Per una conoscenza approfondita del materiale

Per una resa convincente e fedele del comportamento ottico dei materiali non è sufficiente osservarne l’aspetto macroscopico; si sono rivelati fondamentali, infatti, sia le osservazioni sperimentali della scabrosità superficiale e della texture microscopica, sia altre conoscenze sui materiali, anche limitate a livello teorico. Attraverso il microscopio, ad esempio, si è avuta prova della notevole eterogeneità dei cristalli che costituiscono i materiali marmorei e si sono scoperte vistose micro- rugosità su superfici all’apparenza lisce. Studiando la tecnica di realizzazione delle tessere di mosaico, invece, si è scoperta la natura del substrato e la presenza del vetro di protezione, restituito tramite un coefficiente di clearcoat stimato al 50% per tenere conto che il vetro è spesso volutamente sfaccettato e talvolta scomparso, specialmente in tessere soggette a logoramento e calpestio. I metodi empirici appena descritti, insieme ad una conoscenza delle basi teoriche dell’interazione luce-materia e del funzionamento della BRDF, hanno consentito di attribuire a ciascun materiale le proprietà ottiche più fedeli a quelle reali.

Nella maggior parte dei casi la complessità dei materiali ha reso la sola applicazione dei valori di BRDF al materiale insufficiente per replicarlo in modo convincente. Attraverso le texture stratificate, infatti, è stato possibile specificare la BRDF mediante appositi insiemi di texture che, applicati a ciascun canale del materiale (colore diffuso, specularità, riflessione, ecc.) hanno permesso una più efficace descrizione delle proprietà ottiche.

In questo modo alle caratteristiche di base di ciascun materiale sono state sovrapposte informazioni aggiuntive, ad esempio scegliendo di esprimere un parametro attraverso un gradiente invece che attraverso un valore costante (come è

stato fatto ad esempio per il colore speculare della lamina d’oro); altre volte, invece, alcune proprietà sono state mappate attraverso una o più layer maps, ricavate a partire da canali alpha applicati come maschere di livello per diversificare da punto a punto caratteristiche come la componente speculare. Altre layer maps, infine, non sono state realizzate come canali alpha in scala di grigi, bensì trattando opportunamente la texture fotografica in modo da correlare alcune caratteristiche (visibili nei fotogrammi scattati durante la campagna di rilievo) con determinati effetti (in particolare i valori di specularità e riflessione).

Fig. 4 – Schede di sintesi dei parametri di BRDF e delle texture stratificate adottati per la simulazione del comportamento ottico delle classi di materiali individuate.

Lastre marmoree e frammenti in porfido, ad esempio, sono entrambi costituiti da materiali prevalentemente diffusivi con una componente speculare comunque consistente; un maggiore effetto di realismo si ottiene considerando anche il fenomeno della diffusione (scattering), dovuto al loro grado di traslucenza; essendo materiali fortemente eterogenei costituiti da un aggregato di piccoli cristalli con proprietà ottiche differenti e caratterizzati da un’elevata porosità (le micro-cavità superficiali presentano caratteristiche estremamente diverse) si è scelto di utilizzare una coppia di mappe tra loro opposte per differenziare la componente speculare, rispecchiando questa disomogeneità.

Le lastre in marmo rosa di Verona e le tessere lapidee di vari colori sono materiali principalmente diffusivi, ma caratterizzati anche da una sensibile specularità. Le caratteristiche che hanno portato a distinguerle dagli altri marmi sono una scabrosità

molto meno accentuata e una disomogeneità che si manifesta sotto forma di tenui venature invece che con la presenza di cristalli di diversa natura.

Questi aspetti si sono tradotti in un valore di roughness quasi dimezzato e un valore dell’effetto Fresnel leggermente maggiore sul canale della specularità, ben distinta dal valore scelto per il materiale di riempimento delle lacune, nettamente inferiore; quest’ultimo espediente ha contribuito ampiamente a creare un convincente effetto di realismo.

