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Produzione massiva di modelli 3D per il Virtual Store

Davide Borra ( NoReal.it - Torino - Italy) Abstract — La crescente tendenza ad utilizzare strumenti di progettazione o validazione visuale, basati sempre più sull'uso di

piattaforme 3D realtime, accresce la domanda di replica virtuale del proprio parco prodotti. Partendo dalle aziende produttrici, fino al

supermercato in ogni sua conformazione possibile, stiamo parlando di quantità che si pongono tra le poche centinaia al qualche

migliaio di confezioni, di forma e dimensione diversa, con regole e necessità espositive peculiari. Allo stato dell'arte non vi sono regole

condivise sulle modalità sia di produzione che di utilizzo dei modelli 3D derivati dai propri prodotti, sia per l'uso interno all'azienda che

per l'eventuale concessione d'uso, ad esempio, al supermercato. All'opposto sono diverse le esperienze prototipali maturate nell'ambito

della replica, modellazione e simulazione virtuale del punto vendita. La vision comune, facilmente condivisibile, è quella di un

supermercato intelligente, in grado di monitorare, prevedere, ottimizzare, consigliare sia l'operatore che il cliente. Il paper vuole

proporre, in forma non esaustiva, lo stato dell'arte della produzione massiva di modelli 3D per il virtual retail, esplorando sia i processi

attualmente utilizzabili per le tecniche manuali che le prime possibilità di modellazione automatica di prossimo avvento.

1) IL TREND

Nell'ultimo quinquennio stiamo assistendo ad

un'accresciuta domanda relativa alla produzione di modelli

3D a basso costo di intere categorie di prodotti “da

scaffale”. L'utilizzo principale dei modelli è legato ad

azioni previsionali che sfruttano strumenti di simulazione

3D real-time, traducendo in elementi visuali i dati analitici

provenienti dalle vendite o dalle previsioni di mercato.

Questo trend segue di pari passo la più generale tendenza

all'appropriazione di strumenti e metodologie simulative

che dalla Difesa, dall'Automotive, dall'Aeronautica e

dall'Ingegneria Spaziale stanno facendo la loro comparsa

nell'ingegneria di prodotto, nei settori manifatturieri e, più

recentemente, anche nella piccola, media e grande

distribuzione. Perché succede adesso? Se è vero che da un

lato vi è il generale abbassamento dei costi degli strumenti

hardware e software, dall'altra si sta diffondendo una

conoscenza almeno basilare del 3D quale strumento utile a

tale scopo. Si potrebbe valutare come il termine rendering

sia entrato ormai nel lessico comune, ma è soprattutto per

una qualche timida maturazione della “filiera del modello

3D” che ci si rende conto di come, anche di fronte a grandi

quantità di prodotti, si possano strutturare integrazioni

simulative che rientrino degli investimenti a breve termine.

L'obiettivo generale rimane, per tutti, il miglioramento

continuo dell'efficacia, dell'efficienza e, come

conseguenza, l'aumento della redditività.

2) L'ESPERIENZA IKEA

Negli anni a cavallo del 2010 lo scrivente è stato

consulente per IKEA IIS, l'azienda del gruppo che cura lo

sviluppo strategico di IKEA nel mondo, e NoReal ha

realizzato il primo gruppo di 600 modelli 3D per testare e

convalidare i processi. Al tempo, IKEA metteva già a

disposizione dei clienti alcuni configuratori 3D (uno su

tutti, quello della cucina) senza, però, aver acquisito una

competenza esaustiva sul ruolo centrale del modello 3D in

azienda. L'obiettivo raggiunto, ed attualmente facilmente

verificabile, è come a distanza di cinque anni circa, IKEA

possegga un solo database 3D che incorpora, ben descritti,

una versione multidettaglio dei propri prodotti, dei corredi

e delle ambientazioni propense ad ospitarli. Da segnalare

come il catalogo IKEA sia composto da circa 20mila

oggetti con un turn-over di circa 6mila prodotti annui. Di

queste migliaia di oggetti si dovevano produrre 4 varianti

ciascuna per forma e svariate varianti in colore e texture.

