Guida ai rendering fotorealistici: tutto quello che occorre sapere in 5 rapidi step

Gli aspetti più importanti, le tecniche ed i trucchi da conoscere per realizzare rendering fotorealistici di altissima qualità ed in tempi accettabili

I rendering fotorealistici sono utili strumenti di anteprima progettuale: se una pianta 2D lascia libera interpretazione, un’immagine fotorealistica è chiara e immediata, non porta a fraintendimenti e a costi aggiuntivi post realizzazione.

Fino a non molti anni fa, la scena della progettazione tecnica era dominata dai disegni tecnici realizzati in 2D; la maggior parte dei progettisti utilizzava questo tipo di disegni per fornire al cliente tutte le informazioni necessarie: altezze, quote, distanze dalle strade, volumi, spessori dei muri, superfici, vani.

Oggi invece, la grande evoluzione tecnologica ha fatto sì che in molti e differenti ambiti, non solo in quello della progettazione, ci si affidi almeno ai rendering fotorealistici, che consentono di raffigurare in modo realistico un oggetto o un ambiente, anche se non esistente o non fotografabile, con un risultato paragonabile a quello ottenibile con la fotografia.

Cosa sono i rendering fotorealistici?

Con il termine rendering si intende l’operazione mediante la quale, grazie al computer, si ottiene la rappresentazione il più possibile veritiera di un oggetto o di un ambiente tridimensionale. Per questo, parlando di rendering, l’espressione completa corretta da utilizzare è CGI rendering, ossia Computer-generated imagery.

La generazione dell’immagine viene realizzata mediante programmi di grafica computerizzata tridimensionale che partono dalla descrizione matematica di una scena interpretata da algoritmi. Per essere ancora più precisi, sarebbe preferibile parlare di Photorealistic CGI rendering (rendering fotorealistici), in quanto l’obiettivo è ottenere un’immagine fotografica fotorealistica e quindi il più possibile vicina alla realtà.

Numerosi e svariati i casi in cui i rendering fotorealistici risultano di estrema utilità, o addirittura indispensabili: in genere si ricorre al render quando non si ha il ‘prodotto’ a disposizione perché è ancora in fase di costruzione o perché, prima di costruirlo, si desidera vedere in modo realistico come apparirà, si ha bisogno di presentarlo in anteprima ai committenti.

E i rendering fotorealistici rappresentano una valida soluzione anche quando si ha necessità di contestualizzare il costruito: a volte, infatti, il problema è proprio l’ambientazione, magari difficile da raggiungere, collocata in un luogo pubblico o turistico o trafficato. In questi casi è possibile ottenere una rappresentazione realistica dell’ambiente in questione grazie al fotoinserimento.

Step 1: il modello 3D

Per modellazione 3D si intende il processo di modellare una forma tridimensionale (modello 3D) inserendola in uno spazio virtuale generato al computer attraverso software 3D; il modello 3D nasce come un insieme di poligoni che potranno essere manipolati nello spazio virtuale: una volta definita la forma del modello, occorre attribuire ad essa il materiale (surfacing), le textures e solo in ultima fase, procedere con lo studio delle luci e il rendering finale del modello stesso.

La modellazione è fondamentale per arrivare ad ottenere un render di qualità e per ottenere un’ottima modellazione ci si affida ai numerosi software presenti sul mercato.

Ovviamente ai progettisti conviene riferirsi a software sia parametrici sia idonei al processo di lavoro BIM (Building Information Modeling), come ad esempio Edificius.

Questi tipi di software permettono a progettisti, strutturisti e impiantisti di lavorare contemporaneamente nello stesso modello: tutto viene gestito in modo integrato. Tramite le cosiddette ‘librerie’ è possibile utilizzare e introdurre ‘oggetti’ (che possono essere parti di mobili o anche stratificazioni di muri, soffitti, pilastri, pavimenti…), e/o personalizzarli.

Il progetto 2D e quello 3D fanno parte di un unico ‘disegno’, rappresentato una volta sola; cambiando un elemento, esso cambierà automaticamente in tutte le viste e approfondimenti visuali e non del progetto.

Precisione nella modellazione

Certamente una buona modellazione parte dal presupposto di lavorare in scala, per evitare squilibri nelle dimensioni degli oggetti, e lavorare in dettaglio: maggiormente sarà dettagliata la scena, e gli oggetti in essa contenuti, più essa sarà realistica.

Inoltre uno degli elementi più importanti che permette di apprezzare la qualità e la credibilità di un modello 3D, ripetuto e consigliato in ogni Guida e da ogni esperto di Architectural Visualization, è determinato dalla naturalezza con la quale la luce viene distribuita in corrispondenza degli spigoli che costituiscono la struttura.

Il presupposto è che in natura lo spigolo vivo non esiste: tutti gli oggetti con una forma ‘spigolosa’ nella realtà mantengono una leggerissima rotondità in corrispondenza dei bordi. Pertanto se prendessimo due modelli architettonici identici, gli applicassimo gli stessi materiali e li illuminassimo allo stesso modo, il modello che avrà i bordi leggermente arrotondati risulterà sicuramente più realistico.

