Premoltiplica

Confusione.

C’è un po di confusione riguardo alla premoltiplica delle immagini cgi. Questo problema è influenzato direttamente dal canale di alpha e dallo spazio colore di compositing. Vediamo quindi di fare un po di chiarezza.

Importanza della premoltiplica.

Innazitutto è fondamentale conoscere tutte le fasi matematiche del compositing per capire a fondo cosa succede durante i diversi step di manipolazione. Lavorare senza curare attentamente la premoltiplica crea degli artefatti neri in prossimità dei bordi nel compositing. Spesso potremmo trovarci di fronte a immagini non premoltiplicate con bordi molto seghettati.

Tutti sappiamo che le immagini sono formate da pixel e che questi ultimi tendono a discretizzare la qualità di una immagine visualizzabile. Un algoritmo di sampling effettuato via software discretizza ulteriormente parte delle nostra immagine. Ora immaginiamo di osservare il bordo di una sfera virtuale, chiaramente il sampling dell’alpha channel forma un gradiente che va dal bianco al nero.

Una immagine rgb senza premoltiplica è composta da colori interi saturi. La premoltiplica consiste nel moltiplicare i colori rgb per il canale alpha. Questo processo tende a scurire i pixel con alpha minore di 1  rendendoli totalmente neri dove l’alpha è 0. La premoltiplica è necessaria per avere una immagine finale corretta ma il problema deriva dalla fase di compositing.

premoltiplica

Compositing.

Quando una immagine viene importata in un software di compositing la prima cosa da fare è depremoltiplicare l’immagine ( unpremult ), convertire l’immagine in uno spazio colore lineare e rieffettuare la premoltiplica. Questo processo evita di convertire i colori rgb in lineare modificati dal processo di premoltiplica durante il render. Generalmente anche dopo aver convertito l’immagine in uno spazio colore lineare, i pixel otterranno comunque una variazione logaritmica srgb temporanea poichè l’immagine viene visualizzata su un monitor classico.

I software di compositing permettono di ridurre i problemi di premoltiplica già in fase di input. L’immagine importata viene flaggata come premoltiplicata, questo farà capire al software che i colori rgb dovranno essere divisi per l’alpha in modo da riottenere i colori originali.

I pixel premoltiplicati portano con sè una percentuale di background originato durante il render. La percentuale di background è 100 meno la percentuale di alpha ( il bianco mappato a 100 e il nero a 0 ). Ciò vuol dire che se ad esempio andiamo a renderizzare una immagine su sfondo nero, una parte dei pixel periferici avranno tonalità scure dovute al blending tra l’immagine e il background nero.

Il software di compositing nel processo di divisione restituisce la tonalità originale ai pixel. E’ importante non premoltiplicare le immagini su sfondo diverso dal nero poichè il blending del pixel con lo sfondo differente porterebbe ulteriori problematiche. In questo caso bisognerebbe prima sottrarre la percentuale di colore del background per simulare un rendering su sfondo nero e  a questo punto dividere per l’alpha per riotterere il colore solido originale.

Nel prossimo articolo vedremo la correzione colore legata alla premoltiplica.

 

Sistemi Particellari

Particelle e VFX.

Un altro aspetto dell’animazione nei vfx è l’uso di sistemi particellari. Migliaia e milioni di particelle vengono create e guidate mediante funzioni matematiche: fumo, pioggia, scintille, polvere, sabbia ecc vengono ricreati in 3d mediate l’utilizo di sistemi particellari. L’animatore di solito imposta parametri come colore, intesità, grandezza dei granelli, sfocatura dei bordi, ecc per ottenere l’effetto desiderato.

Ogni particella nasce, vive e muore. Le diverse funzioni matematiche possono essere attribuite a tutte le particelle o individualmente. I sistemi particellari richiedono enormi risorse di calcolo come le simulazioni dei corpi rigidi viste precedentemente.

sistemi particellari

Sims, Hardware e Caching.

Le simulazioni e i sistemi particellari richiedono una computazione completa per ottenere l’effetto desiderato. Se immaginiamo di voler renderizzare una nuvola di polvere creatasi dopo il contatto di un oggetto con il suolo, dovremo attendere la completa simulazione per poter renderizzare un frame. Questo perchè il calcolo è intesivo e ogni frame dipende dallo stato precedente della simulazione. Potrebbero passare ore o giorni attendendo la fine di simulazioni complesse; ad ogni variazione di input, la simulazione viene ricomputata dal principio.

Si nota quindi come sia importante una struttura hardware adeguata e sopratutto una continua ricerca e studio al fine di fornire al mercato tempi di calcolo ridotti. Al termine di una simulazione, l’oggetto creato viene messo in cache, alias salvato su disco, per permettere uno scrubbing veloce e sopratutto il rendering.

Nel prossimo articolo vedremo la premoltiplica.

 

Sims

Simulazioni.

Quando si parla di sim nel mondo dei vfx, ci si riferisce alle simulazioni. Queste sono modelli matematici applicati agli oggetti in scena e simulano fenomeni fisici come gravità, attrito, frizione, fluidodinamica, ecc.

Le sims sono fondamentali poichè vanno a diminuire il carico di lavoro dell’animatore, sopratutto se si tratta di molti oggetti. Le formule matematiche applicate rendono il render definitivo più realistico di una classica animazione a mano. Nel mondo dei vfx, comunque, se una cosa sembra corretta, è corretta. Non conta se le forze in gioco non sono corrette, l’importante è il look definitivo.

sims

Sims e Hardware.

