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Dinosaurs and Cinema 4D

Tag: Resources (art.198 - 2016-07-20 09:32:03)
Link: http://www.c4dhotline.com/articles/?article=198
Facebook: http://www.facebook.com/cinema4d.italia

La creazione anatomicamente accurata di scheletri di dinosauri per un'esposizione basata su Kinect di Microsoft si è rivelata un lavoro da sogno per Stuart Pond Design.

Per celebrare il 50° anniversario del Natural Environment Research Council del governo inglese (NERC), l’organizzazione ha lanciato un'appello per raccogliere idee per un "progetto di coinvolgimento pubblico", basato su alcune mostre interattive per il "Summer of Science", un'occasione dove le persone potessero confrontarsi e imparare qualcosa. Il NERC ha tenuto la gara d'appalto, dove i progetti più originali avrebbero ricevuto i fondi per la loro realizzazione.




Il Laboratorio di Simulazione Animale dell’Università di Manchester ha proposto di creare una simulazione di dinosauri, che permettesse ai membri del pubblico di controllare gli scheletri di dinosauri 3D. Il sistema utilizza un Kinect dell’Xbox One che legge i movimenti della persona e guida i muscoli nel simulatore, mostrando come si muove una creatura di tale massa e grandezza.


Il progetto è nato dal Dott. Bill Sellers – un primatologo computazionale – che ha richiesto l'appoggio del graphic designer Stuart Pond. Pond ha lavorato per più di 25 anni come artista e animatore, specializzandosi in visualizzazioni scientifiche. Ma Pond aveva inaspettatamente un’altra freccia al suo arco: "Un’altra mia passione è la paleontologia," racconta, “in particolare i dinosauri. Ho avuto la fortuna di poter visitare gli scavi delle badlands nel Montana e ho preso parte a diversi studi sul campo nei deserti dello Utah e dell’Arizona, ma la mia zona preferita per scoprire i dinosauri è l’Isola di Wight! E’ qui che abbiamo trovato i dinosauri e le impronte su cui ho lavorato in questi anni."

Spiega di aver lavorato come ricercatore associato dell’Università del Southampton per un paio d’anni prima di iniziare il suo dottorato. Quest’ultimo (sugli anchilosati del Cretaceo Inferiore di Wealden, nel caso ve lo steste chiedendo) è stato pianificato in modo da poter impiegare nella sua ricerca le abilità acquisite nella creazione di animazioni scientifiche. “Lavorare a questo progetto mi ha permesso di stare a contatto con il team di paleontologi di Manchester, il che è stato un vero piacere e un’ottima esperienza di apprendimento, perchè ho potuto impiegare la mia passione per il 3D con cui mi cimento quotidianamente come artista.”



“Ho utilizzato Cinema 4D sin da quando è stato portato su Mac" aggiunge. “L’ho scelto sia per i lavori commerciali che per la ricerca. E’ importante che il mio dottorato di ricerca contribuisca al mio lavoro quotidiano, perchè essere uno scienziato oltre che un artista mi permette di comunicare con efficacia con i medici-scienziati con cui collaboro, e mi ha aiutato a sviluppare le mie abilità di ricerca. Acquisire nuove capacità è essenziale, sia per gli artisti sia per gli scienziati, e sono abbastanza fortunato da poter fare entrambe le cose. Arte e scienza sono una combinazione portentosa!"



La simulazione dei dinosauri viene guidata da una versione modificata del sistema multi-body dinamico GaitSym, sviluppato dal Dott. Sellers. E’ un programma di modellazione dinamica avanzata che permette all’utente di applicare le forze allo scheletro per poi utilizzare un motore fisico per calcolarne il movimento. Nel caso del GaitSymKinect, viene utilizzato l’input dato dai movimenti dell’utente applicato ai modelli 3D di dinosauri, con l’intento di mostrare la fisica in tempo reale e per aiutare a capire come potessero muoversi questi animali.



Una volta ricevuto il permesso dal NERC, la prima cosa da fare era creare dei modelli 3D di alta qualità di diversi scheletri di dinosauro. Pond è stato contattato dalla Dott.sa Charlotte Brassey (che lavora con il Dott. Sellers) che gli ha illustrato il concept alla base del progetto. Dopo essersi incontrati per discutere i dettagli, Pond si è messo al lavoro modellando gli scheletri. 


