Nel corso degli anni, Treddi.com mi ha dato molto, formazione, approfondimento, Amici reali o virtuali, e credo e mi auguro che così sia stato per molti altri, ma soprattutto ha saputo trasmettermi la consapevolezza e l'importanza della condivisione di idee e risorse.

E' con questo spirito che ho creato questo contenuto, non solo sulla base di appunti accumulati nel tempo ma anche e soprattutto su esperienze vissute in ambito professionale, nella speranza che possa essere di utilità a qualcuno di voi.


Rendering Foto-Realistico

La progettazione architettonica ha subito nel corso del tempo una propria ed inevitabile evoluzione nei metodi, nelle tecniche, strumenti, obiettivi ed esigenze. Allo stesso modo anche se in termini diversi, anche il Rendering ha avuto una propria evoluzione, non solo in termini qualitativi ma anche e soprattutto dal punto di vista delle finalità di utilizzo ed esigenze progettuali.

Ma prima di tutto cos‟è un Rendering ?

La definizione tecnica lo descrive come una immagine bidimensionale generata attraverso la elaborazione grafica di un ambiente tridimensionale, vi sono dunque due soggetti che operano in modo attivo e in sinergia fra loro, ovvero il software incaricato alla realizzazione e gestione del modello o ambiente tridimensionale e il Motore di Render incaricato al recepimento ed elaborazione dei dati relativi alle forme, proprietà fisiche dei materiali e delle fonti luminose.

Il Rendering viene definito Foto-Realistico , in quanto può e deve essere considerato al pari di uno scatto fotografico non solo in termini qualitativi ma soprattutto tecnici, di fatto è una interpretazione della realtà, non può e non deve dunque essere paragonato alla interpretazione soggettiva dell‟occhio umano.

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Il Rendering Foto-realistico, malgrado la possibilità di riprodurre e gestire le caratteristiche fisiche di materiali e fonti luminose (siano esse naturali o artificiali) , utilizza comunque strumenti digitali per elaborare ed interpretare i dati acquisiti , ovvero al pari di una Reflex è soggetto ad una impostazione di esposizione , ad un bilanciamento del bianco, ad una configurazione della focale ecc ecc. 

Il Render è  uno strumento di comunicazione come lo è uno scatto fotografico ed è dunque caratterizzato da una componente artistica anch‟essa strettamente legata alla luce, come ogni arte visiva, al pari di una Reflex ogni motore di Render è inevitabilmente legato alla interpretazione ed elaborazione del fenomeno luminoso.

I motori di render moderni, offrono tutti gli strumenti necessari per poter simulare il comportamento fisico delle fonti luminose, siano esse naturali (sole e volta celeste) attraverso l‟utilizzo di modelli di Sun/Sky fisico o immagini HDRI ,che artificiali potendo contare su Area Light (ad ogni motore la propria denominazione e varianti del caso) , piuttosto che IES Light che possono servirsi di file fotometrici IES per simulare il comportamento di corpi illuminanti reali. 

Per quanto riguarda i materiali è universalmente concesso intervenire sugli aspetti fisici fondamentali, quali diffusione o Riflettanza, Riflessione e Trasparenza/Rifrazione, che altro non sono se non il modo in cui un determinato materiale interagisce con la luce. 

Gli algoritmi di calcolo utilizzati dai vari motori di render , sostanzialmente basati sull‟algoritmo principe Ray Tracing, hanno tutti un denominatore comune ed obbiettivo, ovvero analizzare e processare la componente indiretta della luce. 

In fine, ma non per questo meno importante, una modellazione precisa e dettagliata è una base necessaria ed imprescindibile per poter arrivare a risultati ottimali, in quanto essa restituisce in modo corretto l‟interazione fra la luce e le forme/superfici presenti in un ambiente, 

Per questi motivi (ma non solo , in quanto l‟argomento è molto complesso ed articolato, ma per ovvi motivi ho dovuto sintetizzare, forse anche troppo, il concetto) tutti i motori di render moderni possono essere considerati “Fisicamente Corretti”, a prescindere dalla tecnologia utilizzata per eseguire il calcolo (CPU, GPU o ibrida) e dalla metodologia di calcolo applicata, Biased o Unbiased. La vera discriminante è il “metodo” con il quale vengono utilizzati ovvero il workflow perseguito , ma in ogni caso la Luce è di gran lunga l‟aspetto dominante.