Per esempio, immaginiamo un cubo sospeso in aria. Gli applichiamo una massa e un forza gravitazionale; a questo punto eseguiamo una sim e osserviamo come il cubo precipita e collide con il terreno. Una simulazione del genere richiederebbe molto più tempo all’animatore e in più potrebbe non risultare realistica se creata a mano. Un altro aspetto da considerare è la “folla”. Se dobbiamo simulare interi eserciti o migliaia di palline è necessario un software che faccia le cose per noi, altrimenti avremmo bisogno di migliaia di animatori.

Grazie alla complessità dei modelli matematici, ci sono tante variabili in gioco. Queste vengono mappate a slider o input box permettendo all’utente di modificare le forze in gioco. Nella simulazione del cubo vista precedentemente, l’utente potrebbe modificare i coefficienti di attrito del cubo o del pavimento cambiando radicalmente la simulazione. Un animatore avrebbe dovutto animare l’intera scena, il nostro software invece, con le nuove variabili, calcola i nuovi step con una ulteriore simulazione.

Le simulazioni sono di solito sempre complesse. Gli animatori spesso non conoscono le leggi matematica che legano il movimento di un vestito sotto l’effetto del vento, della turbolenza e di compressioni e trazioni. Generalmente sono solo le variabili in gioco a venire modificate, saranno i diversi modelli matematici a simulare tutto.

Nel cinema odierno vediamo sempre più simulazioni fatte a computer: edifici che collassano, oggetti che si distruggono, esplosioni, inondazioni, ecc. Rispetto all’animazine tradizionale, le simulazioni richiedono migliaia di processori per ottenere risultati in termini brevi. L’hardware e le render farm sono quindi essenziali in una post produzione avanzata: non solo i render, infatti, ma anche le simulazioni richiedono una buona potenza di calcolo.

Grazie all’nvidia negli ultimi anni stiamo assistendo a una rapido passaggio dai calcoli effettuati in cpu a simulazioni effettuate in gpu. Ebbene si, grazie a cuda, l’nvidia sta portanto la computer grafica verso livelli sempre più alti aumentando la precisione dei dettagli e diminuendo i tempi di calcolo.

Nel prossimo articolo vedremo i sistemi particellari.

 

Multiplane Compositing

2d e 3d.

Il multiplane compositing è un ponte tra il 2d e il 3d. Si tratta, in termini più generici, di compositare immagini bidimensionali utilizzando un envirovment 3d e un programma di compositing. Le immagini vengono poste l’una davanti all’altra in uno spazio 3d di fronte ad una camera virtuale. I differenti piani vengono allontanati e avvicinati alla camera per rappresentare la vera distanza dal piano di visione. Gli oggetti più vicini saranno più vicini alla camera mentre gli oggetti di sfondo saranno più lontani. Le immagini possono essere dei mattepainting o cgi; caratteristica fondamentale per un corretto multiplane compositing è la prospettiva. I piani in scena dovranno ospitare texture prospetticamente corrette rispetto alla camera virtuale. Gli oggetti vicini soffrono maggiormente di questo problema e una minima variazione del piano può portare ad una resa negativa di tutta la scena. Le immagini di sfondo hanno una maggiore flessibilità, montagne e cieli possono essere mossi notevolmente senza intaccare la visione finale di scena. E’ importante considerare che questo tipo di compositing è generalemtne usato per creare animazioni in grandi scene dipinte dove vengono aggiunti elementi in cgi ( cascate, fuoco, luci ). L’asse focale è infatti perpendicolare ai piani e i movimenti permessi sono carrellate e pan. Le carrellate sono spesso visibili in video di motion graphics realizzati in after effects e meno tipici negli effetti visivi. I pan invece permettono una visione graduale della scena.

multiplane compositing

Pan e HDR.

Un’altro compositing utilizzato molto nei vfx è il compositing su hdr. Supponendo di dover animare una navicella aliena in un deserto, è opporturo crare una imagine sferica e poi animare in 2d o 3d la navicela all’interno della scena.

Nel prossimo articolo vedremo le simulazioni – SIMS.

 

View Conference 2012

L’evento 2012.

ViewConference è il più importante evento in Italia a cadenza annuale incentrato sulla grafica digitale, i videogames, l’automotive & industrial design, le tecniche interattive, il cinema digitale, l’animazione 3D e gli effetti visivi. Si terrà a Torino tra il 16 e il 19 Ottobre 2012.

view conference

Contest 2012.

Di seguito elencati i contest del 2012.

VIEW AWARD GAME – Concorso internazionale di videogiochi, completati tra il 2011 e il 2012 con scadenza il 15 Settembre 2012.

VIEW AWARD – Concorso internazionale di cortometraggi erealizzati usando tecniche 3D ed Effetti Visivi, completati tra il 2011 e il 2012, con scadenza il 15 Settembre 2012.

VIEW Social Contest – Concorso internazionale di film, corti, video musicali o pubblicità con animazioni 3D e/o con effetti speciali che affronta temi legati all’attualità e al sociale realizzati tra il 2011 e il 2012. Scadenza: 30 giugno 2012.

 

Per maggiori informazioni visitate il sito ufficiale http://viewconference.it/

 

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My name is Giovanni Di Grezia, but people call me xgiovio.

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I am a VFX Artist and Software Developer

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Giovanni Di Grezia