Dalla texture del colore apparente alla BRDF delle superfici dei mosaici: il caso di studio della pavimentazione del Duomo di Ravenna

La determinazione della funzione che definisce la distribuzione della riflettanza è un aspetto cruciale nella simulazione del rapporto luce-materiali attraverso immagini di rendering. Una volta conosciuti i parametri della bidirectional reflectance distribution function, o BRDF, da associare ad un modello digitale 3D è possibile inserirlo all'interno di un motore di rendering e simularne condizioni di illuminazione differenti ed indipendenti rispetto alle condizioni di ambientali presenti al momento dell’acquisizione. Per rendere un modello digitale compatibile rispetto a qualsiasi condizione di illuminazione virtuale è necessario stimare una serie di valori che nell'ambito dei programmi di computer grafica sono associati ad una serie di proprietà mutuamente legate le une con le altre (colore diffuso, specularità, riflessione, glossiness) in modo da ottemperare ad alcune leggi fisiche fondamentali che stanno alla base della riproduzione foto-realistica della realtà. Tali regole che sono il fondamento di quello che attualmente ha preso il nome di Physically-Based Rendering, o PBR, riguardano in primo luogo la conservazione dell’energia, il principio della reciprocità di Helmholtz, e la variazione della riflessione speculare e perfetta (mirror reflection) compatibilmente con l’effetto Fresnel. Negli ultimi anni il settore della modellazione basata su immagini ha subito un forte sviluppo grazie alle automazioni provenienti dal settore della computer vision ed in tal senso molti problemi legati alla reality based modelling hanno trovato un’evidente semplificazione in particolare per ciò che riguarda il problema della mappatura del colore riflesso (o apparente) su modelli digitali ad alto dettaglio. Da un lato la sempre maggior flessibilità e potenza dei motori di rendering e delle impostazioni legate alla BRDF, dall'altro la forte semplificazione nell’ottenimento di modelli 3D mappati con texture del colore apparente, sembrano oggi aprire nuove possibilità su un settore intrinsecamente interdisciplinare e complesso come il raggiungimento del foto-realismo dei modelli digitali. Ma se da un lato per le superfici approssimabili a lambertiane (diffondenti diffusive) possono essere efficacemente riprodotte, anche sotto il profilo colorimetrico, attraverso, una pipeline di pre-trattamento delle immagini da introdurre in applicativi basati su SfM, altrettanto non è possibile affermare per superfici caratterizzate da comportamenti ottici differenti, come accade nel caso dei mosaici. La preziosa pavimentazione del Duomo di Ravenna, formata da una interessante compresenza di ricercati ed eterogenei materiali, è stata scelta per eseguire una serie di sperimentazioni finalizzate alla conversione delle texture del colore apparente in un insieme di immagini (RGB e HDR) in grado di conferire ad un unico modello 3D la varietà dei comportamenti ottici ad esso relativi: tessere di mosaico in pasta vitrea, foglia d’oro e marmi di diversa tipologia.