Composizione cromatica della luce

1. Si chiamano LUCI BIANCHE quelle luci la cui temperatura cromatica è 5600 °K (gradi Kelvin). Ne sono un tipico esempio la luce diurna e la luce del flash.

2. Si definiscono invece LUCI GIALLE quelle luci la cui temperatura cromatica è 3200 °K. Le luci da studio vengono percepite dall’occhio umano come luci bianche, tuttavia si tratta di luci gialle con temperatura cromatica che si aggira intorno ai 3200°K.

La qualità della luce adatta ad illuminare una scena scaturisce dalla giusta relazione tra intensità della luce e direzione della stessa. Ogni combinazione dei due suddetti parametri ha una propria particolarità. Nei prossimi articoli della rubrica “Un gerundio tecnologico” relativi al Lighting, approfondiremo  diversi tipi di luce ed illuminazione della scena:

• Scena con luce diretta

• Scena con luce frontale

• Scena con luce radente

• Scena controluce

• Scena con luce diffusa

• Scena con luce riflessa

 Continua…

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Direzione della luce

Per definire l’intensità della luce risulta necessario osservarne le ombre. Anche per definire la “direzione della luce” è opportuno ricorrere all’osservazione delle ombre. Il fatto che la terra ruoti sia su sé stessa che attorno al sole fa sì che in diversi momenti della giornata la luce investa il pianeta in diversi modi creando diversi tipi di ombre. Abbiamo il sole basso sull’orizzonte sia all’alba che al tramonto e da ciò derivano ombre attenuate, morbide e molto lunghe. La direzione con cui la luce investe un oggetto definisce il tipo di ombra e la sua forma e dimensione.

La direzione della luce può persino influenzare lo stato d’animo di chi osserva. Ne è un esempio assai suggestivo il tramonto estivo, quando il sole è a sud, con i suoi confortanti toni caldi.

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Gli algoritmi di rendering

Ray tracing

Basato sul percorso compiuto dalla luce, ne segue i raggi attraverso l’interazione con le superfici. Lavora a ritroso studiando e tracciando ed ipotizzando il percorso che luce può aver seguito prima di colpire una lente immaginaria. Le informazioni elaborate per ogni scena vengono acquisite mentre l’algoritmo spara dei raggi contro ogni oggetto della scena stessa. La riflessione, la rifrazione, l’assorbimento del raggio vengono calcolati nel momento in cui il raggio sparato dall’algoritmo colpisce un oggetto.

Radiosity

Un algoritmo che cerca di simulare la luce in modo realistico. Il fascio di luce che colpisce un oggetto viene in parte assorbito e in parte riflesso. Quando la luce si riflette si diffonde nell’ambiente della scena illuminando gli altri oggetti che incontra (luce riflessa). A loro volta gli oggetti illuminati con la luce riflessa possono diventare emettitori di luce riflessa o meno in base alle loro caratteristiche fisiche influenzando ovviamente la scena. Le caratteristiche della scena influenzate sono il colore e l’intensità della luce. Questo algoritmo prende in considerazione solo i percorsi che partono da una sorgente e vengono riflessi un determinato numero di volte prima di raggiungere l’occhio della telecamera.

Path tracing

Si tratta di un’estensione del Ray tracing che permette di ottenere effetti di illuminazione globale come i riflessi diffusi (color bleending) e le caustiche. In questo algoritmo ogni volta che la luce incontra una superficie lambertiana* (o diffusa) in un generico punto, viene lanciato un nuovo raggio che parte dal suddetto punto verso una direzione casuale. Viene poi effettuata in ogni punto una somma tra l’illuminazione del pixel preso in considerazione e l’illuminazione proveniente dalle intersezioni appena descritte.

*Superficie Lambertiana:

Una superficie lambertiana è una superficie ideale che riflette l’energia incidente in modo uguale in tutte le direzioni, per cui variando il punto di vista la sua apparenza non cambia. Ingrandendo un’area della superficie si può notare che essa è scabra (ruvida, frastagliata) quindi non vi sono angoli di riflessione ben definiti. Un raggio di luce che colpisce una superficie lambertiana si riflette seguendo la legge di Lambert sulla riflessione diffusa.

Ambient occlusion

Si tratta di una tecnica che incrementa il realismo della scena simulando l’attenuazione della luce negli ambienti chiusi. Il motivo principale per cui si sceglie questo algoritmo risiede nella velocità, ragione per cui nelle animazioni lo si preferisce alla più accurata (ma lenta) alternativa: Global illumination. Si renderizza quindi una scena in “chiaro scuro” e solo successivamente verrà effettuato il “Compositing” di cui parleremo in seguito in questa rubrica. 

