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

William Fetter, un graphic designer americano, è ricordato per aver creato per primo il modello 3D di una figura umana, oggi conosciuta come Boeman.^[1] Tale figura umana, comunque, era il Landing Signal Officer su una portaerei CV-A 59. La figura fu mostrata in un corto ma solo come silhouette e non come una elaborazione dettagliata. Nel 1959, Fetter fu reclutato dalla Boeing come art director del dipartimento CAD per esplorare nuove idee creative per la produzione di disegni 3D.

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.^[2] Ci sono diversi programmi moderni che permettono la creazione di modelli umani virtuali (Poser sarebbe un esempio).

Per leggere l'evoluzione approfondita del campo della computer grafica, vai alla relativa pagina.

Caratteristiche

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 dei modelli tridimensionale può essere divisa in due categorie:

Solidi: questi modelli definiscono il volume dell'oggetto che rappresentano (come una roccia). I modelli solidi sono utilizzati principalmente per simulazioni ingegneristiche e mediche, e sono di solito costruiti con la geometria solida costruttiva
A guscio (Shell): questi modelli rappresentano solo la superficie, per intenderci lo strato epidermico di una persona, e non il volume (come un infinitesimale sottile guscio d'uovo). La maggior parte dei modelli visuali usati nei giochi e nei film sono modelli a guscio.

La modellazione di solidi e shell può creare oggetti funzionalmente identici. Le differenze fra di essi sono più che altro le variazioni nel modo in cui sono creati e modificati, le convenzioni di utilizzo nei vari ambiti e le differenze nelle modalità di approssimazione fra modello e realtà.

I modelli a guscio devono essere oggetti con varietà (si dice manifold), cioè non devono avere buchi o rotture nel guscio, per essere significativi come oggetti reali. Le mesh poligonali (e in caso specifico, le superfici di suddivisione), sono la più comune rappresentazione. Gli insiemi di livello sono rappresentazioni utili per superfici deformabili che sono sottoposte a molti cambiamenti di topologia come i fluidi.

Esistono poi due categorie di modelli tridimensionali, a seconda del software utilizzato:

Mesh poligonali: maglie di vertici connessi fra loro da spigoli, che formano così delle facce; modellabili principalmente in Blender, 3ds Max, Maya, AutoCAD
Curve e superfici NURBS: curve e superfici la cui modellazione è controllata dalla manipolazione di vertici di controllo, patch e nodi; modellabili principalmente in Rhinoceros

Spesso i modelli 3D sono software-specifici, cioè hanno un formato utilizzabile solo da un unico programma di modellazione 3D. Per ovviare a questo inconveniente esistono vari programmi convertitori, ciascuno solitamente specializzato in un tipo di conversione.

Una mesh poligonale può essere low poly o high poly.

Infine i modelli 3D si differenziano, a seconda dell'utilizzo e del tipo di modellazione, in:

Hard-surfaced models

Modello 3D di un set di mobili per la TV e postazione per PC. Realizzato da davi.trip

Cioè "modelli di superfici piatte". 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 ai modelli organici, come i personaggi. Ma la complessità comunque varia a seconda del tipo di modello che si sta realizzando (per esempio un tavolo sarebbe più semplice da realizzare rispetto a un'automobile).^[3] Ecco l'elenco di alcuni modelli di questo tipo:

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 di superfici piatte: visualizzazione architettonica, sviluppo di videogiochi/film, investigazioni criminali, realtà virtuale/realtà aumentata.

Organic models

Modello 3D di un personaggio

Cioè "modelli organici". A differenza dei modelli di superfici piatte, 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 di superfici piatte. Nell'animazione prendono vita.^[3] Ecco un elenco con esempi di modelli organici:

Esseri umani
Animali
Bestie
Piante
Frutta
Vegetali
Pianeti
Alberi
Erba
Organismi

Trovano applicazione nello sviluppo di film, nel campo medico/dentale, nelle investigazioni criminali e nella visualizzazione architettonica.

Environment models

Modello 3D della Tomba dei Giganti

Cioè "modelli di ambiente". 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 di superfici piatte e modelli organici.^[3] Ecco un elenco con esempi di modelli di ambiente:

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

I modelli 3D, al giorno d'oggi, sono impiegati in ampia varietà di 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

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^[4], 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.