Ogni oggetto, al fine, si può (e potrà) utilizzare sia per

produrre rendering fotorealistici (il catalogo IKEA è

composto per la quasi totalità di immagini sintetiche), sia

per configurare aree di vendita o intere sezioni (B2B), sia

per valutare nuove varianti (B2B), sia per offrire

configuratori on-line o applicazioni di Augmented Reality

(B2C). Il database 3D così configurato, permette di filtrare

le tipologie di utenza acconsentendo accessi dedicati per

utilizzare il giusto “taglio” di modello 3D a seconda del

device, del software o dell'App data in uso. Un digital

artist IKEA, pertanto, accederà al più alto livello di qualità

dei modelli 3D, mentre l'utente generico accederà al più

basso, così da sfruttare appieno il configuratore on-line sul

sito web. Ventimila modelli in quattro varianti qualitative,

sono stati realizzati in poco più di tre anni. Per contro, i

risparmi economici acquisiti in ogni area della

comunicazione e della logistica, uniti agli strumenti

innovativi dati al marketing, hanno confermato le

previsioni fatte ad inizio progetto di un break even point

entro i 5 anni successivi l'adozione degli strumenti

sviluppati.

3) L'ESPERIENZA LIDL

Diversamente dalle aziende che progettano e producono i

prodotti che vendono, i supermercati (intesi nelle diverse

configurazioni dimensionali) utilizzano strumenti di

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visualizzazione e simulazione 3D per aiutare la

configurazione del punto vendita, sia internamente che

esternamente. LIDL Italia, ad esempio, sfrutta

massicciamente rendering a buon grado di realismo per

comprendere l'efficacia della progettazione interna e della

comunicazione al cliente, ma anche per valutare l'estetica

esterna del punto vendita e l'efficacia della viabilità

circostante. Per un supermercato, i modelli 3D dei

prodotti esposti, non debbono possedere che l'impressione

di verosimiglianza e, soprattutto, sono da considerarsi

sempre unità di confezionamento e non unità singole. Per

LIDL, pertanto, il processo di produzione dei modelli 3D

non si è appoggiato (ancora) a database strutturati, in

quanto l'uso specifico degli output è (ancora)

esclusivamente interno. Nello specifico, si è scelto di

operare con modelli a basso dettaglio qualitativo (low poly

modelling and low quality materials), derivati da processi

di modellazione da fotografia. Le fotografie delle

confezioni, inoltre, sono state prese allestendo un set

fotografico decisamente grossolano, ma comunque

efficace allo scopo.

