Scansionare tesori storici per trasformarli in modelli videoludici fotorealistici

Un attore che indossa un'armatura medievale viene scansionato in 3D con Artec Leo

Quando si tratta di trasformare persone, oggetti e ambienti del mondo reale in modelli realistici per televisione, film e videogiochi, la fotogrammetria rimane il metodo più utilizzato del settore.

Questo processo consente la creazione di modelli partendo da foto sovrapposte ad alta risoluzione, viene spesso svolta all'interno di cabine piene di fotocamere e consente di ricreare accuratamente gli oggetti fisici nel regno virtuale. Tuttavia, la scansione 3D sta rapidamente emergendo come un'alternativa più veloce e flessibile, grazie alla quale gli oggetti di scena e i modelli dei personaggi possono essere digitalizzati con precisione in pochi secondi.

Questi vantaggi non sono solo teorici, la tecnologia si sta sempre più affermando nel settore. Ad oggi, la scansione Artec 3D ha contribuito a creare immagini di ogni tipo, come i modelli ad alta risoluzione di videogiochi militari per il fps online World War 3, o gli effetti visivi spaventosamente realistici per la serie horror Sleepy Hollow.

Data l'efficacia che la scansione 3D sta già dimostrando come strumento CGI all'avanguardia, molti si chiederanno: adottare questa tecnologia è difficile? E come si trasforma una scansione in un effetto visivo? Per fortuna, l'esperto di Artec Mikhail Shumikhin è a tua disposizione per parlarti passo dopo passo del processo e spiegarti come ottimizzare i risultati.

Digitalizzare un cavaliere in armatura

In moltissimi giochi, che si tratti di Dark Souls, Dragon Age o una lunga lista di altri successi videoludici, un'armatura da cavaliere è un elemento di gioco a cui gli sviluppatori sembrano molto affezionati.

Ecco perché Shumikhin ha scelto un'armatura per la sua demo di scansione 3D. Prendendolo in prestito dal museo vivente di storia medievale di Kotor, dove conservatori e attori mantengono viva la storia del paese restaurando ed indossando costumi d'epoca, ha voluto mostrare come la scansione 3D può raccogliere anche le superfici più difficili in un caso d'uso rilevante per il settore.

Un cavaliere faticosamente digitalizzato da una tradizionale fotocamera ad alta risoluzione tramite una serie di foto, come sarebbe necessario per effettuarne la fotogrammetria

Una volta identificato un costume da catturare e convinto un collega a fungere da modello del personaggio, Shumikhin ha iniziato a scansionarli in 3D utilizzando Artec Leo. Con una velocità di scansione di 35 milioni di punti/s, Leo può digitalizzare interi oggetti e persone in pochi secondi. Questa capacità, oltre alla natura wireless del dispositivo, ha reso la digitalizzazione un processo rapido e semplice.

Per tenere conto dei micro-movimenti durante la digitalizzazione degli attori, Shumikhin consiglia di dividere la scansione in sezioni. Nel progetto dell'armatura questa accortezza gli ha dato "un maggiore controllo sulla qualità" e gli ha permesso di evitare "artefatti causati dal movimento involontario."

Basata sull'intelligenza artificiale, la modalità HD, una funzionalità disponibile agli utenti di Leo e di Artec Eva, ha anche contribuito a massimizzare la risoluzione e ridurre al minimo la perdita di dati a causa della lucentezza dell'armatura.

"La ricostruzione HD è uno strumento estremamente utile", ha spiegato Shumikhin. "Ti consente di aumentare la quantità di dati che puoi rilevare, raccogliendone 2, 4 o anche 8 volte di più. Con Leo è anche possibile mettere in pausa la scansione, spostarsi e continuarla dall'altra parte dell'oggetto."

"Il più grande vantaggio dei nostri scanner 3D è la loro mobilità e la qualità dell'acquisizione di texture e geometria. Possono essere facilmente trasportati in qualsiasi parte del mondo per catturare oggetti ad alta risoluzione."

Mesh-tidying su Artec Studio

Nel processo di riordino e preparazione delle scansioni per l'esportazione, Shumikhin è stato aiutato dagli strumenti avanzati inclusi in Artec Studio. In particolare, afferma che la semplicità dell'algoritmo di registrazione globale di questo software di acquisizione ed elaborazione dei dati di scansione offre un modo semplice e rapido per correggere gli errori e creare mesh di altissima qualità a partire dai frame acquisiti.

