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Modelación 3D

Concepto, carrera y profesiones

05/12/2013

Realizado por Alejandro Domingo

Modelación 3D

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.

Creación de gráficos 3D

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. Modelado de superficies este no tiene curvas en calculadas en cada linea

ejemplo SketchUp.

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

En Graficos por computadora, la Iluminación Global, Iluminación indirecta, o GI (Global Ilumination), se

conoce a un conjunto de algoritmos que tratan de simular o aproximar, como la luz emitida por alguna

fuente, rebota en cada superficie de la escena iluminando espacios que la luz directa producida por la

fuente no alcanzaría a iluminar.

Los primeros Algoritmos de Iluminación indirecta buscaban simular la luz como fotones, de ahi uno de

los algoritmos más implementados es el llamado Photon Map, existen otros algoritmos como el de

Quasi Montecarlo, o algoritmos basados en Irradiance Caching, que dependiendo del motor de render

con el que se trabaja tienen nombres diferentes e implementaciónes propias.

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 imitar a

la realidad misma; por esto es un trabajo que usualmente requiere 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. Los 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 fotograficas.

API de gráficos tridimensionales

Los gráficos 3D se han convertido en algo muy popular, particularmente en videojuegos, al punto que se

han creado interfaces de programación de aplicaciones (API) especializadas para facilitar los procesos en

todas las etapas de la generación de gráficos por computadora. Estas interfaces 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 interfaces para gráficos por computadora son particularmente populares:

OpenGL

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

RenderMan

Carrera:

Para ser estudiante de la carrera el aplicante deberá:

· Ser una persona creativa, crítica y apasionada por los mundos virtuales en tres dimensiones.

·Ser proactivo y dispuesto a trabajar en equipo y por objetivos.

·Tener habilidad para trabajos manuales o que involucren la construcción de objetos en dos o tres

dimensiones.

·Tener habilidad para el dibujo artístico y técnico.

Al terminar sus estudios, el egresado en Técnico de Modelado Digital en 3D de la Universidad Creativa,

le permitirá ingresar laboralmente a medios de comunicación masivos tales como cine, televisión y web.

Sus modelos podrán ser útiles para aplicaciones web, ilustraciones, juegos de video, animación y efectos

especiales.

El profesional podrá comunicarse efectivamente en los ámbitos productivos y dar apoyo creativo en

diferentes áreas de los proyectos que realice, tanto como parte de una empresa como de manera

independiente.

Uno de los ámbitos en los que se usa la modelación 3D es en la creación de videojuegos:

El desarrollo de videojuegos es la

actividad por la cual se diseña y

crea un videojuego, desde el

concepto inicial hasta el

videojuego en su versión final.

Ésta es una actividad

multidisciplinaria, que involucra

profesionales de la informática, el

diseño, el sonido, la actuación,

etcétera. El desarrollo de un

videojuego generalmente sigue el

siguiente proceso:

Concepción de la idea del videojuego

Diseño

Planificación

Pruebas

Producción

Mantenimiento

El proceso es similar a la creación de software en general, aunque difiere en la gran cantidad de aportes

creativos (música, historia, diseño de personajes, niveles, etc) necesarios. El desarrollo también varía en

función de la plataforma objetivo (PC, móviles, consolas), el género (estrategia en tiempo real, rpg,

aventura gráfica, plataformas, etc) y la forma de visualización (2d, 2.5d y 3d).

Concepción

En esta etapa es necesario definir los aspectos fundamentales que conformarán el videojuego, entre los

que se encuentran:

Género: Dentro de que género o géneros se va a desarrollar el juego. De no corresponder a un género

conocido, se deben especificar las características.

Game play: Lo que generará diversión a la hora de jugarlo.

Story board: Algunas ideas sueltas acerca de cómo debe lucir el juego en cuanto a personajes,

ambientación, música, etc.

Diseño

En esta fase se detallan todos los elementos que compondrán el juego, dando una idea clara a todos los

miembros del grupo desarrollador acerca de cómo son. Entre estos elementos tenemos:

Historia

Forma en que se desenvolverán los personajes del juego y la historia del mundo representado avanza.

Casi todos los juegos tienen historia.

Guión

El proceso comienza con una reunión de todo el equipo de desarrollo, para que todo el mundo tenga la

oportunidad de aportar sus ideas o sugerencias al proyecto. A partir de aquí el equipo de Guión trabaja

por conseguir un borrador en el que queden plasmados cuales serán los objetivos en el juego, las partes

en las que se dividirá, el contexto en el que se desarrollará la acción, y cuales y cómo serán los

principales personajes del juego.

Arte conceptual

Se establece el aspecto general del juego. En esta etapa un grupo de artistas se encargan de visualizar o

conceptualizar personajes, escenarios, criaturas, objetos, etc. Estos artistas se basan en las ideas

originales de los creadores y luego entregan una serie de propuestas impresas o digitales de cómo lucirá

el juego. Posteriormente el director de arte se encargará de escoger de entre las opciones aquellas que

se apeguen más a la idea original. Algunas veces los artistas conceptuales permanecen durante todo el

proceso de producción, pero lo usual es que sólo participen en las primeras etapas del proceso.

Sonido

Detallada descripción de todos los elementos sonoros que el juego necesita para su realización. Voces,

sonidos ambientales, efectos sonoros y música.

Mecánica de juego

Es la especificación del funcionamiento general del juego. Es dependiente del género y señala la forma

en que los diferentes entes virtuales interactuarán dentro del juego, es decir, las reglas que rigen éste.

