Diferencia entre revisiones de «Gráficos 3D por computadora»

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3D: tridimensional.

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

Los gráficos 3D difieren de los gráficos 2D en que es guardada en la computadora una representación virtual, en tres dimensiones, de los objetos, con el propósito de realizar cálculos y generar imagenes. 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 borrosa; algunas aplicaciones 2D utilizan técnicas 3D para alcanzar ciertos efectos como iluminación, mientras que algunas aplicaciones 3D primarias hacen uso de técnicas 2D.

Tecnología

OpenGL y Direct3D son dosAPIs (Application Programming Interface - Interface de Programación de Aplicaciones) muy populares para la generación de imágenes 3D en tiempo real. Muchas placas de video modernas proveen algun grado de aceleración por hardware basado en estas APIs, frecuentemente abilitando el despliegue de complejos gráficos tridimensionales en tiempo real. Sin embargo, no es necesario emplear alguna the estas interfaces para crear imágenes 3D.

Creación de Gráficos 3D

El proceso de creación de gráficos 3D por computadora puede ser dividido en estas tres fases básicas:

Modelado
Composición de la escena
Render (creación de la imágen final)

Modelado

La etapa de modelado consta de ir dando forma a objetos individuales que luego serán usados en la escena. Existen diversas técnicas de modelado; Constructive Solid Geometry, modelado con NURBS y modelado Poligonal son algunos ejemplos. Los procesos de modelado puede incluir la edición de la superficie del objeto o las propiedades del material (p.e., color, luminosidad, difusión, especularidad, características de reflección, transparencia u opacidad, o el índice de refracción), agregar texturas, mapas de relieve (bump-maps) y otras características.

El proceso de modelado puede incluir algunas actividades relacionadas con la preparación del modelo 3D para su posterior animación. 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. Véase también animación por Cinemática Directa (Forward Kinematic animation) y animación por Cinemática Inversa (Inverse Kinematic animation).

El modelado puede ser realizado por programas dedicados (p.ej. Lightwave, Rhinoceros 3D, Moray, un componente de una aplicación (Shaper, Lofter en 3D Studio o por un lenguaje de descripción de escenas (como en POV-Ray. En algunos casos, no hay una distinción estricta entre estas fases; en dichos casos, el modelado es solo una parte del proceso de creación de escenas (es el caso, por ejemplo, con Caligari trueSpace).

Composición de la escena

Esta etapa involucra la distribución de objetos, luces, camaras y otras entidades en una escena que será utilizada para producir una imagen estática o una animación. Si se utiliza para animación, esta fase, en general, hace uso de una técnica llamada "keyframing", que facilita la creación de movimientos complicados en la escena. Con la ayuda de la técnica de keyframing, en lugar de tener que corregir la posición de un objeto, su rotación o tamaño en cada cuadro de la animación, solo se necesita marcar algunos cuadros clave (keyframes). Los cuadros entre keyframes son generados automáticamente, lo que se conoce como 'Interpolación'.

La iluminación es un aspecto importante de la composición de la escena. Como en la realidad, la iluminación es un factor importante que contribuye al resultado estético y a la calidad visual del trabajo terminado. Por eso, puede ser un arte difícil de dominar. Los efectos de iluminación pueden contribuir en gran medida al humor y la respuesta emocional generada por la escena, algo que es bien conocido por fotógrafos y técnicos de iluminación teatral.

Tesselation and Meshes

The process of transforming representations of objects, such as the middle point coordinate of a sphere and a point on it's circumference into a polygon representation of a sphere, is called tesselation. This step is used in polygon-based rendering, where objects are broken down from abstract representations ("primitives") such as spheres, cones etc, to so-calles meshes, which are nets of inteconnected triangles.

Meshes of triangles (instead of e.g. squares) are popular as they have proven to be easy to render using scanline rendering.

Polygon representations are not used in all rendering techniques, and in these cases the tesselation step is not included in the transition from abstract representation to rendered scene.

