modellazione, così come sono
modificabili tutte le opzioni delle feature. Il sistema di
lavorazione non procede in un unico senso (come nella
Modellazione poligonale a Rifinitura Progressiva) ma è
reversibile e modificabile all'infinito.
Superfici di Suddivisione (Subdivision Surface)
Le Superfici di suddivisione della B-spline di Catmull
Clark furono Sviluppate da E. Catmull e J. Clark nel
1978. Furono utilizzate per la prima volta nell' ambito
della Computer grafica 3D dalla Pixar nel film di
animazione Geri's Game, del 1989.
Sono uno strumento di modellazione molto versatile,
adatto soprattutto a realizzare modelli organici in
maniera semplice e dettagliata. Coniugano assieme le
migliori caratteristiche della modellazione poligonale e
della modellazione NURBS; come le superfici NURBS
sono perfettamente smussate e prive di sfaccettature,
ma possono avere come base forme dalla topologia
irregolare, tipiche dei modelli poligonali.
Uno dei migliori sistemi per iniziare la modellazione
con le superfici di suddivisione è proprio quello di
convertire un modello poligonale, l'unico requisito
importante è che la mesh da convertire sia il più
semplice possibile, formata cioè da un basso numero di
poligoni, questo perché non servono molti poligoni per
realizzare delle superfici di suddivisione perfette. Il
passaggio da una superficie poligonale a una superficie
di suddivisione è automatico, e questo vale anche per il
processo inverso.
Fondamentalmente le superfici di suddivisione
utilizzano le stesse tecniche di modellazione impiegate
per le mesh poligonali, con qualche distinguo e con
molte più possibilità, come ad esempio poter assegnere
un maggiore o minore "peso" a ciascun punto della
superficie.
Superfici implicite (Voxel)
Generalmente, più che rappresentare una tecnica di
modellazione, i Voxel vengono usati come dei sistemi
per visualizzare geometrie o fenomeni particolari. I
voxel generano un volume attorno a un punto
geometrico (cioè definito e posizionato nello spazio),
tale punto viene visualizzato e renderizzato tramite la
superficie implicita del voxel.
La visualizzazione volumetrica tramite voxel viene
impiegata ampiamente in ambito medico, utilizzando i
dati tridimensionali provenienti dalle Tomografie
computerizzate (TC), e dalle risonanze magnetiche
(RM), I modelli generati in tale modo rientrano nella
categoria della modellazione da "scansione
tridimensionale", descritta più avanti.
I voxel vengono anche utilizzati nell'ambito della
animazione tridimensionale per alcuni tipi di
simulazione complessa, come quella degli effetti
gassossi, atmosferici e per le esplosioni, similmente
possono venire impiegati per realizzare i materiali liquidi
e fluidi, come acqua, lava, etc. mediante motori di
generazione particellare, in questo caso il loro l'utilizzo
rientra nell'ambito della "modellazione procedurale".
Per quanto concerne la modellazione manuale vera e
propria, le superfici implicite possono utilizzare la
struttura di geometrie esistenti. Sfruttando la
caratteristica dei voxel di creare entità volumetriche
attorno a dei punti geometrici, si possono costruire
forme particolari, sia materiche che "immateriali"
utilizzando uno dei sistemi di modellazione qui
esaminati (ad es. la modellazione poligonale), e
mammano verificare la forma volumetrica che si stà
generando.
I modelli ottenibili possono anche essere simili a
quelli realizzati tramite le metaball (che pure sono entità
volumetriche), ma generalmente si sfuttano le capacità
tipiche dei voxel di generare superfici molto complesse,
difficilmente ottenibili in altro modo. Da quanto detto si
comprende che l'ambito di utilizzo delle superfici
implicite comprende quasi esclusivamente forme e
strutture di tipo organico, naturale o immaginario, ma
non di tipo geometrico.
Mappe di Displacement
Il displacement mapping è una tecnica di
modellazione che non utilizza gli strumenti standard di
modifica, ma si basa sull' elaborazione di immagini in
scala di grigio.
Utilizza lo stesso principio dell'"Images mapping"
(mappatura di immagini), ad es. il "Bump mapping"
(rugosità), con la differenza che il displacement
interviene sulla geometria del modello, modificandola.
Agendo nella direzione "normale" della superficie, la
mappa di displacement provoca uno spostamento in
senso positivo dei punti del modello corrispondenti alle
zone chiare dell'immagine, e in senso negativo di quelli
corrispondenti alle zone scure. Può essere considerato
Capitolo 2° - Strumenti e applicazioni
come uno strumento di deformazione della mesh
attraverso immagini, viene utilizzato sia su modelli
organici che geometrici.
Si possono distinguere due generi di displacement:
• Displacement Geometrico - agendo
direttamente sui punti della mesh poligonale, questo
tipo di displacement necessita di un alto livello di
tasselizzazione della mesh per produrre risultati buoni,
ha quindi lo svantaggio di produrre modelli molto
pesanti e difficilmente gestibili.
• Displacement per Micropoligoni
(Microdisplacement) - il displacement per Micropoligoni
genera in automatico un grande numero di piccole
facce triangolari (anche molti milioni), ed è in grado di
realizzare modelli molto dettagliati. La particolarità e il
grande vantaggio di questo sistema risiede nel fatto che
la tassellizzazione del modello avviene solo in fase di
rendering o pre-visualizzazione (è cioè temporanea),
mentre non va ainteressre la geometria di base che può
mantenersi così molto semplice. Per estremo,
utilizzando un solo poligono piano e un'immagine
mappata, si può ottenere in fase di rendering un
modello perfettamente definito (ad es. un terreno
frastagliato o un bassorilievo scultoreo).
Scultura 3D
Per indicare questa tecnica si usa anche il termine
"displacement painting", in quanto deriva dalla
comunione di tecniche di displacement map e di
tecniche di painting 3D.
È un sistema molto affine a tecniche di scultura
tradizionale, opera utilizzando dei pennelli virtuali,
variabili in dimensione e funzioni, che, passati sulla
superficie del modello vanno a modificarne la geometria
in tempo reale, provocando protusioni, avvallamenti,
scalfitture e incisioni, come se si stesse lavorando su
un pezzo di argilla.
I precursori di questa tecnica furono i programmi di
painting diretto su mesh, che però non lavoravano sul
canale del displacement. Il primo esempio di questo
tipo di scultura fu il modulo "artisan", impiegato da
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