Qualoth - come rendere reali i tessuti in CG - iMasterArt

Qualoth – come rendere reali i tessuti in CG

Una delle tipologie di simulazione più difficili da ottenere e rendere in modo realistico nel campo della Computer Grafica è senza dubbio quella relativa a elementi di tipo Cloth (tessuti).
Questo particolare tipo di animazione prevede calcoli estremamente accurati al fine di definire in modo preciso le innumerevoli collisioni che avvengono tra il tessuto e il personaggio digitale.

La complessità di questi calcoli si presenta, di solito, in una doppia natura:

  • Necessità di macchine veloci dal punto di vista computazionale al fine di velocizzare e affinare i calcoli di collisione
  • Necessità di una conoscenza approfondita delle dinamiche che regolano il movimento realistico dei tessuti

Sistemi hardware sempre più performanti hanno consentito negli ultimi anni la definizione e implementazione di algoritmi matematici maggiormente efficienti e versatili, in grado di risolvere egregiamente le problematiche legate al calcolo accurato delle collisioni tra tessuti e personaggi 3D.

Moltissime case di produzione integrano software proprietari con i moduli preesistenti all'interno degli applicativi 3D più famosi: pensiamo ad esempio al magnifico modulo "nCloth" di Maya, che se utilizzato in modo coerente sulla base di conoscenze precise della dinamica dei tessuti, consente di ottenere animazioni e simulazioni strabilianti.
Lo stesso Maya permette poi la connessione con software esterni che si integrano perfettamente all'interno dell'interfaccia e che ne ampliano a dismisura le già ottime potenzialità; a tal riguardo va sottolineato lo sforzo da parte di Autodesk al fine di sviluppare l'integrazione dei propri prodotti con software di terze parti di un certo rilievo e prestigio (ricordiamo ad esempio Realflow per la simulazione di fluidi complessi): quest'approccio, insieme alla possibilità di interoperabilità ormai eccellente e a portata di singolo click tra gli stessi software Autodesk (l'implementazione del comando "Send To" ha abbattuto molte delle barriere che precedentemente complicavano lo scambio di dati tra software Autodesk, consentendo di scambiare intere scene tra gli applicativi), rende applicativi come Maya e 3D Studio Max i più importanti "contenitori" di tecnologia per ciò che concerne il mondo del 3D.
Utilizzare Maya o 3D Studio Max vuol dire, quindi, poter sfruttare appieno i tool e la tecnologia Autodesk e in più avere la libertà e la versatilità di integrare tutta questa potenza con i maggiori software di simulazione presenti sul mercato: in produzioni di un certo livello questa possibilità fa la differenza.

In questo caso vogliamo presentare ai nostri Lettori una plug-in demandata alla simulazione di elementi di tipo Cloth e che si integra perfettamente con l'ambiente Maya, sfruttandone le potenzialità e interagendo perfettamente con i moduli proprietari implementati con il software Autodesk (perfetto, ad esempio, il connubio con il sistema di generazione di fluidi): Qualoth 2014.

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La plug-in, sviluppata dalla famosa software house FxGear, si presenta come un sofisticato simulatore per elementi Cloth in grado di adattarsi efficacemente alle situazioni di animazione più complesse, mantenendo allo stesso tempo un elevatissimo grado di compatibilità con gli ottimi moduli di dinamica e fluido dinamica già presenti in Maya.
Qualoth basa il proprio comportamento su accurati modelli fisici e si avvale di algoritmi numerici in grado di simulare pieghe complesse (anche su più livelli di collisione sovrapposti) e ottenere animazioni realistiche e credibili.

La versione 2014 introduce un nuovo set di strumenti e numerosi controlli aggiuntivi volti a migliorare e rendere più funzionale e semplice l'esperienza di interfacciamento tra l'Utente finale e la plug-in.
L'enorme potenziale di Qualoth può essere sfruttato appieno grazie alla totale integrazione con il sistema di gestione "Multi-Threading", che consente di utilizzare in modo efficiente la capacità computazionale dei moderni sistemi hardware.

La plug-in è in grado di gestire le collisioni anche in condizioni estremamente complesse, come ad esempio un personaggio che si muove molto velocemente attraverso la scena o che viene in contatto con altri Character anch'essi provvisti di tessuti 3D da inserire nella simulazione finale di Qualoth: compiti di questo tipo sono facilitati anche dall'implementazione della tecnologia "self-collision" che permette la generazione di interazioni precise anche nel momento in cui il tessuto 3D viene a trovarsi compresso tra due oggetti che collidono, o quando si necessita della simulazione di indumenti multistrato.