Rendering

Rendering is the final process of creating the actual 2D image or animation from the prepared scene. This can be compared to taking a photo or filming the scene after the setup is finished in real life. Photo-realistic image quality is often a desirable outcome, and to this end several different, and often specialized, rendering methods have been developed. These range from the distinctly non-realistic wireframe rendering through polygon-based rendering, to more modern techniques such as: scanline rendering, raytracing or radiosity.

Rendering software may simulate such cinematographic effects as lens flares, depth of field or motion blur. These artifacts are, in reality, a by-product of the mechanical imperfections of physical photography, but as the human eye is accustomed to their presence, the simulation of such artifacts can lend an element of realism to a scene. Techniques have been developed for the purpose of simulating other naturally-occurring effects, such as the interaction of light with atmosphere, smoke, or particulate matter. Examples of such techniques include particle systems (which can simulate rain, smoke, or fire), volumetric sampling (to simulate fog, dust and other spatial atmospheric effects), and caustics (to simulate light focusing by uneven light-refracting surfaces, such as the light ripples seen on the bottom of a swimming pool).

The rendering process is known to be computationally expensive, given the complex variety of physical processes being simulated. Computer processing power has increased rapidly over the years, allowing for a progressively higher degree of realistic rendering. Film studios that produce computer-generated animations typically make use of a render farm to generate images in a timely manner.

Modelos de Reflexión y Sombreado

Los gráficos 3D por computadora modernos cuentan con un modelo de reflexión llamado Phong reflection model, que no debe ser confundido con Phong shading, que es algo completamente diferente.

Este modelo de reflexión y las técnicas de sombreado que permite, se aplican solo a renders basados en poígonos. Por ejemplo, raytracing y radiosity no lo utilizan.

Técnicas de render de reflexión populares son:

Flat shading: Una técnica que sombrea cada poligono de un objeto basdo en la normal del polígono y la posición e intensidad de una fuente de luz.
Gouraud shading: Inventado por H. Gouraud en 1971, es una rápida técnica de sombreado de vérticas usada para simular superficies suavemente sombreadas.
Texture mapping: Es una técnica para simular un gran nivel de detalle superficial, aplicando imágenes (texturas) sobre los polígonos.
Phong shading: Inventado por Wu Tong Phong, es utilizado para simular brillos especulares y superficies sombreadas suaves.
Bump mapping: Creado por Jim Blinn, es una técnica de perturbación utilizada para simular superficies rugosas.

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 (Application Programmer Interfaces) 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 the manera abstracta, aprovechando las ventajas de tal o cual placa de video.

Las siguientes APIs para gráficos por computadora son particularmente populares:

OpenGL
Direct3D (un derivado de DirectX)
RenderMan

Software de gráficos 3D

A pesar de haber muchos paquetes de modelado y animación 3D, los cuatro que se han ganado la mayor popularidad son:

Alias Wavefront's Maya - Es quizá el soft mas popular en la industria, por lo menos hasta 2003. Es utilizado por muchos de los estudios de efectos visuales mas importantes en combinación con Renderman, el motor de render fotorealista de Pixar. Última versión a Septiembre de 2003: Maya 5.

discreet's 3D Studio Max - Originalmente escrito por Kinetix (una división de Autodesk) como el sucesor de [[3D Studio]. Kinetix luego se fusionó con la última adquisición de Autodesk, Discreet Logic. La versión actual (a Febrero de 2003) es la 5.1. Es el lider en el desarrollo de 3D en la industria de juegos y usuarios hogareños.

Newtek's Lightwave 3D - Fue originalmente desarrollado por Amiga Computers a principios de los 90. Mas tarde evolucionó en un avanzado y muy usado paquete de gráficos y animación 3D. Actualmente disponible para Windows, Mac OS y Mac OS X. La versión actual es 7.5. El programa consiste en dos componentes: Modelador y Editor de escena. Es el favorito entre los hobbystas, y es utilizado en muchas de las mayores productoras de efectos visuales como Digital Domain.

