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Making of – stop motion animation: faceset in stampa 3D

Con questo articolo inauguriamo la nostra collaborazione con Francesco La Trofa e il portale Treddi.com, da oltre dieci anni punto di riferimento in Italia per la computer grafica 3D.

Sviluppare innovazione e tecnologia 3D in ambiti fortemente tradizionali, in cui prevale la componente analogica, rappresenta una sfida continua, resa affascinante dalle infinite potenzialità espressive concesse dalla dimensione artistica dei progetti. Nell’industria cinematografica i capolavori firmati Laika Entertainment, quali Coraline, Paranorman o il più recente The Boxtrolls dimostrano come la stop motion animation sia più viva che mai, grazie ad una nicchia artistica che le ha consentito di reggere l’onda d’urto delle enormi produzioni interamente sviluppate in computer grafica.

Protocube, azienda torinese da ormai dieci anni attiva nell’ambito dell’innovazione, ha definito un workflow specifico per garantire agli animatori stop motion una serie di modelli interamente stampati in 3D.

Vedremo in particolare in cosa consiste la creazione del faceset, la parte cruciale, quella che definisce le espressioni facciali del personaggio, rendendo possibile la sua animazione in qualsiasi contesto narrativo.

Il workflow strutturato da Protocube per la realizzazione del faceset è un procedimento piuttosto complesso, che comporta l’alternarsi di fasi creative e tecniche effettuate utilizzando diversi software 3D. Risultato di un processo di ricerca e sviluppo che ha valorizzato le conoscenze ed il know how maturato dall’azienda in altri settori.

1 – REFERENCE DEL CHARACTER

Nella realizzazione di un faceset, la fase di ricerca e selezione delle reference si rivela decisiva, in quanto consente di rendere chiari e ben definiti quei tratti caratteristici che rendono riconoscibile un personaggio. Nel caso di un character noto al grande pubblico, non si può prescindere dall’esatta corrispondenza tra l’illustrazione ed il suo omologo tridimensionale.

presentazione_ddd_rev02
La ricerca relativa al personaggio nelle varie situazioni porta alla creazione di un primo modello 3d “neutro”, un previz sulla base del quale si procede ad articolare tutte le espressioni del faceset

2 – LA DEFINIZIONE DEL FACESET

L’attento studio delle reference e della sceneggiatura consente all’art director di definire una matrice contenente tutte le situazioni necessarie ai fini dell’animazione.

2img_A - faceset project
Il costante confronto tra i technical td e l’art director consente di concordare l’intero faceset modellato in 3d, che diventa la base per l’ingegnerizzazione e la stampa 3d

3 – L PROGETTO DEL SISTEMA MODULARE

Durante la definizione del set di ripresa, la testa del personaggio solitamente viene fissata su uno scheletro tradizionale, vestito da parti modellate manualmente.

Questa distinzione torna utile per chiarire il principale vantaggio derivato dall’utilizzo della stampa 3D per il faceset. Mentre il corpo sostanzialmente non cambia, il volto del personaggio è interessato da una tale quantità di variazioni che renderebbe molto lungo e dispendioso un procedimento di modellazione tradizionale. Con possibili limitazioni riguardo il numero di espressioni riproducibili.

Protocube ha implementato un sistema composto da tre parti, sulla base delle specifiche richieste fornite dagli animatori:

1- Testa – dotata dei supporti per le parti mobili, con o senza mezzobusto

2- Occhi – a sgancio rapido sul sistema di magneti integrato nella testa

3- Volto – articolato in uno o più parti, per ottimizzare il numero dei pezzi sulla base della varietà e della complessità delle espressioni del personaggio

TIPS – AGGANCIO MAGNETICO

I magneti permettono di sostituire le parti in modo semplice, assicurando la perfetta tenuta in fase di movimentazione

La scelta dei magneti è importante. L’utilizzo di pezzi dotati di una potenza impropria potrebbe infatti danneggiare i componenti più sottili

 

3img_A - paranorman puppet
Confronto tra il frame ed il modello completo del puppet di Norman Babcock, protagonista del celebre lungometraggio Paranorman, prodotto da Laika Entertainment e distribuito da Universal Studios. Credits Laika, LLC, all rights reserved
"FRANKENWEENIE"   (Pictured) Animator, Jens Gulliksen, animating Victor on the Pet Cemetery set. Ph: Leah Gallo  ©2011 Disney Enterprises, Inc.  All Rights Reserved.
L’animatore Jens Gulliksen alle prese con la preparazione del set di Frankenweenie, in particolare della scena di Victor al cimitero. Photo: Leah Gallo ©2011 Disney Enterprises, Inc. All Rights Reserved.