Le tessere di smalto, contrariamente a quanto ci si potrebbe aspettare, sono il materiale a cui è stata attribuita la minore componente speculare, che è quasi nulla. Lo smalto che riveste questi piccoli elementi, infatti, di per sé molto speculare, appare al microscopio estremamente deteriorato da un fitto reticolo di graffi e lacune che ha ampiamente attenuato questa sua caratteristica. Il rivestimento colorato, inoltre, è molto sottile, pertanto lesioni mediamente profonde sono sufficienti per portare alla luce il substrato opaco. Di conseguenza anche l’effetto Fresnel è poco accentuato e la blurry reflection attivata contribuisce ad una più convincente emulazione del comportamento reale.

Con la definizione di tessere grezze sono stati indicati un gran numero di elementi interpretati come tessere che hanno perso lo strato di rivestimento, rappresentato da una lamina d’oro oppure da uno strato di smalto. Tale substrato, pertanto, si presenta alla vista poroso ed estremamente scabro. Esse sono state replicate con un materiale completamente diffusivo, con un ridottissimo effetto Fresnel, ma un valore di roughness minore delle altre tessere, alla luce di alcune osservazioni fatte al microscopio.

Per imitare il comportamento dell’unica tessera vitrea presente nel manufatto non era adatto il modello realizzato, poiché restituiva tale oggetto con la sola superficie esterna ed era quindi privo di spessore. Per riprodurne l’effetto è stato così necessario modellare separatamente la tessera e attribuirle le proprietà ottiche tipiche dei vetri colorati. Come nella realtà, il suo colore apparente è influenzato dal colore dei materiali circostanti.

Le tessere con lamina d’oro sono probabilmente gli elementi più difficili da replicare: sono costituite da un substrato grezzo, solitamente di colore grigio-verde che emerge nelle numerose lacune della lamina oro che vi è stata fatta aderire, logoratasi in seguito alla perdita parziale del sottile strato di vetro di protezione. Si è quindi ricreato l’aspetto del metallo prezioso usando un gradiente sul canale del colore speculare, che in questo caso non è più il bianco. Pur essendo un materiale metallico e quindi molto speculare, le numerose sfaccettature della lamina, tradotte in microfacettes con un alto valore di roughness, creano un effetto simile ad un materiale più diffusivo. Per ricreare l’effetto del vetro di superficie senza modellarlo geometricamente si è sfruttato l’effetto di clearcoat amount, che applica una sorta di pellicola trasparente molto lucida, simile ad una vernice o ad uno smalto, ma nella fattispecie anche ad un sottile vetro trasparente; il suo contributo è stato quantificato al 50% per tenere conto del suo aspetto disomogeneo.

Il materiale di riempimento tra lastre e tessere, in apparenza completamente diffusivo, è apparso invece ad un’osservazione più attenta come caratterizzato da una specularità variabile con la quota dei vari punti: più il materiale è consumato, più esso diventa opaco. Al fine di replicare questa caratteristica si è scelto di

utilizzare la texture fotografica, opportunamente elaborata per accentuare le diversità cromatiche tra i diversi punti, al fine di utilizzarla come mappa di specularità in scala di grigi: dove la mappa è di colore più chiaro la specularità è maggiore.

Tale espediente è risultato estremamente rapido e allo stesso tempo ha prodotto un esito molto convincente.

Parte del materiale di riempimento risulta caratterizzato da un sottile strato di rivestimento di colore più chiaro, che appare piuttosto liscio e speculare, tanto da possedere un valore della specularità di Fresnel secondo soltanto all’oro e al vetro, osservazione facilmente sperimentabile anche a occhio nudo. Osservando tale materiale al microscopio, tuttavia, è apparso molto più scabro di quanto si potesse immaginare e se ne è tenuto conto quantificandone il valore del parametro roughness. Tale superficie, tuttavia, è stata classificata come materiale principalmente diffusivo, pur con una significativa componente speculare.