TALLER 3: INFORMÁTICA OCTAVO

TALLER 3.   GRÁFICOS 3D POR COMPUTADORA

SEMANA MAYO 18 - MAYO 22

El término gráficos 3D por computadora o por ordenador (en inglés 3D computer graphics) se refiere a trabajos de arte gráfico que fueron creados con ayuda de computadoras y programas especiales 3D. En general, el término puede referirse también al proceso de crear dichos gráficos, o el campo de estudio de técnicas y tecnología relacionadas con los gráficos 3D.

Un gráfico 3D difiere de uno 2D principalmente por la forma en que ha sido generado. Este tipo de gráficos se originan mediante un proceso de cálculos matemáticos sobre entidades geométricas tridimensionales producidas en un ordenador, y cuyo propósito es conseguir una proyección visual en dos dimensiones para ser mostrada en una pantalla o impresa en papel.

En general, el arte de los gráficos 3D es similar a la escultura o la fotografía, mientras que el arte de los gráficos 2D es análogo a la pintura. En los programas de gráficos por computadora esta distinción es a veces difusa: algunas aplicaciones 2D utilizan técnicas 3D para alcanzar ciertos efectos como iluminación, mientras que algunas aplicaciones 3D primarias hacen uso de técnicas 2D.

Las siguientes son algunas de las fases principales que se deben realizar para la creación de elementos/gráficos 3D de alta calidad:

Modelado. La etapa de modelado consiste en ir dando forma a objetos individuales que luego serán usados en la escena. Existen diversos tipos de geometría para modelar con curvas y superficies, así como también se puede aplicar modelado poligonal o Subdivisión de Superficies. Además, aunque menos usado, existe otro tipo llamado "modelado basado en imágenes" que consiste en convertir una fotografía a 3D mediante el uso de diversas técnicas, de las cuales, la más conocida es la fotogrametría (cuyo principal impulsor es Paul Debevec), técnica para determinar las propiedades geométricas de los objetos y las situaciones espaciales de seres vivos a partir de imágenes fotográficas. Puede ser de corto o largo alcance.

Sombreado /Texturizado. Definición de la forma que le afecta la luz, para ello se usan materiales con diferentes esquemas de sombreado denominados shaders que son algoritmos que controlan la incidencia de la luz, produciendo materiales de características variables de acuerdo al punto desde donde se aprecien.

Iluminación. Creación de luces de diversos tipos puntuales, direccionales en área o volumen, con distinto color o propiedades; este componente es la clave de una animación.

Animación. Los objetos se pueden animar en cuanto a:

• Transformaciones básicas en los tres ejes (XYZ), Rotación, Escala o Traslación.
• Forma (shape):

1. Mediante esqueletos: a los objetos se les puede asignar un esqueleto, una estructura central con la capacidad de afectar la forma y movimientos de ese objeto. Esto ayuda al proceso de animación, en el cual el movimiento del esqueleto automáticamente afectara las porciones correspondientes del modelo.
2. Mediante deformadores: ya sean cajas de deformación o cualquier deformador que produzca por ejemplo deformación sinusoidal.
3. Dinámicas: para simulaciones de ropa, pelo, dinámicas rígidas de objeto.

La animación es muy importante dentro de los gráficos por que en estas animaciones se intenta realizar el mero realismo, por lo cual se trabajan muchas horas.

Renderizado. Se llama rénder al proceso final de generar la imagen 2D o animación a partir de la escena creada. Esto puede ser comparado a tomar una foto o en el caso de la animación, a filmar una escena de la vida real. Generalmente se buscan imágenes de calidad fotorrealista, y para este fin se han desarrollado muchos métodos especiales. Las técnicas van desde las más sencillas, como el rénder de alambre, pasando por el rénder basado en polígonos, hasta las técnicas más modernas como el Scanline Rendering, el Raytracing, la radiosidad o el Mapeado de fotones.

El software de rénder puede simular efectos cinematográficos como el lens flare, la profundidad de campo, o el motion blur (desenfoque de movimiento). Estos artefactos son, en realidad, un producto de las imperfecciones mecánicas de la fotografía física, pero como el ojo humano está acostumbrado a su presencia, la simulación de dichos efectos aportan un elemento de realismo a la escena. Se han desarrollado técnicas con el propósito de simular otros efectos de origen natural, como la interacción de la luz con la atmósfera o el humo. Ejemplos de estas técnicas incluyen los sistemas de partículas que pueden simular lluvia, humo o fuego, el muestreo volumétrico para simular niebla, polvo y otros efectos atmosféricos, y las cáusticas para simular el efecto de la luz al atravesar superficies refractantes.

El proceso de rénder necesita una gran capacidad de cálculo, pues requiere simular gran cantidad de procesos físicos complejos. La capacidad de cálculo se ha incrementado rápidamente a través de los años, permitiendo un grado superior de realismo en los rénders. Estudios de cine que producen animaciones generadas por ordenador hacen uso, en general, de lo que se conoce como render farm (granja de rénder) para acelerar la producción de fotogramas.

CUESTIONARIO

1. ¿Cómo se genera un gráfico 3D?
2. ¿Cómo se puede definir el concepto de modelado basado en imágenes?
3. ¿Qué es la fotogrametría?
4. ¿En el ámbito de los gráficos 3D que se entiende por Shaders?
5. Consigne en su cuaderno una pequeña definición sobre cada una de las fases principales que se den seguir para la creación de elementos 3D
6. ¿Qué factores pueden ser considerados para desarrollar la fase de animación?
7. Consigne en su cuaderno la definición del término Renderizado.
8. ¿Qué se necesita para desarrollar un proceso de render de forma exitosa?