Fotorealismo nel Rendering 3d : Ci manca ancora molto ?

Se ne parla dagli anni 80 del Fotorealismo, di cosa sia, di quando ci arriveremo, ed ogni volta che la tecnologia fa uno step in avanti tutti urlano al "fotorealismo", ma la verità è un'altra : siamo ben lontani dal raggiungerlo, e secondo vari esperti del settore ci vorrà almeno un decennio prima che tutti noi potremo avere in casa degli apparecchi capaci di produrre grafica davvero fotorealistica.

Partiamo dalla definizione : può definirsi fotorealistico qualsiasi rendering o videogame che risulti all'occhio umano indistinguibile da un oggetto vero, reale.

E' poi il caso di fare una grossa distinzione tra il rendering precalcolato, in cui il fotorealismo è stato già raggiunto, e da molto, ed il rendering in tempo reale, quale quello che necessita il campo del videogaming, ove appunto il fotorealismo è ben lontano.

Facciamo degli esempi più chiari : il rendering precalcolato è quello che viene usato nel campo del cinema, basti pensare ad Avatar, a Pacific Rim o all'ormai attempato Titanic (che comunque regge bene il peso dei suoi anni eh...), nel campo della pubblicità e perchè no, nel campo dell'architettura, del resto qui siamo sul sito di ArchiDream, quindi giochiamo in casa... ;)

Partiamo proprio dal campo dell'architettura : esistono programmi come 3DSMax della Autodesk che permettono la creazione di modelli poligonali ultrarealistici, a cui si possono aggiungere filtri e texture che rendano ancora piu invisibile l'illusione che ci si trovi di fronte ad un rendering 3d e non a qualcosa di vero. Ora, nell'architettura il rendering può essere un singolo fotogramma, oppure un filmato, prodotto dal susseguirsi di più fotogrammi in sequenza. Ricollegandoci al campo del cinema e della pubblicità, invece troviamo sequenze prodotte dal susseguirsi di più fotogrammi, generalmente tra i 24 ed i 29 al secondo. Se pensate alla durata di  un film potete immaginare quale lavoraccio sia, e quale incredibile calcolo computazionale serva per realizzarlo, ma siamo nell'ambito di produzioni multimilionarie, ergo no problem. Quando si parla di computer graphics e fotorealismo spunta sempre il nome di un pioniere del settore, James Cameron. Perchè lo dico? Beh.. semplice... qual'è il primo film che con la sua computer grafica vi ha sorpreso ed emozionato ? Risposta semplicissima, Titanic, uscito nell'ormai lontano 1997. E quale è invece il film che con la sua grafica cg fotorealistica vi ha colpito di più di tutta la storia del cinema? Beh semplice di nuovo, Avatar, datato 2009 sempre del buon Cameron, che in realtà si dilettava con la CG nei suoi film dai tempi di Terminator... Se volessimo quindi segnare uno spartiacque, nel campo del cinema e del rendering precalcolato in generale, è il 1997 l'anno di cui ci ricorderemo, l'anno di Jack e Rose sul Titanic... (voi donne, qui se vi scappa la lacrimuccia è normale...)

E a cosa serve il fotorealismo, secondo voi? Beh anche qui la risposta è semplice : sospensione dell'incredulità. Quando ci rechiamo in un cinema sappiamo che stiamo vedendo qualcosa di finto, ma di fronte ad una grafica fotorealistica la nostra psiche dimenticherà piu facilmente che ciò che stiamo vedendo è qualcosa di finto, facendoci immedesimare di più con le vicende sullo schermo, facendoci in ultima analisi credere di essere li. (lacrimuccia di nuovo, suvvia...) Ora su, smettete di immedesimarvi e pingere pensando a Jack e Rose e rifletteteci un attimo : vi sareste emozionati allo stesso modo per quelle vicende se invece di una superba computergrafica fotorealistica, avessero fatto il Titanic di cartone spugnato in una bacinella? ;)

E ora torniamo per un attimo al campo dell'architettura : a cosa serve il fotorealismo li? Beh risposta ancora più semplice : immaginiamo che un cliente chieda la costruzione di una casa, o la sua ristrutturazione. Attraverso i Rendering 3d si può dare al cliente stesso un'immagine computerizzata o un filmato di come sarà la sua casa, con buona approssimazione. Niente male, vero? ;)

Ora passiamo invece al campo del rendering in tempo reale, ove si applica? Anche qui la risposta è semplice : nel campo del videogaming. Viene cosi definito perchè gli algoritmi di rendering tridimensionale non dovranno renderizzare una sequenza di frame precalcolata e precostituita, ma ciò che viene renderizzato varia a seconda degli imput dati dal videogiocatore. In questo campo, lo diciamo subito, siamo ancora lontani dall'ottenere il fotorealismo, ed i motivi sono principalmente due : il primo nasce dalla natura del rendering effettuato in tempo reale. Per creare Avatar ci avranno messo anni ed anni di lavoro, con ore e ore passate a renderizzare ogni singolo frame, qui invece deve essere tutto fatto in real time, e ad una agognata frequenza di 60 fotogrammi al secondo.

