Modello 3D

Un modello 3D (o modello tridimensionale) è una rappresentazione matematica di un oggetto tridimensionale. È un elemento chiave della computer grafica 3D, del disegno industriale, della progettazione architettonica e della stampa tridimensionale. Il processo che riguarda la creazione di un modello 3D, è detto modellazione 3D.

Storia

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Mentre lavora alla Boeing nei tardi anni Cinquanta, William Fetter inventa un modo per massimizzare la struttura delle portaerei dell'azienda.^[1] Nel 1964, Fetter sviluppa il primo modello 3D digitale di un corpo umano ("Boeing Man" o "Boeman"), animandolo.^[2]

La CGI viene impiegata per la prima volta nel 1976, nel film Futureworld, dove compare una versione digitale e animata della mano sinistra di Edwin Catmull (fondatore della Pixar).^[2]^[3]

La prima applicazione commerciale riguardante i modelli umani, risale al 1998 sul sito web della Land's End. I modelli virtuali umani erano creati dalla compagnia My Virtual Mode Inc., e permise agli utenti di creare un modello di loro stessi per provare gli abiti.^[4] Diversi programmi moderni permettono la creazione di modelli umani virtuali (Poser sarebbe un esempio).

Tipologie di oggetti tridimensionali

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Un modello tridimensionale consiste sostanzialmente in un file di dati strutturati, contenenti le proprietà delle primitive geometriche che costituiscono l'oggetto rappresentato (un corpo fisico). Trattandosi di un insieme di dati (punti nello spazio 3D e altre informazioni), i modelli 3D possono essere fatti a mano, algoritmicamente (modellazione procedurale), o scansionati dalla realtà. La maggior parte degli oggetti tridimensionali può essere divisa in:

Boundary-based objects

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In questo caso viene rappresentata la superficie dell'oggetto 3D.^[5] Questa rappresentazione è anche chiamata B-rep. Una superficie è una sorta di velo sottile^[6], privo di spessore e, quindi, di massa o volume.^[7] Le superfici sono infinitamente sottili, come una pelle umana rappresentata matematicamente. Fanno parte di questa categoria le mesh poligonali, le superfici implicite e le superfici parametriche.^[5]

Mesh poligonali – Sono maglie di vertici connessi fra loro da spigoli, che formano così delle facce.
Superfici implicite – Le più famose sono le metaball.
Superfici parametriche – Sono le superfici di Hermite, le superfici di Bézier, le superfici B-spline, le superfici NURBS.^[8]

Volume-based objects

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Rientrano in questa categoria gli oggetti solidi. Utilizzati principalmente per simulazioni ingegneristiche e mediche, sono di solito costruiti con la geometria solida costruttiva^[5]. Un oggetto di questo tipo è un vero e proprio corpo tridimensionale chiuso, con proprietà reali, quali massa, volume, centro di gravità e momenti di inerzia.^[7] Questo li fa diventare i migliori oggetti per una modellazione con finalità costruttivo-produttive, dove le proprietà delle funzioni che li hanno generati permettono di effettuare verifiche strutturali estremamente accurate prima che questi siano effettivamente prodotti.^[7]

Modellazione ibrida

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È possibile scegliere un flusso di lavoro che consideri esclusivamente solidi o superfici, trasformando il modello da una modo a un altro, o si può altrimenti lavorare con solidi e superfici contemporaneamente. L'uso contemporaneo di solidi e superfici è spesso chiamato modellazione ibrida (hybrid modeling).^[9] Molti degli strumenti mainstream di modellazione CAD disponibili oggi, rientrano in questa categoria, come per esempio SolidWorks, Solid Edge, Pro/Engineer, Unigraphics NX, e Catia. Ci sono pochi software di modellazione che usano esclusivamente solidi o superfici. Rhino è un esempio di software esclusivo per superfici. Alibre è un esempio di software esclusivo per solidi.

Tipologie di modelli tridimensionali

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Hard-surfaced models

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Cioè "modelli a superfici rigide". Si tratta di modelli di oggetti che hanno una superficie rigida, piatta, e di solito non presentano molta rotondità. Nell'animazione non mostrano alcun segno di vita. Gli hard-surfaced models generalmente sono più semplici da realizzare se comparati a modelli organici come i personaggi. Ma la complessità comunque varia a seconda del tipo di modello che si sta realizzando (per esempio un tavolo è più semplice da realizzare rispetto a un'automobile).^[10] Alcuni modelli di questo tipo sono: tavoli, sedie, ripiani, armadi, porte, camere, edifici, schermi di TV, sveglie, letti, strade, divani, grattacieli, vasi, set da cucina, set di computer, stadi, veicoli, astronavi, cellulari.

Tra i campi in cui si necessita di modelli a superfici rigide: visualizzazione architettonica, produzione di videogiochi e film, investigazioni criminali, realtà virtuale/realtà aumentata.

Organic models

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Cioè "modelli organici". A differenza dei modelli a superfici rigide, questo tipo di modelli sono più curvi e arrotondati, sebbene possano comunque avere delle superfici piatte. Possono essere più complicati da realizzare rispetto ai modelli a superfici rigide. Nell'animazione prendono vita.^[10] Alcuni modelli di questo tipo sono: esseri umani, animali, bestie, piante, frutta, vegetali, pianeti, alberi, erba, organismi.