Utilizzare la luce in modo corretto ed adeguato non è affatto un compito facile, e ancora più complicato è fare le scelte giuste in funzione del progetto che dobbiamo realizzare , perché impone un percorso formativo, molta esperienza abbinata ad un buon spirito di osservazione e non ultimo una buona dose di creatività. Sono proprio questi aspetti , ognuno a suo modo e in diverse misure , che determinano la “consapevolezza” delle scelte che permettono ad un professionista del settore di offrire risposte concrete alle esigenze sempre più complesse ed articolate dei clienti.

Ovviamente il successo di un Render è strettamente legato a diversi fattori, dalla modellazione precisa e dettagliata, concept artistico, aspetto fotografico e composizione che incide in modo sempre più determinante , definizione e qualità dei materiali, ognuno con il proprio peso specifico ed ognuno a suo modo determinante , ma tutti in un modo o ne'altro  sono inevitabilmente legati al fenomeno luminoso. 

Ottenere un buon set di lighting in funzione di un ambiente architettonico, valorizzare i pregi e in qualche modo minimizzare i difetti, creare emozioni coinvolgendo e catturando l‟attenzione dell‟osservatore, sono gli obiettivi principali di ogni 3d Artist nel momento in cui si appresta a strutturare un set di Lighting, certo non è affatto semplice malgrado le tecniche di CG siano di dominio pubblico e facilmente reperibili in tutorial sparsi in rete in formati diversi, video piuttosto che cartacei. 

Ciò che rende maledettamente complicato la gestione della luce, è spesso la scarsa consapevolezza e padronanza dei mezzi a disposizione ma soprattutto l‟errore più comune è l'assenza di un concept di lighting e il metodo per ottenerlo.

Essendo il Render strettamente legato alla fotografia è stato inevitabile e una dovuta conseguenza, riprenderne le regole fondamentali ad esempio sotto l‟aspetto della composizione dell‟immagine, nella gestione del colore e ovviamente anche nella gestione della luce. 

Una regola fondamentale su tutte , denominata Three Point Light , è stata ed è tutt‟oggi considerata una base fondamentale sulla quale elaborare un set di Lighting in grado di valorizzare il soggetto e in molti casi in grado di esaudire le esigenze in molti settori, attraverso le numerose varianti, dal design di prodotto, all‟automotive, al settore del mobile e complemento d‟arredo, interior design e ovviamente al settore architettonico.

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Lo schema si basa sull‟utilizzo di tre fonti di illuminazione , ognuna di esse con un compito specifico :

  • Key Light
  • Fill Light
  • Rim/Back Light

La loro posizione è naturalmente dipendente dalla tipologia di soggetto ma soprattutto è in funzione del concept ideato e può essere considerata una ottima base per illuminare qualunque oggetto o ambiente.

In rete è possibile reperire infinite informazioni e tutorial su tale tecnica, ed invito chi non ha una piena padronanza ad approfondire ed eseguire i test necessari.

Questo approccio di carattere fotografico ha comunque subito nel tempo inevitabili sviluppi, dovuti al progredire dei motori di render che con il passare del tempo hanno saputo offrire strumenti e features sempre più performanti e flessibili, mettendo nelle condizioni gli addetti ai lavori di raggiungere gli obbiettivi prefissati e livelli di fotorealismo sempre più elevati.
Da un punto di vista artistico è un approccio più che esauriente ed offre innumerevoli soluzioni ma sul piano tecnico ad oggi può in alcuni casi rivelarsi incompleto ed incompatibile se alle esigenze di carattere artistiche vengono affiancate esigenze di carattere tecnico.


