Per computer-generated imagery (dall'inglese; in sigla CGI) s'intendono nel campo della computer grafica e in specie in quella 3D le immagini generate al computer per la resa degli effetti speciali digitali nei film, in televisione, negli spot commerciali, nei videogiochi di simulazione e in tutte le applicazioni di grafica visiva. Quando vediamo un film in CGI ci sembra un film con attori e oggetti in carne ed ossa: solo che i personaggi hanno sempre un aspetto cartoonesco. Spesso il CGI viene utilizzato anche per film con attori reali, in particolare per la creazione di mostri o personaggi fittizi, al fine di rimanere fedeli al personaggio originale, come nel genere fantasy e horror.
Descrizione La vettorializzazione di un'immagine è il processo che consente ad un'immagine bidimensionale digitalizzata di essere gestita in ogni tipo di vista tridimensionale. Nell'ambito della animazione, sul finire degli anni ottanta questo processo ha portato una vera e propria rivoluzione nella realizzazione dei cartoni animati, principalmente per il fatto che l'animazione non doveva più avvenire attraverso il montaggio su pellicola dei vari fotogrammi, ma essendo proveniente da immagini già digitali, essa poteva essere gestita direttamente al computer.
Immagini statiche e paesaggi Non solo le immagini animate fanno parte delle immagini generate al computer; I paesaggi dall'aspetto naturale (come i paesaggi frattali) vengono generati anche tramite algoritmi informatici. Un modo semplice per generare superfici frattali è usare un'estensione del metodo della mesh triangolare, basandosi sulla costruzione di qualche caso speciale di una curva di de Rham, ad esempio lo spostamento del punto medio. Ad esempio, l'algoritmo può iniziare con un triangolo grande, quindi ingrandire ricorsivamente dividendolo in quattro triangoli di Sierpinski più piccoli, quindi interpolare l'altezza di ogni punto dai suoi vicini più vicini. La creazione di una superficie browniana può essere ottenuto non solo aggiungendo rumore quando vengono creati nuovi nodi, ma aggiungendo ulteriore rumore a più livelli della mesh. Così una mappa topografica con diversi livelli di altezza può essere creata usando algoritmi frattali relativamente semplici. Alcuni frattali tipici e facili da programmare usati in CGI sono il frattale del plasma e il frattale di faglia più drammatico.
Molte tecniche specifiche sono state ricercate e sviluppate per produrre effetti generati dal computer altamente focalizzati; ad esempio, l'uso di modelli specifici per rappresentare l'alterazione chimica delle pietre per modellare l'erosione e produrre un "aspetto invecchiato" per una data superficie a base di pietraDigital modeling of material appearance by Julie Dorsey, Holly Rushmeier, François X. Sillion 2007 page 217.
Scene architettoniche Gli architetti moderni utilizzano i servizi delle aziende di computer grafica per creare modelli tridimensionali sia per i clienti che per i costruttori. Questi modelli generati dal computer possono essere più accurati dei disegni tradizionali. L'animazione architettonica (che fornisce filmati animati degli edifici, oppure immagini interattive) può essere utilizzata anche per vedere la possibile relazione che un edificio avrà in relazione all'ambiente e agli edifici circostanti. Il rendering di spazi architettonici senza l'uso di strumenti come matita e carta è oggi una pratica ampiamente accettata con una serie di sistemi di progettazione architettonica assistita da computer.
Gli strumenti di modellazione architettonica consentono a un architetto di visualizzare uno spazio ed eseguire "walk-through" in modo interattivo, fornendo così "ambienti interattivi" sia a livello urbano che a livello di edificioInteractive environments with open-source software: 3D walkthroughs by Wolfgang Höhl, Wolfgang Höhl 2008 pages 24-29. Applicazioni specifiche in architettura non includono solo le specifiche delle strutture edilizie (come muri e finestre) e passaggi pedonali, ma anche gli effetti della luce e il modo in cui la luce solare influenzerà un progetto specifico in diversi momenti della giornataAdvances in Computer and Information Sciences and Engineering by Tarek Sobh 2008 pages 136-139.
Gli strumenti di modellazione architettonica sono ora diventati sempre più basati su Internet. Tuttavia, la qualità dei sistemi basati su Internet è ancora inferiore a quella dei sofisticati sistemi di modellazione interniEncyclopedia of Multimedia Technology and Networking, Volume 1 by Margherita Pagani 2005 page 1027.
In alcune applicazioni, le immagini generate al computer vengono utilizzate per "decodificare" edifici storici. Ad esempio, una ricostruzione generata dal computer del monastero di Georgenthal in Germania è stata ricavata dalle rovine del monastero, ma fornisce allo spettatore un "aspetto e una sensazione" di come sarebbe stato l'edificio ai suoi tempiInterac storytelling: First Joint International Conference by Ulrike Spierling, Nicolas Szilas 2008 pages 114-118.
Modelli anatomici
I modelli generati dal computer utilizzati nell'animazione scheletrica non sono sempre anatomicamente corretti. Tuttavia, organizzazioni come lo Scientific Computing and Imaging Institute hanno sviluppato modelli computerizzati anatomicamente corretti. I modelli anatomici generati dal computer possono essere utilizzati sia per scopi didattici che operativi. Ad oggi, un grande numero di immagini mediche prodotte dagli artisti continuano ad essere utilizzate dagli studenti di medicina, come le immagini di Frank H. Netter, ad esempio le immagini cardiache. Tuttavia, stanno diventando disponibili numerosi modelli anatomici online.
