È possibile replicare digitalmente il modo in cui la luce risplende sulla seta, il caleidoscopio di colori sulle ali delle farfalle, o la struttura dei tessuti, plastica, e pietre? Un team di ricercatori del Realistic Graphics Lab dell'EPFL, guidato da Wenzel Jakob, sta sviluppando modelli informatici per fare proprio questo. Il loro processo inizia digitalizzando meticolosamente qualsiasi materiale su cui possono mettere le mani, utilizzando una macchina sofisticata chiamata gonio-fotometro.

Immagina di scattare una foto di un'auto in una giornata di sole:l'immagine catturerà solo il suo aspetto per quel punto di vista e illuminazione specifici, ma non può dirci come sarebbe la stessa macchina da un altro punto di vista più tardi la sera. A differenza di una fotocamera, un goniofotometro misura la luce riflessa da un materiale ad angoli diversi, catturare l'essenza di ciò che conferisce alla superficie verniciata dell'auto il suo aspetto particolare:lucido, perlescente, metallico, sbiadito, ecc. I dati risultanti sono molto più ricchi di una singola fotografia e possono essere utilizzati per generare immagini computerizzate fotorealistiche di oggetti realizzati con quegli stessi materiali all'interno di scene virtuali arbitrarie.

Il team dell'EPFL, guidato dal Prof. Wenzel Jakob, studia il modo in cui la luce interagisce con i vari materiali in modo che questo processo possa essere riprodotto in una simulazione software. "Il nostro obiettivo è mettere insieme una libreria di materiali molto completa, non solo ricrearli, ma anche per capire matematicamente cosa li fa apparire come sono, " afferma Jakob. I ricercatori intendono digitalizzare campioni che vanno da un foglio di carta e un pezzo di plastica da una penna a un'ala di farfalla e persino un pezzo di tessuto da un costume di Darth Vader. "Questo tipo di dati materiali è inestimabile in aree come l'architettura, visione computerizzata, o l'industria dello spettacolo. Di recente abbiamo iniziato a lavorare con Weta Digital e Industrial Light &Magic, che fanno film come Avatar e Star Wars, " Aggiunge.

Creare immagini che sembrano vere

Il goniofotometro è una macchina impressionante lunga circa cinque metri. Si opera in una stanza, le cui pareti sono state ricoperte con un panno nero per assorbire la luce riflessa dal campione in analisi. Il campione viene posizionato al centro del dispositivo, dove è osservato dalla punta di un braccio robotico che ruota con una velocità fino a 3 metri al secondo in modo che le misurazioni possano essere prese rapidamente per molte configurazioni. "Una fotocamera convenzionale registra solo il rosso, informazioni sui colori verde e blu visibili all'occhio umano. Usiamo invece uno spettrometro che registra centinaia di lunghezze d'onda in tutto lo spettro visivo, estendendosi anche agli UV e agli infrarossi. Questa ricchezza di dati ci fornisce molte più informazioni su un materiale che ci consente di simularne l'aspetto in modo estremamente preciso, "dice Jakob.

Il team ha sviluppato un nuovo algoritmo che prende il pieno controllo del gonio-fotometro per catturare solo un piccolo sottoinsieme di uno spazio quadridimensionale inconcepibilmente grande, consentendo la digitalizzazione dei materiali molto più rapidamente di quanto fosse possibile in precedenza. Il gruppo di Jakob sviluppa anche il Mitsuba Renderer, una piattaforma software open source ampiamente utilizzata che simula computazionalmente la luce per creare immagini fotorealistiche di mondi virtuali. Con i dati acquisiti, queste simulazioni possono ora raggiungere un livello di accuratezza senza precedenti.