A cosa serve il fotorealismo qui ? Beh esattamente come al cinema, di fronte ad un videogames una grafica fotorealistica aumenta l'immedesimazione delle vicende narrate, anche qui sospensione dell'incredulità quindi.

Spingiamoci oltre in un ardito paragone col cinema : quale è stato secondo voi il primo videogame che con la sua grafica emozionante e la sua trama avvincente ha creato sospensione dell'incredulità ? Ed in che anno è successo ?

E quale è a tuttoggi il videogame con la grafica piu vicina al fotorealismo presente sul mercato?

Uh... in maniera marzulliana mi sono fatto da solo un bel pò di domande, ora vediamo di dare una risposta.... ;)

Il "Titanic dei videogiochi" è senza ombra di dubbio Half Life 2, datato 2004 e prodotto da Valve Software grazie ad un motore di rendering 3d per l'epoca fantascientifico, denominato Source. Si seguivano le vicende di uno scienziato, tale Gordon Freeman, che veniva catapultato dal suo tranquillo lavoro alla lotta contro il potere di un brutale regime, fomentato.. dagli alieni nientepopodimeno! Lo so detto cosi sembra una vaccata, ma vi assicuro che il tutto funzionava e funziona ancora, al punto che sono in milioni le persone che hanno firmato una petizione indirizzata a Valve perchè possa produre Half Life 3.. in sostanza vogliono sapere che fine fa il nostro amato scienzato che salva il mondo ;)

E se invece pensassimo all' "Avatar del videogaming"? Beh qui la risposta è in costante evoluzione, esattamente come la tecnologia, e a tutt'oggi a mio parere i giochi piu fotorealistici sono, in ambito first person shooter e avventure Crysis 3, prodotto dalla tedesca Crytek sfruttando il motore di rendering 3d proprietario CryEngine 3, Battlefield 4, ultimo prodotto di Dice che usa il noto motore di rendering FrostBite, motore potente, versatile e poco esoso, di cui potete vedere una immagina in cima a questo articolo, ed infine menzione d'onore per Metro Last Light, un gioco bellissimo ma dal motore di rendering cosi esoso che viene usato come benchmark per testare la potenza delle workstation grafiche..... Se invece volessimo cambiare genere, e passare ai giochi di guida, allora la palma spetta a Forza Motorsport 5 di Microsoft che con il suo fotorealismo ci fa sentire dei veri piloti.

Come si ottiene il fotorealismo dunque? O, se non è stato ancora raggiunto, almeno in ambito videogaming, come ci si può andare quanto più possibile vicino ? Senza andare troppo nello specifico anche qui la risposta non è troppo complessa : serve un'enorme potenza computazionale, unita ad una ottima modellazione poligonale quale quella che si può ottenere con software professionali come 3DSMax o Rhinoceros, ed infine un'attentissima realizzazione dell'illuminazione e delle fonti di luce.

Proprio su questo punto si incentrano le massime difficoltà, la luce è davvero complicata da realizzare in maniera realistica. Nel tempo si sono succedute tutta una serie di procedure, ed altre ne verranno create. Ad esempio all'inizio degli anni 2000 venne creata una tecnica, denominata Bump Mapping, che prometteva davvero bene e ancora oggi viene usata con successo. Di che si tratta? Beh vedete, i poligoni nudi, dopo essere stati modellati, vanno rivestiti con delle texture che li ricoprano, non a caso la traduzione della parola texturi in italiano è "tessiture" perchè le texture sono come i vestiti dei poligoni nudi. Con il Bump Mapping si creavano delle texture bidimensionali che apparivano tridimensionali, ad esempio curve, aumentando il realismo del rendering.

Procedura inversa è il Rasterizing , usato questo per diminuire il calcolo computazionale necessario, in cui si convertono poligoni pieni e tridimensionali in immagini bidimensionali, del resto su un foglio di carta o uno schermo tv dovremo vedere i nostri render, o l'HSR acronimo di Hidden Surface Removal,  procedura attraverso la quale si evitavano di calcolare e processare nei render i poligoni pieni che a seconda della visuale erano nascosti.

In ambito di illuminazione e computer grafica, nonchè di fotorealismo, la parola magica è però un'altra : Ray Tracing. Con questo nome intendiamo una tecnica di rendering che riproduce la  scena con una tecnica che segue i raggi di luce partendo dal punto di vista della telecamera, e non delle sorgenti di luce. L'algoritmo calcola la posizione in tempo reale di milioni di raggi di luce e crea ombre, sfumature e texture. Rispetto alle altre tecniche il ray tracing è meno esoso verso il lavoro degli sviluppatori di rendering, degli artisti diciamo, e più esoso in ambito di risorse computazionali. Ma è l'unico modo per ottenere una grafica fotorealistica, sia in campo precalcolato che in tempo reale.

Che poi però, diciamocelo, il fotorealismo è importante e molto bello ma non è tutto... in qualunque campo! Un render perfetto di una casa brutta rimane brutto, allo stesso modo un film palloso ma dalla CG meravigliosa rimane una palla, e allo stesso modo un videogame bellissimo e fotorealistico che sia frustrante o noioso o pieno di glitch rimane una porcata... E' solo che il fotorealismo va visto come un mezzo, un mezzo importante, ma non il fine ultimo ;)

Gianpiero "Giso" Imparato