Mappe del colore e rimozione delle ombre: applicazioni di una tecnica

I modelli digitali mappati con texture del colore riflesso (o apparente) ottenibili mediante l’integrazione fra applicativi fotogrammetrici e di modellazione sono caratterizzati da una serie di importanti limitazioni che ne impediscono il pieno sfruttamento e soprattutto un efficace impiego all’interno di motori di rendering finalizzati alla produzione di immagini foto-realistiche. Nel caso di superfici diffusive, il problema principale è dovuto alla presenza di ombre che, mappate sulla superficie del modello, alla stregua di altre informazioni cromatiche finiscono per generare effetti conflittuali o ridondanti rispetto al prodotto del calcolo eseguito dal motore di rendering. Le ombre incluse nelle texture del colore costituiscono quindi un forte elemento di limitazione all’uso generalizzato di modelli digitali sia a fini di documentazione che di divulgazione, a meno di non relegare tali asset tridimensionali ad un ruolo meramente illustrativo e privo di quella generalità che costituisce l’elemento di forza dei modelli 3D, impiegabili in molteplici operazione di simulazione del reale. Esistono attualmente diversi studi improntati alla rimozione delle ombre da immagini fotografiche oppure direttamente dalle texture del colore applicate ai modelli sulla base di sistemi di riferimento (u,v). A seconda dei casi, diversi algoritmi sono stati sviluppati per individuare i confini delle aree in ombra ed applicare automaticamente delle correzioni finalizzate ad omogeneizzare radiometricamente l’intera immagine. Diversi applicativi sviluppati per la generazione di texture da applicare a modelli digitali a basso dettaglio (CrazyBump, ShaderMap, ecc.) offrono strumenti finalizzati all’attenuazione delle zone in ombra, ma non sono in grado di eliminare totalmente la presenza di ombre nette. La tecnica alternativa che si intende illustrare nel contributo - a differenza di quelle appena menzionate - si basa sulla combinazione di tecniche di pre-trattamento delle immagini da applicare ai modelli 3D che, insieme a soluzioni di baking (o render-to-texture), permettono di integrare texture ottenute proiettando sul modello set di foto caratterizzati da correzioni radiometriche differenti, ma funzionali all’eliminazione dell’effetto “doppia ombra”. Attraverso un’immagine ad alto rango dinamico che incamera la soluzione dell’illuminazione ambientale è infatti possibile eseguire un trattamento sulle texture del colore apparente da applicativi Structure from Motion, che porta ad una consistente riduzione dell’effetto innaturale di moltiplicazione dell’intensità delle ombre nelle zone scarsamente illuminate dei modelli digitali. Questa tecnica di shadow removal è stata oggetto di un’estesa sperimentazione condotta sia su edifici storici che in ambito archeologico: in entrambi i casi sono stati scelti materiali costruttivi caratterizzati da comportamento ottico di tipo lambertiano (materiali lapidei, laterizi, malte, ecc.), fotografati in condizioni di illuminazione controllata.