Visualizzazione avanzata: tecniche fotorealistiche e di animazione interattiva

Unità Operativa: Dipartimento di Scienze della Informazione (DSI)
Università di Milano (UniMi)
Laboratorio di Eidomatica
 Via Comelico 39
I-20135 Milano
Tel: (02) 55006 358 / 339 Fax: (02) 55006 334

Responsabile: Prof. Daniele Marini
Email: marini@eidomatica.dsi.unimi.it

Collaboratori:
Dr. Maurizio Rossi
Dr. Roberto Attias
Dr. Federica Colla
Prof. Gianni Degli Antoni
Dr. Paola Trapani

Altri collaboratori:
Mauro Guizzo
Marco Pighetti
Enrico Belloni
Marco Ratto

Descrizione della ricerca

La ricerca ha come obiettivo la dimostrazione della utilità dei metodi di simulazione visiva fotorealistica per aiutare specialisti di conservazione e restauro di manufatti storici.
La riproduzione fotorealistica, basata in primo luogo sulla ricostruzione di modelli geometrici delle forme esaminate, consente di produrre immagini di sintesi che rispettano l'apparenza visiva. Questa capacità offre allo specialista strumenti validi per valutare ipotesi di intervento sia conservativo sia di recupero e restauro, in modo non distruttivo.
La integrazione di questi metodi in sistemi di navigazione nella conoscenza, quali i "browser" di Internet, permettono di organizzare i dati conoscitivi e di esplorarli in modo interattivo.
Le diverse possibilità di navigazione offrono all'utenza altrettante varietà di esplorazione della conoscenza: per specialisti, per tecnici, per la divulgazione, per la valorizzazione del patrimonio culturale in generale.

Strumenti e metodi

Sono stati messi a punto una serie di strumenti software per la simulazione visiva fotorealistica. Tali strumenti si basano su una accurata simulazione numerica della interazione luce-materiali, attuata sia mediante la tecnica del ray tracing, sia mediante la tecnica di radiosity.
Entrambi i metodi assumono una accurata descrizione dei parametri fotometrici e colorimetrici dei materiali e delle sorgenti di luce, mediante la emissività e riflettività spettrale. Questi parametri spettrali si possono rilevare sia da tabelle pubblicate (per la emissività delle sorgenti principali), sia da misure dirette. Nel progetto abbiamo fatto ricorso alle misure di assorbività spettrale dei campioni, fatte dalla Unità Operativa DCIMA-UniMi.

Una volta computata la luminanza riflessa dai campioni selezionati, si pone il problema della accurata riproduzione dei colori sul supporto del monitor dell'elaboratore.
Questo problema, di elevata complessità, è stato risolto nel presente progetto ricorrendo a un modello computazionale della visione del colore che si basa su risultati recenti nella ricerca sulla neurofisiologia del sistema visivo umano.
Si è tal fine realizzata una implementazione del modello di percezione del colore retinex:, ideato da Edwin Land alla fine degli anni '60. Secondo tale modello la sensazione di colore non è solo il risultato del flusso luminoso che giunge alla retina di un osservatore, ma comprende anche una elaborazione a livello corticale, che computa rapporti di luminosità tra diverse regioni della immagine. Il risultato di questo calcolo consente di eliminare dominanze cromatiche dovute a caratteristiche differenti delle sorgenti di luce, ma nel contempo simula accuratamente noti fenomeni di illusione cromatica.

La riproduzione accurata della interazione luce-materiali, e la riproduzione del colore su display, sono state applicate nel caso di studio, il Teatro Romano di Aosta, per ottenere una riproduzione fotorealistica di un concio.
Il modello geometrico del concio è stato realizzato dalla U.O. IMA - CNR di Genova.
Tale riproduzione è stata fatta sia simulando lo stato attuale, sia simulando un intervento di restauro mediante pulitura. In quest'ultimo caso sono stati utilizzati i valori di riflettività spettrale misurati su un campione tagliato e pulito.

Infine si è proceduto alla realizzazione di una ricostruzione tridimensionale del Teatro, finalizzata alla presentazione in Internet della attività svolta. A tal fine si è adottato il linguaggio standard VRML adatto ai programmi WebSpace e in generale ai browsers in grado di visualizzare interattivamente modelli tridimensionali.
Questo lavoro consente a un visitatore del sito Web di navigare interattivamente nello spazio tridimensionale della Valle d'Aosta, dell'area topografica intorno alla città e nel Teatro. I dati sono stati organizzati in vari livelli di dettaglio secondo una gerarchia di scale di riproduzione via via più accurate. Ciò consente di ridurre il carico di comunicazione in rete e di manipolare file di dati di limitate dimensioni.

Risultati ottenuti

Riferimenti bibliografici

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