4) I PLANOGRAMMI di FERRERO e BARILLA

Due altre grandi aziende italiane che hanno puntato sulla

virtualizzazione del proprio catalogo prodotti sono Ferrero

SpA e Barilla SpA, entrambe con almeno due grandi

esigenze in comune. La validazione dell'efficacia visuale

della confezione del prodotto e la validazione

dell'assortimento sull'espositore del supermercato. La

soluzione software scelta (Virtual Planogram di

VirtualWay srl di Torino di cui NoReal è stata fornitrice

dei contenuti 3D) permette una totale configurabilità sia

per quanto riguarda l'espositore, acconsentendone il

disegno ex-novo (lunghezza, larghezza, numero di piani e

loro distanza, ecc..), sia per quanto riguarda l'allestimento

dello stesso. In questo caso si può procedere manualmente,

con tools di assistenza semi-automatici o in modalità

totalmente automatica sulla base di indicatori analitici (ad

es.: vendite ultimo trimestre, ecc..), collegandosi al CRM

aziendale. Diversamente da IKEA e da LIDL la pipeline di

produzione dei modelli ha potuto appoggiarsi a due serie

di elementi favorevoli. La prima: le grafiche delle

confezioni erano fornite su files digitali, prodotti da

agenzie di comunicazione, pertanto si è potuta strutturare

una qual certa serializzazione nella produzione delle

textures. La seconda: la geometria di una buona parte delle

confezioni tendeva a forme geometriche “pure” (ad es.: il

parallelepipedo), acconsentendo alla programmazione di

procedure di modellazione parametrica automatica o semi-

automatica. Le due esigenze, pertanto, hanno potuto

sfruttare modelli 3D sviluppati secondo un solo livello

qualitativo (dettaglio geometrico e qualità dei

materiali/textures) che ha garantito sia l'utilizzabilità in

ambito real-time su computer desk-top di media potenza,

sia una discreta rappresentatività verosimile in caso di

comunicazione web o su carta, in assenza di inquadrature

“strette” sull'oggetto. Barilla, inoltre, ha utilizzato il

sistema anche nel proprio Virtual Reality Center,

proiettandolo a scala reale.

4) INGEGNERIZZARE LA MODELLAZIONE 3D

Le esperienze descritte, pertanto, illustrano come si possa

ingegnerizzare la produzione manuale o semi-automatica

dei modelli 3D, così da renderlo un processo veloce e

validabile. Non vi sono accezioni a questa condizione: il

catalogo IKEA non include solamente mobili squadrati,

misure modulari e forme riconducibili a geometrie

semplici. Gli elementi di corredo, inoltre, comprendono

camicie, asciugamani, vasi con fiori ed una varietà di

espressioni formali tale da mettere a dura prova qualsiasi

esperienza di modellazione 3D. Le “isole” FERRERO

espongono i Rocher avvolti da carta dorata con rugosità

molto irregolari come anche le uova di pasqua addobbati

con grandi fiocchi di garza sintetica colorata.

L'ingegnerizzazione di processo produce risultati efficaci

anche nei casi limite, grazie ad una precisa determinazione

dei desiderata in termini di descrizione geometrica della

forma, descrizione fisica dei materiali e rappresentazione

degli aspetti visuali. Alle caratteristiche intrinseche dei

modelli 3D, si devono aggiungere i metadati che servono

al database che servono al database per far dialogare i

“gestionali” con i modelli 3D. Tali condizioni si possono

descrivere in modo non interpretabile nei documenti che

illustrano, insegnano, affiancano e validano il processo di

produzione dei modelli 3D. Il resto lo fa l'abilità dei

modellatori ed il controllo maniacale dei risultati.

5) MODELLAZIONE AUTOMATICA Tra i processi più interessanti da seguire vi sono quelli di

modellazione automatica, che possiamo distinguere in due

grandi categorie: quelli derivati da algoritmi di

modellazione procedurale e quelli derivati da scansioni 3D

dell'oggetto, con diverse metodologie applicabili.

Nel primo caso si sfrutta ancora l'azione umana del

programmatore, oltre alla necessaria azione di editing delle

grafiche e delle specifiche fisiche dei materiali componenti

il prodotto o la confezione. Il miglior risultato ottenibile lo

si persegue a condizione che vi sia una robusta ripetitività

sia degli elementi formali, che delle modalità di

parametrizzazione dei materiali e della redazione delle

grafiche. Il prodotto o la sua confezione, pertanto, non

deve essere fisicamente presente nello studio di

modellazione.

Nel secondo caso, invece, il prodotto deve esserci in

quanto sottoposto ad una qualche forma di “copia 3D”

automatica, derivata solitamente da scansioni laser o

procedure fotogrammetriche, affiancate da sessioni

fotografiche referenziate alla geometria e/o elaborazione

dei “color-vertex” della nuvola di punti. In entrambi i casi

la promessa (ancora tutta da avverarsi) è che il tempo-

uomo dedicato alla replica virtuale dell'oggetto si riduca

drasticamente, abbattendo di conseguenza i costi di

produzione del 3D.

Nella seconda situazione, inoltre, vi è anche un secondo

parametro utile di valutazione, ovvero l'auspicio che

chiunque potrà fare una copia virtuale di un oggetto

semplicemente premendo il pulsante di start di un qualche

strumento appositamente predisposto, senza la necessità di

ulteriori modifiche. Allo stato dell'arte non è ancora così,

sebbene qualche soluzione faccia ben sperare, come

vedremo nei paragrafi seguenti.