Lighting Design
Durante la sua evoluzione, l‟architettura ha preso atto delle enormi implicazioni che derivano da un utilizzo consapevole e strutturato della luce, nè è una prova la nascita e il continuo affermarsi di una figura professionale ad essa dedicata ovvero il Lighting Designer.
Il progetto illuminotecnico evoluto in progetto di Lighting Design è ad oggi un valore aggiunto di notevole importanza e la definizione stessa di Lighting Designer lascia intendere molto chiaramente i motivi :

“Il Lighting Designer è una figura professionale altamente specializzata e multidisciplinare, che si pone come primo obbiettivo il saper offrire “ soluzioni di luce ” . 

Un Lighting Designer è in grado di plasmare e valorizzare un ambiente o un’architettura utilizzando sia la componente luminosa naturale che artificiale, ma prima di tutto è in grado di offrire soluzioni funzionali all’ambiente preso in considerazione e alle persone che ne usufruiranno”.

Utilizzare questo strumento intangibile , ovvero la luce, per creare atmosfere, ambientazioni e suggestioni che si legano indissolubilmente con l‟architettura e l‟ambiente , è l‟obiettivo in comune fra un Lighting Designer e un 3D Artist che si appresta a realizzare un Render Foto-realistico.
L‟operatore deve saper interpretare le informazioni e le specifiche di un progetto di lighting design qualora fosse previsto e presente, deve essere in grado di “parlare la stessa lingua” per poter riprodurre fedelmente un concept.

E‟ questo un aspetto tecnico imprescindibile, come lo sono le tecniche di lighting design che possono essere utilizzate in fase di definizione di un set di lighting in funzione del render, qualora il progetto illuminotecnico non fosse previsto.
Ovviamente quando parliamo di “set di Lighting” in funzione del Render, non possiamo in alcun modo paragonarlo ad un progetto di Lighting Design , dove le implicazioni, necessità e specifiche sono inevitabilmente più complesse , e non può assolutamente sostituire un progetto di lighting design. 

Implementare tecniche ed elementi di Lighting Design alle tecniche classiche utilizzate in CG (Three Point Light e relative varianti) offre la possibilità di esaudire necessità progettuali specifiche ed ovviamente consente di poter essere in grado di riprodurre situazioni reali sempre più complesse.
Ogni motore di render evoluto permette ad oggi di poter utilizzare file fotometrici IES , ovvero veri e propri contenitori di informazioni, attraverso i quali è possibile riprodurre fedelmente il comportamento di corpi illuminanti e fonti luminose reali, messi a disposizione dei produttori di tutto il mondo.
La scelta di un file IES è direttamente collegata alla scelta di un determinato corpo illuminante, del quale è necessario conoscerne le caratteristiche tecniche, fotometriche e strutturali.
Alcuni aspetti fondamentali che un professionista del settore ad oggi non può prescindere, costituiscono proprio gli elementi di Lighting Design da inserire nel proprio bagaglio tecnico/culturale.

Dalla conoscenza e consapevolezza di cosa sia la Luce, da un punto di vista tecnico piuttosto che artistico, all‟approfondimento sulle grandezze fotometriche fondamentali ovvero Flusso luminoso, Intensità luminosa, Illuminamento , Luminanza e Temperatura colore in Kelvin.


FLUSSO LUMINOSO - (Φ) [lm - lumen]

«Quantità di luce emessa da una sorgente»
Il flusso luminoso esprime la quantità di energia luminosa emessa da una sorgente nell‟unità di tempo, può essere considerato una potenza, una sorta di "Watt luminoso" pesato sull‟occhio umano.
Il flusso Luminoso quindi è dato considerando il modo in cui l‟occhio umano reagisce ai diversi colori per lunghezze d‟onda equivalenti: l‟unità di misura è il LUMEN(Lm)

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INTENSITA’ - (i) [cd – candele]

L’intensità luminosa è l’unità fondamentale della fotometria ed esprime la quantità di luce radiata per secondo in una data direzione. L’unità di misura à la «candela» (cd)

Si può esprimere come rapporto tra il flusso e l’angolo solido (angolo nello spazio) in cui è racchiuso.