Photon mapping

Ulteriore estensione del calcolo Ray tracing nel quale, invece di effettuare solo il percorso a ritroso della luce (dall’oggetto alla sorgente), viene effettuato anche calcolo del percorso naturale della luce (dalla sorgente all’oggetto). L’algoritmo salverà inoltre quella che viene definita MAPPA DEI FOTONI.

Metropolis light transport

Algoritmo che costruisce dei percorsi modificabili  tra l’occhio della camera di ripresa e la fonte luminosa. Vengono creati dei nodi che possono essere modificati e addirittura aggiunti a quelli calcolati dall’algoritmo stesso.

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Le origini 

Inaspettatamente, il termine rendering, non è un termine recente. Esso risale addirittura all’ottocento. Era un termine utilizzato per indicare il “chiaroscuro”. I notevoli risultati artistici ottenuti in quell’epoca, circa lo studio dell’illuminazione, si basarono sullo studio delle geometrie e delle leggi che interessano l’illuminazione.

Grazie agli studi condotti durante il 1700 da Johann Heinrich Lambert e Gaspard Monge si costruiranno le basi per uno studio analitico del comportamento della luce e delle relative ombre sulle superfici.

Ma fu grazie al crescente perfezionamento dei computer e della computer grafica, dal 1970 in poi, che il termine “Rendering” inizia ad assumere maggiori significati.

Inizierà una nuova era, un’era in cui i plastici utilizzati in architettura verranno sostituiti da modelli 3d realizzati al computer. Inizierà l’era dei film digitali, degli effetti speciali… Computer con potenze di calcolo sempre più elevate permetteranno traguardi prossimi alla realtà.

Nel 2009 sono disponibili in commercio numerosi MOTORI DI RENDERING di cui alcuni già integrati in Software di modellazione e animazione tridimensionale, altri in grado di lavorare indipendentemente dal software di modellazione (Software stand alone), altri ancora totalmente free, i cosidetti OPEN SOURCE (vedi il relativo articolo).

I motori di rendering sono software parametrizzati che si basano su una combinazione selezionata di metodi detti ALGORITMI che eseguono calcoli sull’ottica e la percezione visiva della MATEMATICA TRIDIMENSIONALE.

Questo è l’ennesimo articolo di questo Blog in cui si fondono arogmenti apparentemente differenti ma che interagiscono in maniera importante tra loro: La Matematica e la Computer Grafica in questo caso. L’ennesima dimostrazione che spiega come occuparsi di più temi possa portare a conoscerli in modo più completo. Questo Blog si basa sull’articolo: “Teoria degli accostamenti“, “Teoria degli accostamenti -seconda parte-“.

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L’obiettivo: Apertura o luminosità

Una semplice formuletta:

Apertura o Luminosità = Lunghezza focale /Diametro INTERNO obiettivo*

*riferito all’ultima lente esterna.

Maggiore sarà la lunghezza focale e maggiore sarà la luminosità dell’obiettivo ovvero la quantità di luce assorbita. La luminosità massima dell’obiettivo viene solitamente espressa con valori del tipo 1:2.8 oppure f2.8 oppure f/2.8.

Maggiore è la luminosità di un obiettivo e minore sarà il tempo  di esposizione ovvero il tempo necessario ad impressionare la pellicola oppure il sensore.

Minore sarà l’Apertura massima e più luminoso sarà l’obiettivo riuscendo quindi a far passare più luce ed impressionare la pellicola in minor tempo. Tuttavia obiettivi troppo luminosi, oltre ad essere molto costosi, in alcuni casi (alla massima apertura) pregiudicano la nitidezza dell’immagine. Più basso è il valore dell’apertura, migliore è la qualità dell’ottica.

Maggiore è il Diametro interno dell’obiettivo e minore è il valore di Apertura che ne risulta dalla formula.

Chiariamo i soliti dubbi:

Contrariamente a quanto certi termini fanno credere, piccoli valori di Apertura corrispondono a diaframmi molto aperti. Su molte compatte digitali e su molte Reflex digitali questo meccanismo è persino illustrato sul display.

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La battaglia  dell’automotive ecologico

Soluzioni dai principali costruttori

Probabilmente tutti avranno seguito con un pizzico di interesse il duello recentemente tenutosi tra i due standard in lotta per il posto di nuovo supporto digitale. Il BlueRay ha vinto la competizione, lasciando l’HD-DVD nel posto riservato ai cimeli da museo. Nel mercato c’era posto per un solo formato.

In questi mesi stiamo partecipando ad un nuovo duello e in palio c’è il posto d’onore sul podio per il futuro dell’automobilismo e, chissà, del trasporto in generale. Ma le carte in gioco sono un po’ diverse rispetto a quelle del sopracitato successore del DVD.
In primo luogo abbiamo due tecnologie le quali probabilmente prenderanno piede più o meno simultaneamente:

l’idrogeno e l’elettrico.

