Fondamenti di computer graphics           

Primo ZINGARETTI

2004, 216 pagine, formato 17x24 cm, € 20.00
ISBN 88-371-1486-9

La grafica al calcolatore o grafica computerizzata, meglio nota come Computer Graphics (CG), � un importante settore di ricerca nell’ambito dell’informatica. La CG oggi abbraccia un gran numero di aree applicative, da settori tecnici, come nell’ingegneria meccanica e civile con i sistemi CAD (Computer Aided Design), al mondo del divertimento con i videogiochi e i film. Di conseguenza, gli utenti della CG (ad esempio, ingegneri ed architetti ma anche medici, pubblicisti e giocatori) hanno una formazione tecnico-scientifica molto diversa tra loro e, in particolare, molti di loro non hanno mai avuto modo di approfondire i principi fondamentali della CG. Oltre ai manuali e ai numerosi testi guida per l’uso di software grafici, orientati pi� sull’utilizzo dell’applicativo piuttosto che sui principi fondamentali della grafica, esistono diversi testi sulla CG, che, per�, spesso affrontano l’argomento o troppo dal punto di vista teorico o troppo dal punto di vista degli sviluppatori di codice e di sistemi grafici oppure che trattano in modo pletorico la materia invece di finalizzarla verso obiettivi magari minimali, ma raggiungibili, ad esempio, nell’arco di un corso universitario. La genesi di questa opera scaturisce allora dalla necessit� di cercare di introdurre gli aspetti fondamentali della CG nel modo pi� lineare possibile, cercando di renderne semplice l’apprendimento anche a chi per la prima volta si avvicina a questa disciplina e finalizzando il tutto alla sintesi di immagini realistiche. Il volume � quindi rivolto a tutti coloro che si apprestano ad utilizzare programmi di grafica, pur non disponendo di una grande conoscenza dei principi fondamentali della CG, ovvero la terminologia, le schematizzazioni e le operazioni basilari con relativi esempi di algoritmi. In particolare, allo stato attuale, questo � il caso della quasi totalit� degli studenti del corso di Informatica Grafica della Laurea quinquennale, a riconoscimento europeo, di Ingegneria Edile-Architettura (per di pi�, tali studenti si trovano presto a dover usare software applicativi di grafica vettoriale e raster, ad esempio Rhinoceros, 3DstudioMax, Autocad e Photoshop, avendo spesso soltanto il suddetto corso come preparazione). Anche limitandosi ai soli aspetti fondamentali, gli argomenti che rientrano nell’area della CG sono moltissimi, e, per di pi�, coinvolgono aree apparentemente distanti dagli obiettivi di un utente di applicativi grafici, perch�, ad esempio, servono nozioni di geometria e di informatica. Pertanto, dovendo effettuare dei tagli (in particolare, volendosi relazionare ai crediti formativi universitari attribuiti al corso di Informatica Grafica), si � adottato il criterio di introdurre approfondimenti solo se questi erano indispensabili per meglio comprendere il concetto stesso a cui si riferivano, e, soprattutto, di privilegiare quegli aspetti (ad esempio, i parametri dei modelli utilizzati nel processo di rendering) che consentono di fornire una buona conoscenza di ci� che avviene all’interno di un elaboratore elettronico in seguito all’operazione richiesta da un utente grafico. Del resto, la visione d’insieme e la bibliografia fornita dovrebbero mettere il lettore in grado di approfondire autonomamente quegli argomenti qui affrontati solo sommariamente. Obiettivo del volume � quello di fornire le basi per meglio comprendere i problemi affrontati, per capire perch� talvolta i risultati appaiono diversi da quanto ci si aspetterebbe, e per ottimizzare, grazie alla conoscenza delle metodiche, l’uso degli strumenti disponibili nei programmi di grafica al computer. Detto con altre parole: non c’� bisogno di conoscere come funziona un motore per guidare un’auto, ma conoscerlo sarebbe utile per fare molti chilometri in buone condizioni e senza fare nessun danno! Non rientra invece tra gli scopi del volume il fornire informazioni per l’uso di software specifici perch� per tale scopo sono gi� disponibili numerosi e validi testi guida oltre ai relativi manuali software.L’organizzazione del testo � cos� strutturata. Nel Capitolo 1, dopo la definizione stessa della CG e una veloce panoramica delle sue principali applicazioni, sono descritte le caratteristiche fondamentali delle immagini digitali, dai processi di acquisizione (digitalizzazione), alle