Dal punto di vista operativo Qualoth offre grande versatilità: è infatti possibile utilizzare molteplici tipologie di mesh come input per la generazione del tessuto 3D da sottoporre a simulazione (in particolare mesh di tipo: quad, tri e non-manifold).
E' inoltre permesso l'impiego di curve NURBS per la definizione del contorno degli indumenti in stato di riposo; in tal caso grazie ai comandi Create Pattern e Create Seam sarà possibile riempire le curve di generazione e definire quali di queste dovranno operare come cuciture in fase di simulazione (in base alle curve scelte come cuciture principali, sarà possibile creare stili diversificati per gli elementi di tipo Cloth).

Il metodo appena descritto può essere integrato con l'utilizzo di pattern di generazione importati direttamente da software di terze parti utilizzati in modo specifico nel campo della progettazione di abbigliamento, come ad esempio DC Suite.
Sebbene la plug-in consenta un altissimo grado di accuratezza fisica in fase di simulazione finale non va dimenticata la possibilità per gli Utenti di intervenire in modo preciso su alcuni comportamenti del tessuto 3D tramite l'impiego di particolari comandi e opzioni di "constraint", andando a modificare la risposta fisica/reale dell'oggetto.

Spesso si dimentica che lo scopo finale di un animatore è quello di creare animazioni credibili e che tale proposito non sempre coincide con i concetti di "fisicamente accurato" e "realistico"...occorre tenere sempre a mente che l'arte dell'animazione non si riduce al semplice movimento di un oggetto 3D da un punto A ad un punto B in un determinato lasso di tempo e in accordo con le leggi della fisica comune: l'animazione è invece il perfetto connubio tra osservazione maniacale della realtà circostante ed esagerazione di determinate caratteristiche del movimento, con lo scopo di restituire allo spettatore finale un contesto credibile dal punto di vista percettivo.
Tutto ciò è assolutamente vero per la Character Animation in Keyframe quanto per il complesso campo delle simulazioni dinamiche o procedurali.

In perfetto accordo con tali asserzioni e principi Qualoth mette a disposizione degli Utenti un sistema profondo, coerente e congeniale, in grado di gestire la complessità che questo tipo di simulazioni richiede, fino a consentire il calcolo di porzioni isolate del sistema di simulazione rendendo più veloce e performante l'intero processo produttivo.
Quest'approccio permette una precisa gestione delle collisioni e la possibilità di decidere a priori quali strati di un indumento Multi-Layer debbano interagire con determinati elementi presenti in scena.

Pensiamo ad esempio a un contesto estremamente dinamico, dove il nostro personaggio viene a trovarsi nel bel mezzo di una battaglia: in questo caso il tipo di movimento associato al Character necessità di un'accurata definizione delle relazioni di collisione tra i diversi strati degli indumenti e il corpo stesso del personaggio.
Per velocizzare i calcoli e mantenere il più semplice possibile il sistema di gestione, si potrebbe imporre una relazione che prevede la collisione con il corpo solo degli strati più prossimi ad esso, definendo una seconda relazione di collisione per gli strati di tessuto rimanenti (sfruttando in modo sapiente anche l'opzione di self-collision).
Questo metodo di selezione esplicito delle relazioni di collisione tra strati di tessuto ed elementi presenti in scena riduce notevolmente la possibilità di artefatti e velocizza il processo di simulazione.

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Come accennato nella fase introduttiva dell'articolo le ottime caratteristiche e funzionalità di Qualoth possono essere perfettamente integrate con i moduli preesistenti di Maya, ampliando a dismisura le potenzialità in termini di simulazione finale.
In particolare va messo in evidenza il connubio con gli strumenti demandati alla generazione di fluidi in Maya, grazie al quale sarà possibile realizzare simulazioni perfettamente credibili di situazioni molto complesse quali tessuti bagnati o elementi Cloth immersi in superfici acquose, a loro volta animate dinamicamente.

Le licenze ad uso commerciale di Qualoth variano di prezzo in modo sensibile a seconda del numero di macchine sulle quali si vuole installare il software: da un minimo di 495 $ ad un massimo di 4.995 $. Per ulteriori informazioni riguardo le caratteristiche della plug-in è possibile fare riferimento al Sito Ufficiale Qualoth.

25 lug 2014
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