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Illuminamento  (E) [Lx – lux])

è una grandezza fotometrica che consente di valutare in modo oggettivo la quantità di luce (flusso) che incide su una superficie, unità di misura Lux (Lx=Lm/m2)

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L’illuminamento non dipende dalla posizione dell’osservatore e può venir espresso dalla seguente relazione:

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L’illuminamento è una grandezza fotometrica che ci permette di “pesare” la quantità di luce, ma soprattutto è facilmente misurabile, ad esempio con un luxmetro, o in V-Ray ad esempio attraverso l’utilizzo del VRayLightMeter.

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E’ tecnicamente un Helper , quindi uno strumento non renderizzabile che permette di creare una griglia di punti rettangolare o quadrata , sulla quale vengono visualizzati valori di «Illuminamento» , è l’equivalente di un luxmetro e serve a misurare la quantità di luce su di un piano prestabilito.

Un metodo universale , utilizzabile a prescindere dal motore di render , deriva anche in questo caso dal mondo fotografico, ed è costituito dal valore di EV , utilizzando una tabella comparativa che abbina ad ogni valore di EV un valore calcolato in Lux o viceversa.

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Il valore di EV , nato dall’esigenza di configurare una adeguata esposizione in funzione di una determinata quantità di luce misurata attraverso un esposimetro, è stato un ottimo strumento nel periodo in cui le Reflex digitali non esistevano, ed era dunque una esigenza facilmente comprensibile sia di carattere economico che artistico.

Oggi possiamo beneficiarne per altri motivi, ovvero come spesso accade per gestire in modo semplice e veloce la configurazione dell’esposizione all’interno di un motore di render oppure attraverso la tabella per quantificare appunto la componente luminosa e gestire il dialogo fra diversi livelli di illuminamento nelle diverse zone di un ambiente, ad esempio è uno strumento molto utile per gestire l’interazione fra luce naturale ed artificiale che per loro natura producono una quantità di luce ovviamente diversa.


LUMINANZA (L):

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è una grandezza fotometrica impiegata per valutare l’intensità luminosa prodotta o riflessa da una superficie in direzione dell’osservatore, consente di valutare in modo soggettivo la quantità di luce: varia con la posizione dell’osservatore, unità di misura cd/m2

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E’ una grandezza strettamente correlata con la superficie di riferimento, la luminanza aumenta esponenzialemente al diminuire della superficie, si pensi ad esempio alla superficie di un LED.


La TEMPERATURA COLORE, espressa in Kelvin (K) è un parametro utilizzato per individuare e catalogare, in modo oggettivo, il colore della luce di una sorgente luminosa confrontata con la sorgente campione (corpo nero).

La sorgente campione (corpo nero) è un metallo al quale viene somministrata una quantità di calore crescente, portandolo all’incandescenza, aumentando la temperatura cambierà il colore passando dal rosso cupo all’azzurro passando per il bianco.


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La percezione visiva ad esempio è un argomento talmente ampio ed articolato che dovremmo dedicare ore ed ore per descriverne i soli fondamenti, a tale proposito vi invito a consultare il sito www.labofmisfits.com dove potrete trovare alcuni esempi molto divertenti ed affascinanti sul tema della percezione, oltre che una notevole quantità di materiale e contenuti proposti da R.Beau Lotto, neuro-scienziato e professionista nel campo del neuro Design, dove la percezione visiva è ovviamente un tema centrale.
Ma basta prendere in considerazione solo uno di questi aspetti per poterne beneficiarne nella produzione di un render, come ad esempio il contrasto, dove le ombre costituiscono la base sul quale questo aspetto si basa.
E‟ un argomento fondamentale in un Render , direttamente collegato alla Luce e molto spesso trascurato o banalizzato, è tanto importante quanto saper illuminare: esse possono legare assieme gli elementi, descrivere e raccontare il rapporto fra un oggetto ed una superficie, guidare lo sguardo dell‟osservatore piuttosto che offrire informazioni sull‟ambiente e il contesto sia esso compreso o meno dall‟immagine.
E‟ un aspetto di carattere sia tecnico, perché direttamente legato alla fonte luminosa utilizzata, che artistico perché incide in modo determinante sulla composizione dell‟immagine e offre ulteriori informazioni sul soggetto, ambiente o architettura.