6) GENERAZIONE PROCEDURALE

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Limitando il campo alla modellazione procedurale di tipo

poligonale, il processo vede susseguirsi la generazione di

forme bidimensionali e l'applicazione di “modificatori”

parametrici (estrusione, curvatura, sezione, ecc..) istruiti da

files testuali contenenti i valori dati alle variabili.

L'associazione dei materiali alla forma (o alle parti che la

compongono), avviene sulla base di un archivio già

formato, prediligendo materiali procedurali, essi stessi,

oppure shaders che non necessitano di coordinate di

mappatura esplicite. Le textures, in caso necessitino

quindi, dovranno esse stesse state “normate” in

dimensioni, orientamento e ripetitività. Tale processo è

vincente in presenza di quantità di oggetti simili per forma

e con numerose varianti estetiche, poiché non necessita

dell'oggetto fisico in studio. Software di modellazione

procedurale quali 3DStudio Max o Maya, acconsentono lo

scripting di procedure automatiche associate a files

descrittivi in formato testo o “xml”.

7) SCANSIONE 3D Nate nel campo del rilievo architettonico o del design, gli

scanner laser 3D o a luce bianca o strutturata, hanno

rapidamente offerto soluzioni estremamente efficaci per

precisione, rapidità e interfacciamento con i software di

modellazione virtuale. La nuova generazione di strumenti

affianca al rilievo della forma sia la registrazione

colorimetrica dei punti di scansione (color vertex) sia

l'immagine fotografica georiferita alla superficie

dell'oggetto. Il risultato finale è a tutti gli effetti una copia

“al vero” dell'oggetto, fatte le dovute distinzioni e,

soprattutto, elaborazioni.

Questo perché la scansione produce un grande numero di

punti, dispersi omogeneamente sulla superficie

intercettata, senza alcuna distinzione tra elementi notevoli

e non.

Tali punti, pertanto, dovranno essere “decimati” per

ottenere modelli 3D gestibili in real-time dai software di

simulazione. Discorso a parte per la generazione delle

texture: il processo che converte i “color vertex” in texture

piane, è tanto più efficace quanto densa è la nuvola dei

punti rilevati (quindi dei colori intercettati per unità di

misura). In tal caso, quindi, prima di semplificare il

modello sarebbe necessario generare la texture che dovrà

necessariamente rispettare una qualche traduzione delle

coordinate di mappatura, coerentemente con la

decimazione poligonale. Altro fattore da tenere in

considerazione è la possibilità di generare textures piane

già referenziate alle superfici, dall'elaborazione di decine

di foto eseguite tutt'intorno all'oggetto, dagli scanner 3D

dotati di tale tecnologia. In questo caso, il rapporto tra

forma e textures è slegato, in quanto la generazione della

textures avviene sul continuum fotografico anziché sul

discreto dei cloud points. A rompere le uova nel paniere vi

è l'impossibilità di ottenere textures “intelligenti”, ovvero

con aree contigue ben descritte ed una qualche forma di

orientamento tale da rendere la vita facile al modellatore. Il

risultato migliore è un puzzle di aree più o meno piccole,

sparse in giro per lo spazio “0-1” della texture. In ultima

analisi, vi è anche la difficoltà, sia per il laser che per la

luce strutturata, di rilevare correttamente superfici

trasparenti, traslucenti o riflettenti, operazione che riesce

correttamente previa opacizzazione delle stesse.