Step 2: i materiali nei rendering fotorealistici

Oltre alla precisione della modellazione, per ottenere ottimi rendering fotorealistici occorre prestare attenzione alla qualità dei materiali ed alle texture applicate al modello architettonico.

 

rendering fotorealistici - Edificius - AIrBIM

Ogni materiale risponde alla luce in modo diverso: questo è un aspetto importante da tenere in considerazione, in grado di determinare la veridicità di un oggetto e, di conseguenza, l’attendibilità del render.

Per produrre render fotorealistici di ottima qualità occorre partire dal materiale reale, studiarne la composizione (durezza, porosità) ed il tipo di lavorazione (lucidità, opacità), e vedere come si comporta quando viene illuminato. Solo quando si è studiato bene il materiale nella realtà, si può pensare di ricreare lo stesso effetto nel render.

Si impostano tutti i parametri nel software utilizzato e il computer li elabora: in base ai diversi settaggi, l’oggetto rappresentato risulterà più o meno realistico.

Tutti i materiali sono costituiti da 3 componenti fondamentali, tecnicamente chiamati canali:

  • diffusione: capacità di diffondere la luce e il colore su tutta la superficie
  • riflessione: capacità di riflettere la luce e l’ambiente circostante
  • rugosità/ruvidezza: irregolarità più o meno marcata della superficie

Per rendere il materiale più realistico, è opportuno associare ad ognuno di questi 3 canali una texture (fotografia) che ne replica l’aspetto naturale.

Sarà inoltre importante inserire texture specifiche che permettano di far emergere le irregolarità delle superfici e creare le giuste riflessioni dell’ambiente circostante; affinché un rendering 3D possa essere di elevata qualità è indispensabile che il materiale venga creato non solo utilizzando i canali di base, ma anche arricchendo le sue proprietà con mappe di rugosità (Bump Map) e di riflessione (Specular Map).

Tuttavia bilanciare in modo corretto tutti questi parametri non è facile.

Le mappe speculari

La brillantezza di un materiale, ad esempio, ha la caratteristica di non propagarsi in modo uniforme sulla superficie, bensì con intensità diversa dipendente dalle caratteristiche proprie del materiale di cui è costituito il modello 3D. Occorre perciò utilizzare una mappa specifica che permetta di far emergere, attraverso la differenza di brillantezza, le irregolarità della superficie, siano esse venature del legno piuttosto che graffi su superfici metalliche.

Le mappe di rugosità

La rugosità di un materiale è rappresentata dall’irregolarità della sua superficie, cosa che in natura si riscontra pressoché sempre; la stessa cosa vale anche per tutte le superfici lavorate (legno, metalli satinati, cuoio, ecc.). Anche in questo caso è necessario utilizzare una specifica mappa in grado di ricreare questa condizione.

Essere in grado di riprodurre tale situazione sul materiale di un modello 3D nei rendering fotorealistici, consente a far percepire al committente una maggiore naturalezza e spessore visivo dell’intera immagine virtuale.

Oltre alla qualità dei materiali, un altro fattore che entra in gioco è l’illuminazione della scena.

Step 3: l’illuminazione

Luci ed ombre rappresentano una componente essenziale per dare vita a rendering fotorealistici che sappiano colpire ed emozionare chi osserva.

La luce infatti, nella realizzazione di un render, è forse l’aspetto che necessita di maggiore cura ed attenzione: la giusta luce conferisce al render profondità, riflessi e lucentezza; tutte caratteristiche che identificano un render emozionale.

L’illuminazione della scena è tra le caratteristiche che più colpiscono chi la osserva poiché in grado di trasmettere molteplici sensazioni: un’illuminazione della scena ‘sbilanciata’ o ‘piatta’ incide profondamente sulla qualità del risultato finale dell’intera immagine virtuale.

La luce è importantissima; talmente importante che quando si effettua un render fotorealistico, è la prima cosa a cui pensare.

Luci naturali

Nel caso della luce naturale, è necessario immaginare da dove proverrebbe se quell’immagine fosse davvero reale. Oggi ad esempio la quasi totalità dei software permette di decidere il reale posizionamento del sole ad una determinata ora del giorno, in un determinato mese dell’anno.

In questo modo si può studiare l’illuminazione di un ambiente durante l’intero arco della giornata, e dell’anno. I modelli virtuali permettono così di effettuare uno studio della luce che altrimenti in passato era estremamente complesso, se non impossibile!

In particolare casi la luce naturale può essere inoltre filtrata attraverso effetti atmosferici, come nebbia o pioggia. Negli scenari notturni, invece, la luce naturale diventa secondaria rispetto alle luci artificiali, anche se nei render più realistici si applica comunque un bagliore notturno del cielo dovuto alla luce della luna.

Luci artificiali

Nel caso di luce artificiale il discorso è diverso, in quanto vi sono sempre molte fonti di luce da gestire contemporaneamente, o raggruppare in scenari (come avviene con la domotica).