Mi permetto di fare un po’ di previsione del futuro dicendo che da qui a qualche anno l’intera gamma di modelli automobilistici si dividerà in elettrico e idrogeno proprio come oggi già vediamo con il benzina e il gasolio.

Vediamo alcuni partecipanti al duello delle “Elettriche”:

Fiat. La squadra di casa gioca d’anticipo, lanciando sul mercato Brasiliano la Fiat Palio Weekend. Magari non sarà il top del design, ma sarà la prima auto elettrica venduta e prodotta in Sud America. Questo modello prevede un’autonomia di 120km (pochini per il Brasile dico io..), batterie di nichel-sodio ricaricabili in 8 ore e completamente riciclabili. Il costo sarà di circa 70.000€.

Tesla. Per il momento la favorita, producendo un auto dal design accattivante, prezzo onesto e ottima autonomia. Purtroppo ci vorranno altri due anni per vedere sulle strade americane una Model S, e chissà quanto per l’Europa. Ad ogni modo, se i patti commerciali che sta stringendo a destra e a manca andranno in porto, sarà il partner tecnologico delle future versioni elettriche di grandi marche come Chrysler, Mercedes e Smart. In ogni caso, il modello S avrà un’autonomia di 360km e un prezzo di 35.000€ al cambio attuale.

Vedi anche gli articoli:

• Tesla Motors
• L’auto del futuro: Leggera, elettrica e per soli 50.000 Euro??? -1-
• L’auto del futuro: Leggera, elettrica e per soli 50.000 Euro??? -2-

Mitsubishi. La Giapponese punta sul motore direttamente alla ruota, o meglio detto in-wheel motor. Significa cambiare il concetto di motore (non di auto!) e dotare il mezzo di 4 motori elettrici direttamente collocati al mozzo delle ruote. In questo modo si evitano le perdite meccaniche e si riduce al minimo il numero di parti in movimento. In teoria tutta la spinta va sulla ruota. Il modello appena uscito si chiama Miev e prevede un’autonomia di 160km e una velocità massima di 130km/h. Sulla sua piattaforma sono prevista la Peugeot 1001 e la Citroën Re-Volt.

Ford. Sempre dall’America arriva la notizia che l’alta dirigenza dell’unico gruppo motoristico sopravvissuto senza aiuti statali vuole giocarsi la carta del verde, producendo un veicolo elettrico su base Focus. Ancora non si sa molto, anche se ci si aspetta una grande inversione di rotta in un mercato che fin’ora è stato capeggiato da Suv e Pickup.

Questi sono solo alcuni dei molti pretendenti al titolo. Fra poco ci abitueremo a valutare un auto in base alla durata delle batterie, al tempo di ricarica e al peso/ingombro delle batterie. Mentre per quello che riguarda il tipo di prese elettriche e la tecnologia di stoccaggio più efficiente, sono sicuro che chi riuscirà ad imporre il proprio standard si convertirà nel leader futuro dell’automobile.

Continua…

Nella prossima entrata parleremo di auto ad idrogeno.

Articolo scritto da:

Ing. Gestionale Davide Mazzanti. Inviato dalle isole Canarie.

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L’ultimo modello è davvero sempre il migliore?

Ma soprattutto…

è sempre necessario possedere l’ultimo modello

di un prodotto?

Tra le strategie dell’ottimizzazione la risposta che si nasconde è: “NO”! Vi sono casi in cui acquistare il penultimo modello di un prodotto può rivelarsi una scelta vincente.

Il computer

Potrebbe essere il nostro caso quando ad esempio ci ritroviamo a necessitare di un nuovo computer per lo studio tecnico. Nel momento in cui stiamo lavorando per raggiungere un particolare obiettivo postoci mesi fa, come ad esempio la realizzazione del modello 3d di una vettura da corsa che abbiamo disegnato, ci poniamo la domanda:

“Ci occorre realmente l’ultimo modello di Computer Super Potente dato che alcuni mesi fa consideravamo il precedente modello persino superiore alle nostre esigenze?”

Ovviamente immaginate la risposta da soli… un bel no grande come una casa. Sono molto rare le persone che hanno realmente bisogno dell’ultimo software per la realizzazione di modelli 3d ed il relativo computer adeguato al calcolo. Sono rarissime le persone che acquistano un software per la realizzazione dei modelli 3D e che lo sfruttano realmente al limite fino a provare il desiderio di avere nuove funzioni… Come si spiegherebbe altrimenti il fatto che ci è capitato di vedere lavori  a dir poco magnifici fatti da persone realmente esperte nell’uso di un famoso sotware di modellazione 3D con una versione molto più vecchia di quella attuale. Lavori addirittura migliori di quelli che molti utenti che operano nel settore riescono a realizzare con la versione più aggiornata. Evidentemente come abbiamo illustrato anche nella nostra rubrica “Portare al limite una compatta digitale”, sono molte le tipologie di prodotto che acquistiamo senza poi sfruttarne le reali potenzialità.