“Uno dei punti chiave era realizzare dei modelli il più possibile accurati" spiega, “dato che andava applicato un rigging con muscoli virtuali. Avevamo anche bisogno di mantenere il conteggio dei poligoni più basso possibile in modo che il software potesse animare in tempo reale, e inoltre i modelli dovevano essere adatti alla stampa 3D. Tutte le ossa sono state modellate da zero e in scala perfetta con Cinema 4D."
Prima di iniziare il lavoro, Pond ha raccolto diversi dati dal LIDAR e da alcune scansioni fotogrammetriche, facendo riferimento anche alla letteratura scientifica e all’osservazione diretta di fossili e calchi. “Uno scheletro ha moltissime ossa e ognuna di esse andava osservata individualmente per assicurarsi di modellarla in modo corretto,” dice. “Modellare delle strutture organiche è già una sfida di per sé e questo mi ha incoraggiato a pensare alla forma di ciascun osso prima di iniziare a lavorarci."



Pond è partito con l’abbozzare la forma di ciascun osso in Cinema 4D, usando il minor numero di poligoni possibile. La forma di base è quindi stata portata in ZBrush con cui Pond ha scolpito i dettagli prima di usare zRemesher per eseguire la ri-topologia della mesh. Questa è stata poi riportata in Cinema 4D attraverso il ponte GoZ, per poter utilizzare gli strumenti per lo sculpting nativi, e dove poi ogni scheletro è stato assemblato prima di esportare il tutto come file FBX per l’utilizzo in GaitSym.



“Ho fatto così perchè gli strumenti per lo sculpting di ZBrush sono veloci e facili da usare," spiega, “e penso che il workflow dello sculpting e della modellazione simmetrica siano molto più intuitivi in ZBrush. Questo è di importanza vitale se ad esempio si deve creare il cranio di un dinosauro. Ad ogni modo, ho utilizzato gli strumenti per lo sculpting di Cinema 4D per sistemare molti modelli, in particolare le vertebre, dato che portarle una per una in ZBrush richiedeva troppo tempo. Ho apprezzato la possibilità di potermi muovere liberamente tra le due applicazioni: questo è molto importante quando devi stabilire un workflow per qualsiasi progetto che include molta modellazione."



La maggior parte delle ossa è stata scolpita separatamente, anche se Pond ammette che alcune delle vertebre sono state semplicemente adattate da alcuni modelli “master”: “Queste ossa sono ripetute varie volte all’interno dello scheletro e anche se ogni osso è unico, ci sono alcune caratteristiche comuni che si possono sfruttare. In questi casi modellavo una cervicale, una dorsale e magari due o tre tipi di caudali per poi adattare quelle nel mezzo con gli strumenti per lo sculpting di Cinema 4D."



Anche il set di strumenti MoGraph di Cinema 4D è entrato in gioco, per duplicare e posizionare ossa simili come le vertebre, il che ha risparmiato a Pond ore di lavoro. “Ho duplicato e scalato le varie parti della colonna vertebrale (per esempio, le vertebre della coda) usando MoGraph, convertendole poi in mesh, regolando lo sculpting e la posizione come necessario. Nel caso dell’Edmontonia ho usato MoGraph per gran parte dell’armatura — dato che molti degli osteodermi (placche ossee o squame) hanno più o meno la stessa forma — riposizionandoli poi a mano."
Nel complesso, Pond ha creato più o meno 210 ossa per ognuno dei 6 dinosauri, impiegando circa 3 giorni per ogni modello. L’Edmontonia corazzato ha richiesto più tempo perchè comprendeva 178 punte e placche in più. “Ad ogni modo, ne è valsa la pena perchè è davvero fantastico,” aggiunge.

GaitSymKinect e tutte le mesh degli scheletri sono disponibili per il download al link http://www.animalsimulation.org, così potete testarli voi stessi con Cinema 4D. E nonostante siano stati usati per visualizzazioni in tempo reale, sono sorprendentemente ad alta risoluzione. "GaitSym è più che capace nel gestire modelli con un tale (e anche maggiore) numero di poligoni," spiega Pond. “Volevamo che questi modelli fossero più utili possibile per gli altri ricercatori, quindi la densità delle mesh è stata mantenuta più bassa possibile conservando comunque l’accuratezza scientifica."

Chiaramente, la combinazione di arte e scienza si è rivelata un progetto ideale per Stuart Pond Design, reso ancor più speciale perchè la sua creazione ha preso vita all’interno del software GaitSym. “E’ sempre un piacere vedere usato il proprio lavoro in qualsiasi situazione, e in questo caso è davvero soddisfacente sapere che si possono ricavare dati reali da queste mesh. GaitSym è un software eccezionale e sono davvero felice nel vedere che i modelli lavorano come avevamo pianificato, sia nella versione Kinect, che permette agli utenti di controllare i dinosauri, sia nella versione che Bill utilizza per il lavoro biomeccanico. E’ grandioso anche il fatto che siano belli quando vengono stampati in 3D – adoro l’idea che qualcuno possa stampare un Tirannosauro Rex a grandezza naturale se ne ha voglia!"

Steve Jarratt è un giornalista appassionato di CG e di tecnologia con base nel Regno Unito.

Immagini fornite per gentile concessione di Stuart Pond Design.

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