3img_C - headset 1

Il sistema di headset progettato da Protocube per consentire agli animatori di ottimizzare il processo di animazione delle espressioni del puppet
Il sistema di headset progettato da Protocube per consentire agli animatori di ottimizzare il processo di animazione delle espressioni del puppet

4 – MODELLAZIONE E UV-TEXTURING IN BLENDER

Tutte le fasi della modellazione sono implementate in Blender, celebre soluzione open source che sta trovando una diffusione sempre più capillare nelle applicazioni finalizzate alla stampa 3D. Il modello comprende tutte le parti strutturali ed estetiche della testa. La necessità di gestire un grande numero di variazioni su una base comune trova una soluzione molto efficace mediante l’utilizzo delle “shape keys” di Blender.

Sempre in Blender sono state create le UV ed è stato gestito il texturing dei modelli, successivamente esportati in Rhinoceros.

Tutte le fasi di creazione vengono accompagnate da un’attenta operazione di controllo di coerenza tra il modello e la reference originale.

TIPS – BLENDER “SHAPE KEYS”

Letteralmente: “chiavi di forma”. Permettono la memorizzazione di forme relative a partire da una mesh di base

Le shape keys si rivelano preziosissime quando si tratta di gestire facilmente l’elevato numero di combinazioni che le espressioni vanno a definire. Le singole espressioni non vengono infatti ricreate ad una ad una, sono ottenute “mixando” le specifiche pose per i diversi elementi (contorno occhi, bocca, sopracciglia, ecc.)

4img_A - blender - modelling
Blender è un software open source in grado di competere in termini di produttività con le più note soluzioni commerciali, rispetto alle quali spesso si rivela più flessibile e “moderno” nella concezione, grazie allo sviluppo diretto da parte dei propri utilizzatori. I tool di modellazione presenti in Blender consentono di gestire agilmente progetti molto complessi
4img_B - uv texturing
Ad ogni espressione corrisponde una mappa bidimensionale, ottenuta mediante il painting digitale di ogni dettaglio. La preventiva definizione delle coordinate di mappatura (uv) consente alla texture di adattarsi perfettamente sul modello tridimensionale. La creazione delle mappe è possibile attraverso differenti flussi di lavoro. Ormai quasi tutti i principali software di creazione 3D, tra cui ovviamente Blender, consentono il cosiddetto 3d painting. E’ possibile utilizzare gli strumenti brush operando direttamente sulla mesh. La mappa viene comunque salvata separatamente rispetto alla mesh.

 

4img_C - blender shape keys
Utilizzando “shape keys” Blender può agevolmente combinare una serie di situazioni riducendo enormemente i tempi di sviluppo, se paragonati a quelli che sarebbero necessari a modellare tutte le risultanti
4img_D - consistency check
Il risultato della modellazione e delle prove di stampa è oggetto di un costante controllo di coerenza con le reference illustrate del personaggio

5 – LA RIFINITURA DELLE SUPERFICI IN RHINOCEROS

Il modello definito in Blender viene esportato in formato VRML e successivamente importato in Rhinoceros. La definizione del tagli richiede un’attenzione molto specifica sia in previsione del processo di stampa 3D che della successiva gestione dei pezzi durante le fasi di animazione.

Grazie ai suoi tool di gestione delle superfici, Rhino è stato utilizzato per la definizione delle frontiere di taglio e per l’ottimizzazione dello spessore di tutte le superfici da stampare.

