El término gráficos 3D por computadora (o por ordenador) se refiere a trabajos de arte gráfico que son creados con ayuda de
computadoras y
programas
especiales. 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 tridimensionales.
Un gráfico 3D difiere de uno
bidimensional
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 tridimensionales 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.
Fases para
la creación de elementos o gráficos tridimensionales:
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. 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 más conocida es la fotogrametría cuyo principal impulsor es Paul Debevec.
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.
Gran parte
de la iluminación en 3D requiere del entendimiento físico de la luz en la
realidad, este entendimiento puede ir desde lo más básico en el tema como por
ejemplo el concepto de iluminación global hasta comportamientos complejos y
extraños de la luz como la dispersión en superficies y subsuperficies
Iluminación global
Un objeto en
la vida real, a no ser que se encuentre dentro de un recipiente totalmente
negro es iluminado por luz directa e indirecta o solo por luz indirecta. Esto
se debe a que los fotones emitidos por la fuente
de luz rebotan en todas las superficies con las que se encuentran entonces un
objeto en un lugar físico es irradiado por fotones directos de la fuente de luz
y por fotones que han rebotado en las superficies circundantes (iluminación
indirecta). Cada superficie circundante al objeto producirá una intensidad de
iluminación distinta desde distintas direcciones y con distintas tonalidades de
color sobre el objeto dependiendo del color de cada superficie y a su vez la
luz también rebotará en el objeto de atención.
Animación
Los objetos
se pueden animar en cuanto a:
- Transformaciones básicas en los
tres ejes (XYZ), rotación, escala y traslación.
- Forma:
- 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, una 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
Mediante el
renderizado se consiguen imágenes realistas.
Se llama renderización 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 trazado de rayos,
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.