Il risparmio in questo tipo di scelta ci ha dato un vantaggio notevole: la possibilità di spendere soli 1000 Euro circa per un computer usato che nuovo e nell’ultima versione ne costa addirittura 3000. La nostra esigenza viene più che soddisfatta. Un tale computer è comunque superiore alle nostre esigenze e l’assenza del desiderio dell’ultimo modello ci da un vantaggio enorme.

E la differenza di calcolo?

In molti casi le differenze ci sono e sono così modeste tra un modello ed il successivo, da non giustificare affatto 2000 Euro di spesa che sarebbe andata persa nel giro di pochi mesi. Eh già perchè… anche il nuovo modello tra qualche mese si svaluterà. Portare al limite quel poco che si può avere a disposizione, in taluni casi, aguzza pure l’ingegno regalando risultati che possono essere persino superiori…

Va poi considerato che la stragrande maggioranza delle aziende produce un nuovo modello di un prodotto, che sia migliore o meno del precedente, per ben chiare ragioni:

Proporre sempre materiale nuovo per dimostrare che si è al passo con i tempi e competitivi sul mercato. Si può oltretutto dimostrare di avere molte idee e di essere molto produttivi. Insomma si può riuscire a dare un’idea forte del proprio potenziale.

L’automobile

Spostandoci letteralmente su un’altra tipologia di prodotto, “l’automobile” sono tantissimi i casi (sarà capitato anche a voi di constatarlo) in cui il meccanico esperto dell’officina autorizzata della vostra concessionaria preferita non gira con l’ultimo modello di vettura pubblicizzata perchè ritiene tecnicamente migliore il modello precedente. Trova che gli dia meno problemi, che le scelte tecniche siano più intelligenti.

A volte si realizzano nuovi modelli di automobili per andare incontro alle esigenze di utenti che in fin dei conti non sono esperti per cui preferiscono avere cruscotti muniti di prese usb, bluetooth, massima interattività piuttosto che un migliore assemblaggio della carrozzeria, una migliore verniciatura, un migliore cambio o altro ancora… Le case costruttrici propongono così nuovi modelli per assecondare le richieste dei clienti a prezzi vantaggiosi e questo porta le aziende a risparmiare su “altro”…

Infine…

…Solo due esempi sono stati sufficienti per comunicarvi un messaggio in questo caso. Due esempi forti ormai alla base della nostra cultura: il mondo digitale e l’automobile. Continuare sarebbe stato noioso, il concetto è chiarissimo: Valutare bene, quando si compie un acquisto, di cosa abbiamo realmente bisogno. Il denaro risparmiato potrà alimentare (parlo a livello professionale/lavorativo) altre vostre esigenze…

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L’obiettivo

Se siete degli esperti in materia questo articolo non vi occorre, ma se siete degli amatori e avete deciso di acquistare un nuovo obiettivo per spingervi oltre il classico 18-55 allora potreste trovarlo utile.

Lunghezza focale

La lunghezza focale solitamente si  misura in millimetri, essa rappresenta la distanza che intercorre tra il centro dell’obiettivo ed il piano focale dove scorre la pellicola o si trova il sensore.

Ruotando la ghiera fino alla posizione ∞ (infinito) è possibile  effettuare la misurazione della lughezza focale quando anche la messa a fuoco è regolata su infinito.

Maggiore è la lunghezza focale e minore sarà la parte di scena inquadrata.

Angolo di Campo

Viene espresso in gradi e rappresenta l’ampiezza del campo inquadrato da un determinato obiettivo.

Ad ogni lunghezza focale corrisponde un preciso angolo di campo che si ottiene misurando l’angolo al vertice di un triangolo isoscele che ha per base la dimensione della diagonale del fotogramma e per altezza la lunghezza focale.

Tanto maggiore sarà la lunghezza focale e tanto più piccolo sarà l’angolo di campo.

Esempio

Obiettivo con elevata lunghezza focale (a sinistra sotto) o teleobiettivo. Obiettivo con ridottissima lunghezza focale (a destra sotto) o grandangolo; in questo esempio si tratta esattamente di un obiettivo detto “fisheye”. E’ evidente dalle due immagini cosa sia l’angolo di campo…

Alcuni valori utili

• Lunghezza focale/Angolo di campo

• fisheye/180°

• 14mm/114°

• 17mm/104°

• 24mm/84°

• 28mm/76°

• 35mm/64°

• 50mm/45°

• 70mm/34°

• 105mm/23°

• 135mm/18°

• 200mm/12°

• 300mm/8°

• 400mm/6°

• 500mm/5°

• 600mm/4°

• 1200mm/2°

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