modalit� di rappresentazione ed archiviazione. Dato che questo testo non intende affrontare le problematiche dell’interazione uomo-macchina, un solo paragrafo � dedicato alle interfacce utente, che molto si basano sulla grafica. Sempre in questo capitolo introduttivo, vengono infine analizzati i principali componenti hardware e software di un sistema grafico. Confidando che molte utili informazioni saranno accessibili dai manuali dei relativi pacchetti applicativi (ad esempio, Photoshop), per motivi di spazio (e di tempo) si � dedicato il solo Capitolo 2 alla grafica raster ed alle tecniche di elaborazione delle immagini. All’interno di questo stesso capitolo vengono anche introdotte le propriet� fondamentali della percezione umana (in fondo le immagini prodotte verranno analizzate e giudicate tramite il sistema visivo umano) e viene trattata l’importante questione (ai fini della visualizzazione e stampa delle immagini) della rappresentazione del colore. Dato che ormai parlando di CG si sottintende la grafica tridimensionale (3D), i capitoli successivi riguarderanno tutti la grafica 3D, che possiamo sintetizzare come il processo che a partire da immagini vettoriali produce immagini raster. Dovendo fare delle scelte limitative sugli argomenti da trattare, si � comunque voluta dare una visione completa delle varie fasi del processo di costruzione (pipeline) di un’applicazione grafica e ci si � invece limitati alla descrizione delle tecniche classiche per ciascun processo di cui essa � costituita. Pi� in dettaglio, nel Capitolo 3 si definisce lo schema di un’applicazione grafica, descrivendo sia gli strumenti necessari che l’architettura di un sistema per la grafica 3D. Nel Capitolo 4, dopo il richiamo di alcuni elementi di geometria (spazi geometrici), si descrivono le trasformazioni di modellazione, mentre nel Capitolo 5 le trasformazioni di vista. Il Capitolo 6 � il cuore di questo testo in quanto descrive l’insieme dei processi (detti globalmente di rendering) che permettono di ottenere in output un’immagine a partire dai modelli che descrivono la scena da sintetizzare. In questo capitolo sono descritti diversi modelli (quelli di illuminazione locale e globale, quelli delle sorgenti luminose e quelli dei materiali) e, avendo scelto di privilegiare la trattazione del rendering, vengono poi fornite le descrizioni di numerose tecniche per ciascuna delle sue fasi principali (shading, scan conversion e determinazione delle superfici visibili). Infine, nei successivi due capitoli (Capitolo 7 e Capitolo 8) si analizzano, rispettivamente, le tecniche di modellazione geometrica e i principali schemi di rappresentazione dei solidi, ai fini della loro modellazione. Infine, il Capitolo 9, che dal titolo sembrerebbe dover fornire le tendenze della CG nel futuro, in realt� tratta esclusivamente dell’image-based modeling e rendering, poich� esso rappresenta un cambiamento radicale, rispetto a quanto descritto nel resto del testo, nelle relazioni tra le immagini, la CG e l’altra importante disciplina nota come Computer Vision. Esempi e figure giocano un ruolo fondamentale in ogni testo didattico, e a maggior ragione in un libro che tratta di informatica e, in particolare, di grafica. Per questo motivo tale testo � molto ricco di immagini. In taluni casi, per�, la stampa a tonalit� di grigio non permette una comprensibilit� immediata e quindi si � fatta la scelta di rendere disponibile del materiale didattico aggiuntivo, costituito da ulteriori esempi e immagini, presso le pagine web (dedicate al corso di Informatica Grafica, che l’Autore sta tenendo presso l’Universit� Politecnica delle Marche) accessibili dall’indirizzo: www.diiga.univpm.it/~zingaretti. Nello scusarmi anticipatamente di eventuali sviste e/o imprecisioni, dovute all’urgenza di giungere in stampa per consentire agli studenti la disponibilit� di un testo di riferimento con i contenuti del programma svolto durante le lezioni del suddetto corso di Informatica Grafica durante questo anno accademico, si consiglia di consultare la presenza di eventuali errata corrige alla pagina del corso. Voglio infine ringraziare mia moglie Maila e mio figlio Gianluca, a cui questa opera � dedicata, per non aver ostacolato in alcun modo, pur avendone i motivi, visto il tempo loro sottratto, la realizzazione di questo testo.
Primo Zingaretti � docente presso l'Universit� Politecnica delle Marche.