I modelli organici sono coinvolti nella produzione di film, nel campo medico/dentale, nelle investigazioni criminali e nella visualizzazione architettonica.

Environment models

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Cioè "modelli ambientali". Si tratta di modelli che, messi assieme, permettono di costruire un mondo. Trattandosi di elementi che compongono un contenitore, in seguito tale mondo può arredato con modelli a superfici rigide e modelli organici.^[10] Alcuni modelli di questo tipo sono: una stanza, una sala, un corridoio, strade, una città, una montagna, una foresta, un deserto, spazi aperti, un'altra dimensione, un quadrato piatto, location iconiche del mondo vero.

Tra i campi in cui tali modelli trovano applicazione, ci sono: film, videogiochi e realtà virtuale/realtà aumentata.

Applicazioni

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I modelli 3D, al giorno d'oggi, sono impiegati in svariati campi.

L'industria medica usa dettagliati modelli di organi; questi possono essere creati con più immagini 2D di un MRI o TC.
L'industria cinematografica li usa per rappresentare personaggi e oggetti nei film di animazione e di vita reale, oppure alcune situazioni che sarebbero troppo pericolose o impossibili.
L'industria videoludica li sua come contenuti per i videogiochi; i modelli 3D sono la sostanza del videogioco.
Il settore scientifico li usa come modelli altamente dettagliati per i composti chimici.
In architettura si utilizzano per presentare edifici e paesaggi; in questo caso dopo la modellazione vengono stampati in 3D.
In ingegneria o design, si usano per riferimento o per presentare nuovi prodotti, veicoli e strutture.
Nei decenni recenti, si è iniziato a costruire modelli tridimensionali in ambito geologico.

Il mercato dei modelli 3D

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Esiste un grande mercato di modelli 3D (così come contenuti legati a essi, come texture, script, ecc...), sia per singoli modelli che per grandi collezioni. Molti negozi per contenuti 3D, infatti, permettono ad artisti individuali di vendere le proprie creazioni, fra cui TurboSquid^[11], CGStudio, CreativeMarket e CGTrader. Spesso, il fine è quello di ottenere un valore aggiunto da quanto creato in precedenza per progetti. Così facendo, gli artisti possono guadagnare più soldi da questi contenuti e le aziende possono risparmiare denaro acquistando dei modelli già pronti invece di pagare un dipendente per crearli da zero.

Questi mercati in genere dividono il guadagno tra se stessi e l'artista creatore del contenuto, in modo che l'artista ottenga dal 40% al 95% dei guadagni, in accordo con il negozio. Nella maggior parte dei casi, l'artista mantiene la proprietà del modello; il cliente acquista solo il diritto di utilizzare e presentarlo.

Negli ultimi anni sono nati numerosi mercati specializzati nei modelli da stampa 3D. Alcuni di questi negozi, sono la combinazione di siti per la condivisione dei modelli con o senza una funzionalità di e-commerce integrata. Alcune di queste piattaforme offrono inoltre servizi di stampa 3D su richiesta, software per il rendering, la visualizzazione dinamica di oggetti, ecc. Fra le piattaforme di condivisione di modelli per la stampa 3D troviamo: Shapeways, Pinshape, Thingiverse, TurboSquid, CGTrader, Threeding, MyMiniFactory e GrabCAD.

Formati di modelli 3D

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Note

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^ (EN) Herbert W. Franke, Computer Graphics — Computer Art, Springer Science & Business Media, 6 dicembre 2012, ISBN 9783642702594. URL consultato il 27 febbraio 2018.
^ ^a ^b (EN) Jon Peddie, The History of Visual Magic in Computers: How Beautiful Images are Made in CAD, 3D, VR and AR, Springer, 1º ottobre 2013, ISBN 9781447149316. URL consultato il 27 febbraio 2018.
^ IMBD, Futureworld (1976). URL consultato il 27 febbraio 2018.
^ "Lands' End First With New 'My Virtual Model' Technology: Takes Guesswork Out of Web Shopping for Clothes That Fit", su prnewswire.com. URL consultato l'8 maggio 2017 (archiviato dall'url originale il 22 agosto 2016).
^ ^a ^b ^c (EN) Fabio Ganovelli, Massimiliano Corsini e Sumanta Pattanaik, Introduction to Computer Graphics: A Practical Learning Approach, 1ª ed., Chapman and Hall/CRC, 22 ottobre 2014, ISBN 9781439852798. URL consultato il 27 febbraio 2018.
^ Come un infinitesimale sottile guscio, da qui l'uso del termine "shell".
^ ^a ^b ^c (IT) Werner Stefano Villa, Autodesk AutoCad 2017. Guida completa per architettura, meccanica e design, Tecniche Nuove, 23 giugno 2016, ISBN 9788848131360. URL consultato il 27 febbraio 2018.
^ (IT) Primo Zingaretti, Fondamenti di computer graphics, Pitagora, 1º luglio 2004, ISBN 9788837114862. URL consultato il 27 febbraio 2018.
^ Matt Lombard, SolidWorks Surfacing and Complex Shape Modeling Bible, 2008.
^ ^a ^b ^c Danan Thilakanathan, 3D Modeling For Beginners.
^ turbosquid.com, https://www.turbosquid.com/ Titolo mancante per url url (aiuto).