L’utilizzo di luce artificiale, così come in un progetto illuminotecnico reale, parte dall’individuazione dei punti luce e dalla scelta degli apparecchi illuminanti (luci a soffitto, a parete, a pavimento). Oggi è possibile trovare online modelli di apparecchi illuminanti talmente realistici e dettagliati che permettono finanche di scegliere le singole lampadine.

Nel posizionamento delle luci è bene cercare di illuminare ‘tutta la scena’: un buon punto di partenza è quello di creare una luce principale/globale, aggiungendo poi le luci di rinforzo nei punti giusti per ottenere un maggior contrasto.

La tecnica utilizzata è la stessa che si utilizza, nella realtà, per un progetto illuminotecnico di interno: si aggiungono per esempio delle piantane negli angoli più bui, dei faretti orientabili che illuminano i punti focali degli ambienti, degli oggetti/arredi/quadri più “importanti”.

Un ultimo aspetto da tenere sempre sotto controllo è quello degli oggetti che generano luce: come accade nella realtà, infatti, le fiamme di un fuoco, o il monitor di una TV, generano luce. Simulare questi effetti reali permette sicuramente una maggiore realisticità.

Infine, anche il rapporto tra luci ed inquadratura è un componente molto rilevante, dato che una buona inquadratura della scena, ben illuminata, aiuta a fornire un tocco di “realismo” all’immagine virtuale: posizionare fonti luminose in base alla singola inquadratura è un “trucco” molto diffuso.

Step 4: gli effetti atmosferici nei rendering fotorealistici

Nei rendering fotorealistici deve sempre essere presente una luce ambientale che simula la naturale luminosità atmosferica: essa è in grado di farci percepire i materiali di un rendering così come realmente li avvertiamo in natura.

Questo risultato lo si può ottenere in due modi:

  • Illuminazione con più fonti di illuminazione – Attraverso questo metodo è necessario bilanciare la fonte di illuminazione principale, quella che simula la provenienza dal sole e in grado di proiettare le ombre, con una seconda luce, opposta a quella primaria, che simula la luce azzurra atmosferica e che produce un’impercettibile ombreggiatura.
  • Illuminazione con mappa HDRI – In un rendering fotorealistico perfetto, questo risultato si ottiene inserendo nella scena, come unica fonte illuminante, una mappa HDRI (High Dynamic Range Imaging). Si tratta di particolari immagini panoramiche, di diverse tipologie, che contengono al loro interno una vasta “gamma dinamica di colori”.
    L’utilizzo di una tecnica simile comporta una gestione più agevole e sicura dell’illuminazione della scena soprattutto per ciò che riguarda la proiezione delle ombre. (al riguardo leggi il Focus “Tecnica di illuminazione IBL nel render, i vantaggi per il progettista“)

Per rendere le immagini ancora più accattivanti e corrispondenti al reale, sia per i render statici sia per il real time rendering, è possibile applicare degli effetti atmosferici come:

  • nebbia
  • vento
  • pioggia
  • luce notturna generata dalla luna
  • movimento delle foglie degli alberi
  • maggiore naturalezza dei singoli fili di erba
  • fumo generato da fuochi e camini.

rendering fotorealistici - effetti atmosferici - IBL

 

 

Step 5: la post produzione

È risaputo che le scene da renderizzare ad alta risoluzione sono molto elaborate, “appesantite” spesso dagli elementi più dettagliati (come la vegetazione), dai materiali applicati agli oggetti, ciò spesso li rende difficilmente gestibili ed allunga notevolmente i processi di rendeirzzazione.

Difronte a tale difficoltà, l’obiettivo è quello di abbattere i tempi di produzione, pur assicurando la resa realistica dell’immagine prodotta.

La soluzione più diffusa fino a qualche anno fa era quella della post produzione attraverso specifici software di grafica: in questo caso si integravano successivamente dei dettagli che non erano stati predisposti per essere soggetti al calcolo e che ne avrebbero aumentato considerevolmente i tempi di elaborazione.

Questa tecnica veniva utilizzata sia per immagini di esterni che di interni, con illuminazione sia diurna che notturna, e permetteva di lavorare sul render aggiungendo parecchi elementi come ad esempio:

  • effetti di riflessione per simulare il vetro o altre superfici riflettenti
  • effetti di luce come bagliori e luccichio
  • effetti atmosferici come nebbia e foschia
  • fasci di luce con pulviscolo
  • messa a fuoco di oggetti in primo, o secondo piano
  • inserimento di vegetazione o personaggi con relativa ombreggiatura, nel rispetto delle condizioni di illuminazione predisposte nelle impostazioni del rendering.

Quest’ultimo punto era, ed è, sicuramente quello più utilizzato dagli addetti ai lavori, perchè permette di lavorare con un modello “più leggero” e permette una maggiore libertà nella scelta delle piante, delle sagome di persone e veicoli.

Oggi tuttavia esistono dei software di progettazione architettonica BIM, come ad esempio AIrBIM di Edificius, che integrano funzioni di Architectural Visualization consentendo al progettista di creare render professionali senza essere un esperto, senza allungare i tempi a fare con regolazioni e prove continue, ma soprattutto senza far alcuna operazione di post-processing con altri software dedicati.

 


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