Il contrasto può essere gestito in diversi modi, attraverso il decadimento, la variazione cromatica di diverse componenti, la gestione delle ombre, diversi sistemi di illuminazione (luce naturale e luce artificiale) , e non ultimo un buon bilanciamento fra diversi livelli di illuminamento.

Differenti configurazioni della distribuzione degli illuminamenti modificano il fulcro luminoso di un locale e con ciò l'effetto ambientale che ne scaturisce, la luce può cambiare l'aspetto di un ambiente senza modificarlo fisicamente.
La luce guida lo sguardo, orienta la percezione e dirige l'attenzione sui dettagli, gli ambienti possono essere articolati e interpretati dalla luce per accentuare certe aree o creare collegamenti tra l'interno e l'esterno. 

La distribuzione della luce e il livello di illuminazione hanno un influsso decisivo sulla percezione dell'architettura.

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Il contrasto consente di ottenere e gestire la profondità di un Render, permette strutturare la lettura dell‟immagine, naturalezza e realismo, ci consente di distinguere le forme ed i particolari di oggetti e superfici, risalta le caratteristiche dei materiali ed è direttamente legato al decadimento luminoso.
La luce, sia essa naturale o artificiale, segue una regola universale molto semplice ma ben precisa per quanto riguarda il decadimento, ovvero è inversamente proporzionale al quadrato della distanza.

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Sebbene in un motore di render tale aspetto è gestibile da parametri globali o in modo selettivo per ogni fonte luminosa , ovvero vi è la possibilità di diminuire o addirittura azzerare tale fenomeno, è bene conoscerne fino in fondo il principio e soprattutto avere una adeguata consapevolezza dell‟effetto prodotto manipolando tali parametri, il rischio è di “infastidire” la percezione dell‟osservatore, che a prescindere dalle conoscenze o competenze in materia , ha un metro di valutazione intrinseco e soggettivo abituato ed allenato nel tempo e dunque capace di distinguere fra un comportamento naturale o innaturale della luce.

Ognuno di noi dal momento in cui apre gli occhi , ed ha la fortuna di poter percepire il mondo che lo circonda, comincia ad immagazzinare informazioni sulla luce e sul suo comportamento in diverse situazioni, ovvero nel corso del tempo “impara” a distinguere la luce naturale da quella artificiale e la sua interazione con superfici, oggetti e materiali, arriva a far parte della coscienza soggettiva di ognuno di noi , quindi intervenire su aspetti così delicati aumenta la possibilità di produrre disagio nell'osservatore.

La distribuzione luminosa è anch'essa una componente fondamentale, che deve essere tenuta in considerazione a priori nella scelta di un corpo illuminante, deve essere la base sulla quale fondare un sistema luminoso o la scelta di una determinata condizione luminosa naturale.
Vi è una netta distinzione e ovviamente risultato, nell‟utilizzare una distribuzione diretta da una distribuzione indiretta o diffusa, cambiano sia la risposta dei materiali che delle ombre generate ed è in oltre un aspetto che incide sulla percezione di un ambiente.

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Questi sono solo alcuni fra gli elementi di Lighting Design che un 3D Artist può integrare ed affiancare alle classiche tecniche di illuminazione utilizzate in CG, forse non arrivano nemmeno a sfiorare l'ABC talmente ampio ,articolato e multidisciplinare è il mondo del Lighting Design, ma sono sufficienti per arrivare alla definizione in modo autonomo e consapevole di un Concept.

Nella seconda parte (Link), verrà affrontato il tema del Daylighting e alcuni suggerimenti di carattere generale sulla definizione di un Concept di Lighting in funzione del Rendering.


Luca Rostellato