Modellazione Procedurale di Ambienti Urbani per Applicazioni di Realtà a Virtuale

The generation of urban environments in 3-D graphics can be a particularly long and complex process, as manual modeling of individual components involves extensive development time. In many industries, such as gaming or film, it is often essential to create a landscape as quickly as possible, and it is necessary to resort to alternative and advanced methods such as procedural modeling. Procedural modeling consists of an alternative approach to classical modeling in which environments, objects and geometries are generated automatically by making use of algorithms and mathematical rules. It offers numerous advantages including rapid content creation, the ability to make changes dynamically, and greater flexibility. Nowadays, the use of virtual reality is spreading in many contexts. Through this technology it is possible to have experiences within a virtual world, and because of this, it is important to have increasingly realistic environments to explore. Using algorithms and procedural methods we are able to generate them quickly and efficiently. This thesis project aims to create a tool for procedural generation of customizable maps. The tool in question makes it possible to populate a virtual environment with instances generated through procedural functions. The advantages offered by this tool include the ability to create any type of map, not just city maps, and to provide greater control over the generated environment through the management of certain parameters. Nowadays there are many software and tools dedicated to procedural generation, for example Houdini, CityEngine and others. For this work I decided to use \textit{Bifrost}, a tool made available in the Maya 3D computer graphics software. This tool is accessible even to less experienced users, as it provides a visual programming environment and, in addition, allows procedural generation directly within one of the most widely used modeling software. The generation process begins with the creation of individual instances of buildings, streets and trees and continues with the subdivision of a map into areas that will later be populated by the created objects. Following the distribution of the elements in the various areas, the created map can be exported and saved. I chose to generate low-poly models in order not to overburden the virtual environment in which it will be applied.

La generazione di ambienti urbani in grafica 3D può essere un processo particolarmente lungo e complesso, in quanto la modellazione manuale delle singole componenti implica tempi di sviluppo elevati. In molti settori, come ad esempio quello videoludico o cinematografico, è spesso essenziale creare un paesaggio nel modo più rapido possibile ed è necessario ricorrere a dei metodi alternativi e avanzati come quelli procedurali. La modellazione procedurale consiste in un approccio alternativo alla modellazione classica in cui ambienti, oggetti e geometrie sono generati automaticamente avvalendosi di algoritmi e regole matematiche. Essa offre numerosi vantaggi tra cui la creazione rapida dei contenuti, la capacità di effettuare modifiche in modo dinamico e maggior flessibilità. Al giorno d'oggi, l'utilizzo della realtà virtuale si sta diffondendo in molti contesti. Attraverso questa tecnologia è possibile vivere esperienze all'interno di un mondo virtuale e, per questo motivo, è importante avere ambienti sempre più realistici da esplorare. Utilizzando algoritmi e metodi procedurali siamo in grado di generarli in modo rapido ed efficiente. Questo progetto di tesi ha come obiettivo quello di creare un tool per la generazione procedurale di mappe personalizzabili. Lo strumento in questione permette di popolare un ambiente virtuale con istanze generate tramite funzioni procedurali. I vantaggi offerti da questo tool includono la possibilità di creare qualsiasi tipo di mappa, non solo cittadina, e di fornire un maggior controllo sull'ambiente generato tramite la gestione di alcuni parametri. Oggigiorno esistono molti software e strumenti dedicati alla generazione procedurale, ad esempio Houdini, CityEngine e altri ancora. Per questo lavoro ho deciso di utilizzare \textit{Bifrost}, un tool messo a disposizione del software di computer grafica Maya 3D. Questo strumento è accessibile anche da utenti meno esperti, in quanto prevede un ambiente di programmazione visiva e, inoltre, permette la generazione procedurale direttamente all'interno di uno dei software di modellazione più utilizzati. Il processo di generazione inizia con la creazione delle singole istanze di palazzi, strade ed alberi e prosegue con la suddivisone di una mappa in aree che verranno successivamente popolate dagli oggetti creati. In seguito alla distribuzione degli elementi nelle varie aree è possibile esportare e salvare la mappa creata. Ho scelto di generare modelli low-poly al fine di non appesantire eccessivamente l'ambiente virtuale nel quale sarà applicata.