Avid's Softimage XSI - El contrincante mas grande de Maya. En 1987, Softimage Inc, una compañía situada en Montreal, escribió Softimage|3D, que se convirtió rápidamente en el programa de 3D mas popular de ese período. En 1994, Microsoft compró Softimage Inc. y comenzaron a reescribir SI|3D para Windows NT. El resultado se llamó Softimage|XSI. En 1998 Microsoft vendió Softimage a Avid. La versión actual (hasta mediados de 2003) es 3.5.

Junto a estos paquetes mayores, hay otros que no se han ganado tal aceptación general, pero que no son simples juguetes. Algunos son:

Caligari trueSpace - una aplicación 3D integrada, con una interfase muy intuitiva. Una característica distintiva de esta aplicación es que todas las fases de creación de gráficos 3D son realizadas dentro de un único programa. No es tan avanzado como los paquetes líderes, pero provee características como simulación de fenómenos físicos (viento, gravedad, colisiones entre cuerpos).

Cinema4d - Motor de render rápido, cálculo de radiosidad.

formZ - Ofrece manipulación topológica de las geometrías.

Rhinoceros 3D - Un potente modelador bajo NURBS.

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.

Blender - Programa de modelado y animación gratuito, con características como soporte para programación bajo Python.

RealSoft3D - Modelador 3D para Linux y Windows. Incluye render.

Universe by Electric Image - Paquete de modelado y animación con uno de los motores de render mas rápidos que existen.

Para conocer sobre otro software, vease también CAD y Render.

Véase también: VRML

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 El modelado puede ser realizado por programas dedicados (p.ej. [[Lightwave]], [[Rhinoceros 3D]], [[Moray modeler|Moray]], un componente de una aplicación (Shaper, Lofter en [[3D Studio]] o por un lenguaje de descripción de escenas (como en [[POV-Ray]]. En algunos casos, no hay una distinción estricta entre estas fases; en dichos casos, el modelado es solo una parte del proceso de creación de escenas (es el caso, por ejemplo, con Caligari [[trueSpace]]).
-=== Scene layout setup ===
+=== Composición de la escena ===
+Esta etapa involucra la distribución de objetos, luces, camaras y otras entidades en una escena que será utilizada para producir una imagen estática o una animación. Si se utiliza para [[Animación por computadora|animación]], esta fase, en general, hace uso de una técnica llamada "[[keyframing]]", que facilita la creación de movimientos complicados en la escena. Con la ayuda de la técnica de keyframing, en lugar de tener que corregir la posición de un objeto, su rotación o  tamaño en cada cuadro de la animación, solo se necesita marcar algunos cuadros clave ([[keyframes]]). Los cuadros entre keyframes son generados automáticamente, lo que se conoce como '[[Interpolación]]'.
-Scene setup involves arranging virtual objects, lights, cameras and other entities on a scene which will later be used to produce a still image or an animation. If used for [[computer animation|animation]], this phase usually makes use of a technique called "[[keyframing]]", which facilitates creation of complicated movement in the scene. With the aid of keyframing, instead of having to fix an object's position, rotation, or scaling for each frame in an animation, one needs only to set up some key frames between which states in every frame are [[interpolation|interpolated]].
+La iluminación es un aspecto importante de la composición de la escena. Como en la realidad, la iluminación es un factor importante que contribuye al resultado estético y a la calidad visual del trabajo terminado. Por eso, puede ser un arte difícil de dominar. Los efectos de iluminación pueden contribuir en gran medida al  humor y la respuesta emocional generada por la escena, algo que es bien conocido por fotógrafos y técnicos de iluminación teatral.
-Lighting is an important aspect of scene setup. As is the case in real-world scene arrangement, lighting is a significant contributing factor to the resulting aesthetic and visual quality of the finished work. As such, it can be a difficult art to master. Lighting effects can contribute greatly to the mood and emotional response effected by a scene, a fact which is well-known to photographers and theatrical lighting technicians.
 === Tesselation and Meshes ===