32730 - MODELLAZIONE VIRTUALE PER L'ARCHITETTURA

Conoscenze e abilità da conseguire

Il corso si pone l'obiettivo di fare acquisire agli allievi la padronanza dei metodi e delle tecniche di modellazione digitale tridimensionale, come mezzo di prototipazione virtuale e sistema conoscitivo, analogo, omologo e isomorfo al reale, con particolare riferimento al progetto di architettura e alle problematiche che ne sono proprie: definizione geometrica, illuminazione, materiali. In questo senso il laboratorio è suddiviso in due parti secondo il classico schema di realizzazione di una immagine digitale: una prima parte in cui si approfondiranno le tematiche legate alla modellazione e una seconda parte in cui si approfondiranno le tematiche legate al rendering.Accanto alle esercitazioni pratiche di laboratorio saranno affrontati anche l'illustrazione di software specifici e argomenti teorici fondamentali alla comprensione dei processi fisici che presiedono alla percezione delle immagini nell'osservatore umano e alla loro simulazione computerizzata, dei criteri geometrici di formazione dei modelli, delle metodologie della loro costruzione. Nel dettaglio gli argomenti trattati sono i seguenti: richiami di sistemi hardware per applicazioni grafiche 3D, trasformazioni grafiche tridimensionali, curve e superfici tridimensionali; introduzione all'uso di modellatori tridimensionali con l'uso dell'elaboratore; generazione di modelli wire-frame : modellatori B-rep , superficiali, solidi; uso di modellatori di superfici. Immagini digitali e principi di teoria del colore; la percezione visiva umana: teoria del tristimolo ; basi di  fotometria, il comportamento della luce; le sorgenti di illuminazione: fondamenti di illuminotecnica; l'aspetto dei materiali, la riflettanza e i colori; shading , rendering e modelli di illuminazione: flat , Gouraud , Lambert, Phong . Propagazione della luce e modelli di illuminazione globali: ray tracing e radiosity , tecniche di photon mapping and final gathering . Strumenti per la valutazione quantitativa e qualitativa della luce.

Contenuti

_Richiami di sistemi hardware per applicazioni grafiche 3D

Generalità, schede grafiche, librerie grafiche 3D, Open GL, monitors .

_Richiami di grafica raster

Formati di disegno raster : generalità sui formati grafici e caratteristiche principali.

Compressione dei dati: compressione lossy e non lossy , LZW, JPEG, GIF, MPEG.

_Introduzione all'uso di modellatori tridimensionali

Generalità sul modeling , modellazione semantica, modellazione parametrica, real-time, integrazione di modelli con immagini bit-mapped , generazione di modelli wire-frame : generazione per punti, superfici, volumi, clipping tridimensionale. Funzioni di viewing e windowing tridimensionale, tools di visualizzazione. Trasformazioni grafiche tridimensionali. Formati vettoriali e formati di interscambio: IGES, STL, VRML, DXF.

Modellazione B-rep e poliedri euleriani. Modellazione poligonale, mesh triangolari e mesh a quadrilatero, normali. Modellazione solida e operazioni booleane.

_Curve e superfici tridimensionali

Generalità, forma parametrica, curve di Bézier , curve B-spline (uniformi e non uniformi, razionali non razionali). Generazione di  superfici tridimensionali. Generazione di curve su superfici. Continuità G0, G1, o G2, modifica di curve. Allineamento di curve. Rotazioni e traslazioni tridimensionali. Funzioni di swept , trimmed surfaces , skinning .

_Applicazione e metodi di utilizzo (software Autodesk 3DMax Design)

Ambiente di lavoro, viewport, apertura e salvataggio di un file, stages , livelli. Viste prospettiche e viewport. Uso di immagini di sfondo. Disegno di curve 3D (NURBS), disegno di superfici 3D. Modellazione poligonale, conversione NURBS – poligoni. Solidi, Trasformazioni geometriche

_Fondamenti di fotometria e illuminotecnica

La luce: definizioni e comportamento. Fondamenti di fotometria. Unità di misura illuminotecniche. Le sorgenti luminose naturali e artificiali.

_Shading e modelli di illuminazione

Flat shading . Gouraud . Modelli locali : Lambert e Phong . Modelli globali: ray tracing e radiosity . Principi teorici delle tecniche di photon mapping e final gathering .

_La percezione delle immagini

La percezione dei livelli di luminanza.

Introduzione ai concetti di illuminazione degli interni per opere d'arte e principi progettuali.

_Applicazioni per il rendering e il calcolo della illuminazione

Autodesk 3DMax Design 2009. Import, gestione, verifica del modello geometrico. Gestione dei dati di materiali e superfici. Gestione delle sorgenti di illuminazione naturali ed artificiali, dei calcoli e dei dati fotometrici. Ottimizzazione dei modelli geometrici per il calcolo dell'illuminazione. Resa foto realistica con global illumination ( raytracing , radiosity , mental ray ( photon tracing   e final gathering )). Lighting Analisys per studio dell'illuminamento e della luminanza mediante utilizzo di immagini a falsi colori. Cenni sulle tecniche di animazione.

Testi/Bibliografia

. M. Gaiani, Metodi di prototipazione digitale e visualizzazione …. , Ed. Poli.Design , 2004

. R. Scateni, P. Cignoni , C. Montani, R. Scopigno , Fondamenti di grafica tridimensionale interattiva, McGraw-Hill, 2005

. H. Pottmann, A. Asperl, M. Hofer, A. Kilian, Architectural Geometry, Bentley Institute Press, 2007

. M. Gaiani, La rappresentazione riconfigurata, POLI.Design , Milano, 2006

. M. Magnazzi, S. Armeni, Mental ray per Autodesk 3ds Max e Autodesk VIZ, AM4 Educational, Milano, 2008

. Dispense fornite dai docenti su specifici argomenti

Metodi didattici

Il corso è organizzato in cicli di comunicazioni, una serie di esercitazioni applicative delle nozioni acquisite aventi per soggetto temi o oggetti prefissati da svolgere in aula nel corso delle lezioni, test scritti di verifica delle nozioni teoriche acquisite. Le lezioni sono suddivise secondo tre tipologie differenti fra loro complementari per ogni argomento:

. nozioni teoriche di base

. eventuali approfondimenti

. sessioni applicative con illustrazione di specifici software

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

Durante il corso sono previste prove in itinere obbligatorie per verificare gli stati di avanzamento del progetto, il cui esito concorre a determinare la valutazione finale in aggiunta a una discussione conclusiva del progetto in fase di consuntivazione.
Il corso si concluderà con la valutazione finale e l'attribuzione a tutti gli studenti del voto. Solo per gli studenti che, per giustificati e documentati gravi motivi, non hanno potuto concludere l'attività  e sostenere l'esame, si ammette che la valutazione conclusiva del lavoro possa essere rimandata agli appelli successivi previa prova pratica finale . Per chi è stato assente al massimo in due prove in itinere è prevista una prova grafica di recupero, mentre per chi è stato assente da tre a cinque esercitazioni è prevista una prova grafica integrativa e prova di teoria orale, oltre al lavoro finale.

Strumenti a supporto della didattica

Il corso prevede una serie di esercitazioni che saranno svolte a coppie di studenti, gli studenti possono scegliere liberamente il proprio compagno di lavoro, comunicando la formazione del gruppo ai docenti il secondo giorno in calendario. Rimane però l'obbligo di mantenere fisso il gruppo di lavoro per tutta la durata del corso.

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Gianluca Cattoli