Alcune delle superfici lucide dell'armatura catturate nel modello 3D di Shumikhin

Quando si tratta di ottimizzare la risoluzione durante la fusione di scansioni, Shumikhin ha un consiglio per chiunque cerchi di replicare il suo flusso di lavoro. Per ottenere i migliori risultati, suggerisce di impostare la risoluzione di fusione a 0,5 mm, non necessariamente a 0,1 mm, la risoluzione massima di Eva e Leo.

Shumikhin ha anche aggiunto che lo strumento di riempimento dei fori di Artec Studio è estremamente efficace nel colmare eventuali lacune nelle mesh, dove i riflessi impediscono la completa acquisizione dei dati. Non ha nemmeno utilizzato la funzionalità di photo-texturing, che può aumentare ulteriormente la risoluzione.

"Artec Studio ha un algoritmo molto interessante per il photo-texturing e la registrazione", ha affermato Shumikhin. "Grazie ad esso, puoi ottenere modelli estremamente dettagliati. In questo progetto, le texture catturate con Leo erano di tale qualità che non ho avuto bisogno di usarlo, ma il photo-texturing sarebbe stato molto utile in molti altri casi."

Passare dalla mesh al modello

Dopo aver corretto la sua mesh, Shumikhin l'ha inviata ad alcuni programmi di terze parti per la texturizzazione, il rendering e la risoluzione di un altro problema comune nella modellazione CGI: la simmetria. Il raggiungimento di questi standard è una "regola fondamentale" per rendere i modelli pronti per i videogiochi.

Poiché è praticamente impossibile far stare fermi gli attori in posizione esattamente simmetrica, le mesh devono essere livellate digitalmente tramite un software di editing. Per raggiungere questo obiettivo, Shumikhin consiglia di esportare le mesh su piattaforme come ZBrush, dove i loro lati sinistro e destro possono essere specchiati e utilizzati come "guide" per renderli più simmetrici.

Shumikhin ha quindi esportato il suo modello su Maya per la creazione di geometrie a basso numero di poligoni e per sfruttare gli strumenti di layout UV del software (per la mappatura delle texture), prima di inviarlo a Marmoset Toolbag e Substance 3D Painter.

Il modello di armatura del cavaliere montenegrino in fase di rendering e preparazione per l'animazione

Con Toolbag, Shumikhin ha in seguito renderizzato il suo modello e perfezionato l'illuminazione, prima di applicare le texture. Tuttavia, anche se la configurazione standard della mappa delle texture è sufficiente per la maggior parte dei modelli, consiglia di ridurli in anticipo a 4K per ridurre al minimo le dimensioni del file. Dopo la pulizia della texture in Substance per la "stilizzazione", ha inviato il modello a Maya per l'aggiunta di capelli realistici tramite il plugin Ornatrix del software.

Infine, una volta terminata la texture, si è trattato semplicemente di utilizzare la creazione automatica dello scheletro in Maya e gli strumenti di "skinning" per prepararlo per l'animazione o il rigging. Poiché c'è "una grande comunità di persone che lavorano con Maya", aggiunge che è il luogo perfetto per "trovare risposte a domande comuni e ottenere consigli" sul rigging e su altre parti del processo.

Scansione 3D: il futuro della CGI?

Dopo aver trasformato con successo un attore e un'armatura medievale in un personaggio in costume completamente animato, Shumikhin ritiene che il suo processo di scansione 3D possa ora essere migliorato e utilizzato da altri professionisti, e non solo da quelli del settore della CGI.

L'ultimo modello di armatura da cavaliere di Shumikhin (con modelli di spada e scudo progettati in precedenza)

Sebbene sia un esperto di scansione, Shumikhin afferma che il suo ruolo "non richiede un ampio insieme di abilità" nella modellazione per i videogiochi. Invece, sostiene che il suo "entusiasmo interiore" e il suo "desiderio di svilupparsi" gli richiedono di "fare grandi scoperte e perseverare nel campo del 3D".

Pertanto, ora incoraggia altri aspiranti artisti 3D a seguire le sue orme e "cercare nuove informazioni e nuovi trucchi da applicare", utilizzando la scansione per sviluppare i propri modelli.

"Tutto ciò che vediamo nella realtà può essere ricreato sotto forma di modello 3D. In questo modo, gli scanner 3D rappresentano un ponte tra due mondi, quello reale e quello virtuale ", ha concluso Shumikhin. "Gli studi di videogiochi, le società cinematografiche e l'industria della realtà virtuale continuano ad aver bisogno di contenuti VR di alta qualità, che possono essere forniti dalla scansione Artec 3D e da Artec Studio."

"La scansione 3D ha già trovato la sua comoda nicchia: la creazione di modelli altamente realistici di oggetti di scena, ambienti, armature, veicoli, personaggi e attori."