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"Ambient occlusion" in CG

Ovvero come “spolverare” un modello digitale!

Scritto da Silicon_Simon.
Giovedì 12 Luglio 2012, 9:55 pm. Tag usati: 3d, ambientocclusion, computergraphics, grafica

Complice Michele e il suo ponte, ho ripreso in questi giorni a trattare la tematica dell’ambient occlusion e le potenzialità di rappresentazione che questo semplice algoritmo grafico racchiude. In questo scritto vorrei tratteggiare pragmaticamente i concetti dietro l’occlusione ambientale e portare qualche esempio applicativo.

Una tecnica molto interessante, quando ben applicata nei disegni di architettura per evidenziare i pieni e i vuoti, è quella del rendering con la sola ambient occlusion. Per una definizione più ampia del termine rimando alla pagina di Wikipedia, tuttavia per dovere di cronaca basti pensare che si tratta di una tecnica in grado di simulare l’ombreggiamento delle superfici, riproducendo un effetto di occlusione ambientale che simula l'illuminazione globale; se si immagina la luce diffusa che popola una scena (1) gli spigoli più o meno acuti tra i piani geometrici degli oggetti sono quelli meno investiti dal flusso luminoso. In altre parole la luce risente dell’occlusione degli elementi nell’ambiente, da cui il nome della tecnica. L’algoritmo grafico pertanto illumina in maniera differenziale le superfici, tenendo gradualmente in ombra le parti occluse.

L'ambient occlusion permette di evidenziare molto bene i dettagli più minuti.

Per capire ancora meglio, si immagini di ricoprire di polvere nera (sarà lo shader) un modellino fisico in plastica bianca (l’ambiente): la luce si comporta come un pennello morbido che spazzola via la polvere nera. Dove le superfici si incontrano le setole fanno più fatica a rimuovere le particelle nere, così gli angoli rimangono “sporchi”.

E’ interessante notare che non c’è una sorgente luminosa univocamente e geometricamente definita, dal momento che il nostro pennello (l’ambient occlusion) tratta omogeneamente tutti i poligoni di un modello. Infatti questo modello di illuminazione prescinde da una luce fisica presente ma fa partire numerosi raggi luminosi dalle superfici: quando i raggi si perdono all’infinito (verso il cielo, questa tecnica viene anche chiamata “sky light” per questo motivo) la superficie di partenza viene schiarita, quando invece incontrano un ostacolo non aggiungono nessuna percentuale di illuminazione (2).

Le applicazioni sono varie ed interessanti: dal compositing finale in Photoshop (il layer di ambient occlusion può essere “moltiplicato” al layer di render convenzionale con i materiali per un migliore senso di profondità), fino al texture baking nei modelli interattivi (3). 

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Approfondimenti

Di seguito si riportano i link ad alcune pagine di approfondimento che ho scritto per applicare l'algoritmo di ambient occlusion in tre diversi ambienti molto conosciuti di modellazione 3D.

Ambient occlusion in Autodesk 3D Studio Max 2012

Ambient occlusion in Autodesk Maya 2012

Ambient occlusion in Blender

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1 - In questo caso non quella diretta da sorgente a oggetto, bensì la componente di riflessione che si muove rimbalzando tra le superfici.

2 - L’occlusione è matematicamente una funzione di visibilità su una semisfera rispetto ad una proiezione di angolo solido.

3 - Il baking delle texture consiste nell’applicare un draping di immagini raster agli oggetti con tessiture che altro non sono che le porzioni di ambient occlusion pre-calcolate.

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