Al di la delle problematiche tecniche, sul mercato stanno

comparendo i primi dispositivi all-in-one che promettono

di ottenere repliche complete di oggetti, da dimensioni

piccole (dedicati all'oreficeria o all'ortodonzia), medie

(product design), grandi (auto e motocicli). Vi sono gli

handy scanner, piccoli scanner portatili (es.: Sense 3D,

Creaform Go!SCAN 3D, Z-Corp Z-Scanner 700, ecc..) che

vanno dalle poche centinaia di euro, fino a qualche decina

di migliaia a seconda della precisione e del software di

gestione della nuvola di punti risultante. Vi sono gli

scanner vincolati a qualche genere di braccio snodato che

funge da sistema di riferimento, quali quelli a pantografo

(es: Nikon Metrology Model Maker MMDX, Romer

Absolute Arm, etc.. ). Vi sono quelli “da tavolo” che

affiancano al laser ed ad una webcam, una base rotante

motorizzata (Makerbot Digitizer, Rubcon 3D Scanner,

Shining 3D EinScan-S scanner, Matter and Form 3D

Scanner, ecc..). Cambiando solamente le dimensioni, si

arriva ai 3D body scanner, dedicati al mondo fashion (Cad

Modelling Ergonomics BodyScanFit, Cyberware Whole

Body Color 3D Scanner, Spacevision Cartesia, Vitus

Smart, Think Scan, ecc..) fino ai bracci robotizzati di

grande dimensioni che ospitano scanner laser 3D per

motocicli ed autovetture.

8) IMAGE BASED MODELLING Derivata dall'evoluzione della fotogrammetria, la

modellazione automatica o semi-automatica da foto sta

rapidamente offrendo soluzioni interessanti. Ciò in quanto

gli strumenti necessari sono decisamente a buon mercato:

non serve che una reflex digitale, nemmeno calibrata, al

posto di un costoso laser scanner 3D. Inoltre, il processo di

modellazione e quello di generazione delle textures, sono

intrinsecamente correlati, poiché tutto deriva

dall'immagine fotografica. Il software, in sostanza, chiede

di esaminare sequenze di fotografie (o fotogrammi di un

video) in cui l'oggetto ripreso compare con una notevole

percentuale di ripetitività in tutti gli scatti. In tal modo la

determinazione della posizione relativa tra i pixel, che

sono riconosciuti di fotogramma in fotogramma sulla base

della colorimetria, va a riprodurre la forma

tridimensionale. In sostanza, quindi, se si effettua una

ripresa video-fotografica tutt'intorno ad un oggetto, con

una percentuale di ripetizione vicina al 60% tra un

fotogramma e l'altro, ecco che il software dovrebbe

riuscire a produrre il modello 3D dell'oggetto nella sua

interezza. Si usa il condizionale poiché al momento non vi

sono ancora procedure robuste, che garantiscano il 100%

dei risultati. Sono interessanti, però, le prime offerte di

software off-line o servizi on-line che lo promettono. Tra i

primi si possono citare: 3DF Zephir Pro, Acute Smart 3D

Capture,

Tra i secondi si possono citare il noto Autodesk 123 Catch,

seguito da Photo-To-3D.com, Make 3D, My3DScanner,

etc.. Si tratta di siti che richiedo l'upload della serie di

immagini per restituire dopo qualche decina di minuti un

modello 3D completo di textures, elaborato sui server

proprietari. Alcuni tra questi riescono a risolvere modelli a

360° mentre altri si limitano ad un solo punto di vista

privilegiato.

9) CONCLUSIONI

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Come si è potuto valutare, si stanno presentando sul

mercato le prime soluzioni automatiche per ottenere le

repliche 3D dei prodotti e delle confezioni utili alla

virtualizzazione del punto vendita. La produzione massiva

di modelli 3D per la food&beverage simulation dovrà in

qualche modo passare da procedure e tecnologie rapide,

con un basso impatto di ore uomo, così da risultare

economiche nel quadro generale di una strategia che ponga

il 3D al centro. Le modalità d'uso, come si è visto, possono

essere diverse, a seconda se si è un produttore con o senza

punto vendita proprio, oppure un supermercato o una

multinazionale. Il costo sostenibile “a modello” pertanto

varia in virtù della strategia di sfruttamento degli output

che il modello 3D può offrire. Il paper ha cercato di offrire

una limitata overview sulle possibilità ad oggi

individuabili Con il continuo miglioramento delle potenze

di calcolo sia dell'hardware che degli engine 3D, si può

immaginare una progressiva diminuzione delle

problematiche legate all'ottimizzazione dei modelli, in

virtù di una più grossolana, ma veloce, azione di replica

virtuale. Il futuro, insomma, porta a confidare in una non

così lontana possibilità di automatizzazione completa nella

produzione massiva di modelli 3D da scaffale.