Una radiografia di un singolo paziente non è un'immagine generata da computer, anche se digitalizzata. Tuttavia, nelle applicazioni che implicano scansioni TC, un modello tridimensionale viene automaticamente prodotto da molti raggi X a sezione singola, producendo "immagini generate al computer". Le applicazioni che coinvolgono la risonanza magnetica mettono insieme anche una serie di "istantanee" (in questo caso tramite impulsi magnetici) per produrre un'immagine interna composita.
Nelle moderne applicazioni mediche, i modelli specifici del paziente sono costruiti in "chirurgia assistita da computer". Ad esempio, nella protesi totale del ginocchio, la costruzione di un modello dettagliato specifico per il paziente può essere utilizzata per pianificare attentamente l'interventoTotal Knee Arthroplasty by Johan Bellemans, Michael D. Ries, Jan M.K. Victor 2005 pages 241-245. Questi modelli tridimensionali vengono solitamente estratti da più scansioni TC delle parti appropriate dell'anatomia del paziente. Tali modelli possono essere utilizzati anche per la pianificazione degli impianti della valvola aortica, una delle procedure comuni per il trattamento delle malattie cardiache. Dato che la forma, il diametro e la posizione delle aperture coronariche possono variare notevolmente da paziente a paziente, l'estrazione (dalle scansioni TC) di un modello che assomiglia molto all'anatomia valvolare di un paziente può essere molto utile nella pianificazione della proceduraI. Waechter et al. Patient Specific Models for Minimally Invasive Aortic Valve Implantation in Medical Image Computing and Computer-Assisted Intervention -- MICCAI 2010 edited by Tianzi Jiang, 2010 pages 526-560.
Immagini di stoffa e pelle
I modelli di stoffa generalmente si dividono in tre gruppi:
La struttura geometrico-meccanica all'incrocio del filo La meccanica dei fogli elastici continui I tratti geometrici macroscopici del tessutoCloth modeling and animation by Donald House, David E. Breen 2000 page 20.
Ad oggi, far piegare automaticamente in modo naturale gli abiti di un personaggio digitale rimane una sfida per molti animatoriFilm and photography by Ian Graham 2003 page 21.
Oltre al loro utilizzo nei film, nella pubblicità e in altre modalità di visualizzazione pubblica, le immagini di abbigliamento generate al computer sono ora utilizzate di routine dalle migliori aziende di fashion designDesigning clothes: culture and organization of the fashion industry by Veronica Manlow 2007 page 213.
La sfida nel rendere le immagini della pelle umana coinvolge tre livelli di realismo:
Realismo fotografico che assomiglia a una pelle reale a livello statico Realismo fisico nell'assomigliare ai suoi movimenti Realismo funzionale nel somigliare alla sua risposta alle azioniHandbook of Virtual Humans by Nadia Magnenat-Thalmann and Daniel Thalmann, 2004 pages 353-370.
Le caratteristiche visibili più fini come rughe sottili e pori della pelle hanno una dimensione di circa 100 µm o 0,1 millimetri. La pelle può essere modellata come una funzione di trama bidirezionale a 7 dimensioni (BTF) o una raccolta di funzione di distribuzione della diffusione bidirezionale (BSDF) sulle superfici del bersaglio.
Simulazione e visualizzazione interattive La visualizzazione interattiva è il rendering di dati che possono variare dinamicamente e che consente a un utente di visualizzare i dati da più prospettive. Le aree di applicazione possono variare in modo significativo, dalla visualizzazione dei modelli di flusso in fluidodinamica a specifiche applicazioni di progettazione assistita da computerMathematical optimization in computer graphics and vision by Luiz Velho, Paulo Cezar Pinto Carvalho 2008 page 177. I dati resi possono corrispondere a scene visive specifiche che cambiano quando l'utente interagisce con il sistema - ad es. I simulatori, come i simulatori di volo, fanno ampio uso di tecniche CGI per rappresentare il mondoGPU-based interactive visualization techniques by Daniel Weiskopf 2006 pages 1-8.
A livello astratto, un processo di visualizzazione interattiva coinvolge una "pipeline di dati" in cui i dati grezzi vengono gestiti e filtrati in una forma che lo rende adatto per il rendering. Questo è spesso chiamato "dati di visualizzazione". I dati di visualizzazione vengono quindi mappati in una "rappresentazione di visualizzazione" che può essere inviata a un sistema di rendering. Questa è solitamente chiamata "rappresentazione renderizzabile". Questa rappresentazione viene quindi renderizzata come un'immagine visualizzabile. Quando l'utente interagisce con il sistema (ad esempio utilizzando i controlli del joystick per cambiare la propria posizione all'interno del mondo virtuale) i dati grezzi vengono inviati attraverso la pipeline per creare una nuova immagine renderizzata, spesso facendo dell'efficienza computazionale in tempo reale una considerazione chiave in tali applicazioniTrends in interactive visualization by Elena van Zudilova-Seinstra, Tony Adriaansen, Robert Liere 2008 pages 1-7.
Animazione al computer Mentre le immagini di paesaggi generate al computer possono essere statiche, l'animazione al computer si applica solo alle immagini dinamiche che assomigliano a un film. Tuttavia, in generale, il termine animazione al computer si riferisce a immagini dinamiche che non consentono l'interazione dell'utente e il termine mondo virtuale viene utilizzato per gli ambienti animati interattivi.
L'animazione al computer è essenzialmente un successore digitale dell'arte dell'animazione in stop motion di modelli 3D e dell'animazione fotogramma per fotogramma delle illustrazioni 2D. Le animazioni generate al computer sono più controllabili rispetto ad altri processi più basati sulla fisica, come la costruzione di miniature per riprese con effetti o l'assunzione di extra per scene di folla, e perché consente la creazione di immagini che non sarebbero realizzabili utilizzando altre tecnologie. Può anche consentire a un singolo artista grafico di produrre tali contenuti senza l'uso di attori, scene costose o oggetti di scena.