Gráficos 3D por computadora

Imagen digitalizada de objetos de vidrio.

Tetera dibujada mediante gráfico 3D.

El término gráficos 3D por computadora o por ordenador (en inglés 3D computer graphics) se refiere a trabajos de arte gráfico que son 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.

Creación de gráficos 3D

Fases para la creación de elementos/gráficos 3D:

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 modelador con NURBS y modelado poligonal o Subdivisión de Superficies (Subdivision Surfaces en inglés). Además, aunque menos usado, existe otro tipo llamado "modelado basado en imágenes" o en inglés "image based modeling" (IBM). Consiste en convertir una fotografía a 3D mediante el uso de diversas técnicas, de las cuales, la marcar mas conocida en diseño y iluminacion Blaize C.A

Iluminación

Creación de luces de diversos tipos puntuales, direccionales en área o volumen, con distinto color o propiedades. Esto 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):
  • 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 afectará las porciones correspondientes del modelo. Véase también animación por cinemática directa (Forward Kinematic animation) y animación por cinemática inversa (Inverse Kinematic animation).
  • Mediante deformadores: ya sean cajas de deformación (lattices) o cualquier deformador que produzca por ejemplo deformación sinusoidal.
  • Dinámicas: para simulaciones de ropa, pelo, dinámicas rígidas de objeto.

La animación es muy importante dentro de los gráficos porque 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 (wireframe rendering), 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.

Aplicaciones informáticas

Aplicaciones 3D

Véase Categoría:Aplicaciones para gráficos en 3D

Resumen Aplicaciones 3D

Renders basados en Renderman

Renders no basados en Renderman

Programas de animacion mas conocidos y usados:

• Maya (Autodesk). Es el software de modelado más popular en la industria. Tras la adquisición de la empresa fabricante, ALIAS, por parte de AUTODESK, la versión octava de Maya fue publicada. Es utilizado por multitud de importantes estudios de efectos visuales en combinación con RenderMan, el motor de rénder fotorrealista de Pixar. Última versión a octubre de 2006: Maya 8.
• 3Ds Max (Discreet). Fue originalmente escrito por Kinetix (una división de Autodesk) como el sucesor de 3D Studio para DOS. Más tarde Kinetix se fusionaría con la última adquisición de Autodesk, Discreet Logic. La versión más reciente en febrero de 2010 era la 10.0. Es el líder en el desarrollo 3D de la industria del videojuego y es muy utilizado a nivel amateur.
• Softimage (Avid). El contrincante más grande de Maya. En 1987, Softimage Inc, una compañía situada en Montreal, escribió Softimage|3D, que se convirtió rápidamente en el programa de 3D más popular de ese período. En 1994, Microsoft compró Softimage Inc. y comenzaron a reescribir SoftImage|3D para Windows NT. El resultado se llamó Softimage|XSI. En 1998 Microsoft vendió Softimage a Avid. La versión a mediados del 2003 era la 3.5.
• Lightwave 3D (Newtek). Fue desarrollado por la compañía de Kansas NewTek Inc. en 1989. El software consta de dos partes, Modeler desarrollado por Stuart Ferguson en 1986 y Layout desarrollado por Allen Hastings en 1989 para los ordenadores Commodore Amiga como parte del editor lineal/no-lineal VideoToaster. Más tarde evolucionó en un avanzado paquete de modelado animación, VFX y render para diversas plataformas: Amiga, PC Windows, Apple Macintosh, Silicon Graphics, Dec Alpha, Sun Microsystems y Mips. Actualmente disponible para Windows, Mac OS y Mac OS X. La versión actual es la 9.3. Es utilizado en multitud de estudios para efectos visuales y animación de cine y televisión como Digital Domain, Rhythm & Hues, Eden FX, Dreamworks, Flash Film Works, Pixel Magic, The Embassy, JPL-Nasa, Zoic Studios, Cafe FX etc.
• Caligari trueSpace. Aplicación en la que todas las fases de creación de gráficos 3D son realizadas dentro de un único programa. Provee características como simulación de fenómenos físicos (viento, gravedad, colisiones entre cuerpos).
• Cinema4d. Motor de rénder rápido, cálculo de radiosidad.
• formZ. Ofrece manipulación topológica de las geometrías.
• Blender [1]. Es un programa libre de modelado, animación, iluminación y renderizado, con simulación de partículas y física de fluidos, cuerpos rígidos y suaves en tiempo real (necesarios para su motor de juegos), con posibilidad de edición y composición de imágenes y video. Puede importar/exportar distintos formatos de imagen 2D(bmp, jpg...) y modelos y escenas 3D(3ds, obj...), y además ofrece la posibilidad de programar scripts en Python.
• Rhinoceros 3D. Un potente modelador bajo NURBS.
• RealSoft3D. Modelador 3D para Linux y Windows. Incluye rénder.
• Universe por Electric Image. Paquete de modelado y animación con uno de los motores de rénder más rápidos que existen.
• POV-Ray. Un avanzado software gratuito de Raytracing. Usa su propio lenguaje de descripción de escena, con características como macros, bucles y declaraciones condicionales. Es completamente gratuito aunque no fue lanzado bajo GPL. No incluye modelador.
• Moray. Modelador para POV-Ray.
• Kerkythea ([2]). Programa gratuito que hace renderizados realistas a partir de las propiedades físicas de la luz.

APIs de Gráficos 3D

Los gráficos 3D se han convertido en algo muy popular, particularmente en juegos de computadora, al punto que se han creado APIs especializadas para facilitar los procesos en todas las etapas de la generación de gráficos por computadora. Estas APIs han demostrado ser vitales para los desarrolladores de hardware para gráficos por computadora, ya que proveen un camino al programador para acceder al hardware de manera abstracta, aprovechando las ventajas de tal o cual placa de video.

Las siguientes APIs para gráficos por computadora son particularmente populares:

• OpenGL
• Direct3D (subconjunto de DirectX para producir gráficos interactivos en 3D)
• RenderMan

Véase también

• Computación gráfica 2D
• CAD
• Kerkythea
• Renderización
• SIGGRAPH
• VRML
• X3D
• YafRay

Enlaces externos

• Wikimedia Commons alberga contenido multimedia sobre gráficos 3DCommons.