TIPS – IL FORMATO VRML

Per tutte le procedure di interscambio file tra i vari software è stato scelto il formato VRML, una scelta che potrebbe apparire singolare dal momento che viene considerato obsoleto, almeno in merito ai contenuti per cui era stato programmato

Nello specifico di questo flusso di lavoro, sulla base di test molto mirati, il VRML è risultato il formato file più efficace per conservare le informazioni relative alla geometria e alla mappatura delle texture

5img_A - rhinoceros
McNeel Rhinoceros, giunto alla versione 5 sia per Windows che per Mac oS X, è un software di modellazione NURBS diventato ben presto un punto di riferimento nella creazione e nella gestione di progetti finalizzati alla stampa 3d. Una delle ragioni che lo rendono particolarmente apprezzato dalla community è l’ampia disponibilità di plug-in, che consentono di verticalizzarlo in tantissimi ambiti della progettazione. Il più noto tra i suoi plug-in è probabilmente Grasshopper, autentico “must-have” per chiunque si occupi di forme basate su algoritmi generativi

6 – L’OTTIMIZZAZIONE CON MAGICS

L’ultima operazione a precedere l’invio dei dati alla stampante 3D consiste nell’ottimizzazione delle matematiche.

Esistono molti software con cui effettuare questo genere di operazioni. Al di là delle alternative commerciali, vi è un’ampia forbice a livello di esigenze, dipendenti dalle caratteristiche e dalla complessità di ogni progetto.

La scelta è ricaduta su Materialise Magics.

Il controllo delle tolleranze e la verifica generale delle geometrie consente di lavorare con assoluta precisione, evitando quelle spiacevoli sorprese che metterebbero a rischio il rispetto di scadenze di consegna molto serrate.

Magics si rivela un’ottima soluzione per un’ampio range di situazioni ed è stato utilizzato da Protocube per gestire progetti anche estremamente complessi, in svariati ambiti produttivi.

6img_A - magics
Materialise Magics è dotato di un “STL editor” che consente di ottimizzare con procedure semplici ed immediate la matematica di qualsiasi modello finalizzato alla stampa 3D. La capacità con cui riesce ad individuare e risolvere in automatico i difetti presenti nelle mesh è a dir poco sorprendente, così come la sua capacità di intervenire sulla stessa con tagli, booleane ed altre operazioni ricorrenti nella modellazione solida

 

7 – STAMPA 3D DEI PEZZI E ASSEMBLAGGIO FINALE DEL FACESET

In relazione alla dimensione, alla finitura e al numero delle parti da stampare (tra i 50 e i 100 pezzi, a seconda del progetto, NdR), Protocube ha scelto di avvalersi di una delle stampanti 3DSystems ZPrinter 650 presenti all’interno della propria struttura.

L’impiego della tecnologia sandstone offre la possibilità di ottenere una stampa full color. Il pezzo grezzo deve soltanto essere perfezionato mediante semplici procedure di post produzione.

L’assemblaggio finale dei vari componenti consiste nel fissaggio dei magneti e nell’ultima e decisiva verifica di coerenza estetica.ì

Fase di pulizia dei pezzi stampati mediante tecnologia sandstone
Fase di pulizia dei pezzi stampati mediante tecnologia sandstone
Confronto tra un pezzo appena uscito dalla stampa ed uno sottoposto ad una fase di post produzione
Confronto tra un pezzo appena uscito dalla stampa ed uno sottoposto ad una fase di post produzione
Un'attenta fase di ricerca e ottimizzazione consente operazioni di montaggio semplici e rapide sui componenti finali del progetto.
Un’attenta fase di ricerca e ottimizzazione consente operazioni di montaggio semplici e rapide sui componenti finali del progetto.
i componenti finali vengono sottoposti ad una verifica estetica per avere l'assoluta certezza i dettagli di forma e colore siano coerenti siano coerenti con la reference e per escludere divergenze tra i singoli pezzi che sarebbero altrimenti evidenti soltanto dopo il montaggio dell'animazione
i componenti finali vengono sottoposti ad una verifica estetica per avere l’assoluta certezza i dettagli di forma e colore siano coerenti siano coerenti con la reference e per escludere divergenze tra i singoli pezzi che sarebbero altrimenti evidenti soltanto dopo il montaggio dell’animazione

 

GLOSSARIO STOP MOTION

STOP MOTION ANIMATION – tecnica di ripresa cinematografica: una serie di fotogrammi di un oggetto prodotti uno alla volta e successivamente montati in sequenza per creare un’animazione.

PUPPET ANIMATION – tecnica di animazione di pupazzi, marionette, fantocci, giocattoli, bambole di carta, modellini, realizzata in uno specifico set di ripresa.

FACESET – set delle espressioni facciali del personaggio, che corrispondono al suo stato d’animo.

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