Diseño de programación

Describe la manera en que el videojuego será implementado en una máquina real (un PC, consola,

teléfono móvil, etc) mediante un cierto lenguaje de programación y siguiendo una determinada

metodología. Generalmente en esta fase se generan diagramas de UML que describen el

funcionamiento estático y dinámico, la interacción con los usuarios y los diferentes estados que

atravesará el videojuego como software.

De toda la fase de diseño es necesario generar un documento llamado Documento de Diseño, que

contiene todas las especificaciones de arte, mecánicas y programación.

Planificación

En esta fase se identifican las tareas necesarias para la ejecución del videojuego y se reparten entre los

distintos componentes del equipo desarrollador. También se fijan plazos para la ejecución de dichas

tareas y reuniones clave, con la ayuda de herramientas de diagramación de actividades como GANTT y

PERT.

Producción

Aquí se llevan a cabo todas las tareas especificadas en la fase de planificación, teniendo como guía

fundamental el documento de diseño. Esto incluye entre otras cosas la codificación del programa, la

creación de sprites, tiles y modelos 3d, la grabación de sonidos, voces y música, la creación de

herramientas para acelerar el proceso de desarrollo, entre otras.

Programación

La mayoría de los juegos se programan utilizando el lenguaje C++ dado que es un lenguaje de alto nivel

que permite un rápido acceso a los componentes de hardware de una computadora o consola de juegos

que lo hace más accesible.

Ilustración

Los juegos 2D deben ser ilustrados por artistas experimentados, quienes trabajan tomando en

consideración las limitaciones técnicas del hardware sobre el cual correrá el juego, esto incluye:

Cantidad de colores disponibles, tamaño de los sprites, resolución final de los sprites y formatos a

utilizar. Los artistas 2D también son los encargados de elaborar las animaciones del juego.

Interfaz

Es la forma en que se verán los elementos de la interfaz gráfica de usuario y el HUD, mediante los cuales

el usuario interactuará con el juego.

Animación y Modelado 3D

Los artistas utilizan herramientas comerciales de modelado y animación tridimensional como 3DS Max,

Maya, XSI/Softimage, Blender(el cual no es comercial), etc. Pero además usan herramientas

desarrolladas internamente que facilitan algunas de las funciones más comunes del proceso de creación

de juegos.

Sonido

Los ingenieros de sonido se encargan de crear sonidos para cada objeto o personaje del juego. Pueden

crear sonidos desde cero o utilizar sonidos del ambiente y modificarlos según sus necesidades.

Elektroplankton: Juego que trata sobre hacer sonidos mediante el angulo de las hojas y su color

Pruebas

Al igual que en otros tipos de software, los videojuegos deben pasar por una etapa donde se corrigen los

errores inherentes al proceso de programación y a diferencia de aquellos, los videojuegos requieren un

refinamiento de su característica fundamental, la de producir diversión de manera interactiva

(jugabilidad). Generalmente esta etapa se lleva a cabo en dos fases:

Pruebas alpha: Se llevan a cabo por un pequeño grupo de personas, que con anterioridad estén

involucradas en el desarrollo, lo que puede incluir artistas, programadores, coordinadores, etc. El

propósito es corregir los defectos más graves y mejorar características de jugabilidad no contempladas

en el documento de diseño.

Pruebas beta: Estas pruebas se llevan a cabo por un equipo externo de jugadores, bien sea que sean

contratados para la ocasión o que sean un grupo componente del proyecto (grupo QA). De estas

pruebas el videojuego debe salir con la menor cantidad posible de defectos menores y ningún defecto

medio o crítico.

Descripción de un programa 3D, en este caso Gimzodo:

Imagina convertir una simple fotografía 2D en un modelo 3D. Esto ya es posible con programas

profesionales. El problema: además de caros, son muy complejos de utilizar. Un software en desarrollo

llamado3-Sweep permite hacer esto mismo en cuestión de segundos.

Lo puedes ver en el vídeo de arriba. El software, que se demostró recientemente en la conferencia

Siggraph 2013, lo han creado los programadores Tao Chen, Zhe Zhu, Ariel Shamir, Shi-Min Hu y Daniel

Cohen-Or. Permite delimitar los bordes de un objeto en una fotografía y automáticamente convertirlo

en un modelo 3D que se puede rotar, duplicar y transformar como se quiera.

No emplea escáneres 3D, ni múltiples imágenes, ni interfaces que solo un profesional sabría utilizar. El

software lo hace todo de forma automática. El sueño de muchos diseñadores gráficos y profesionales en

animación y post-producción, hecho realidad.

Software de gráficos 3D

Blender, un programa de modelado y animación en 3D.

El Software de gráficos 3D es el conjunto de aplicaciones que permiten la creación y manipulación de

gráficos 3D por computadora. Estas aplicaciones son usadas tanto para la creación de imágenes como en

la animación por computadora.

Aplicaciones para gráficos 3D

A pesar de haber muchas aplicaciones de modelado y animación 3D, algunas de las que se han ganado la

mayor popularidad son:

3D Studio Max: 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.

Es el líder en el desarrollo 3D de la industria del videojuego y es muy utilizado a nivel amateur.

Blender: Programa de creación de contenido 3D que abarca desde el modelado y animación hasta la

composición y renderización de complejas escenas en 3D. Es software libre, y cuenta con características

como soporte para programación bajo Python con un amplia gama de script en constante desarrollo,

posee un engine robusto para la programación de juegos, un motor de render propio y una comunidad

de usuarios totalmente abierta y dispuesta a colaborar.

Lightwave 3D: Fue originalmente desarrollado por Amiga Computers a principios de la década de los 90.

Más tarde evolucionó en un avanzado paquete gráfico y animación 3D. Actualmente disponible para

Windows, Mac OS y Mac OS X. El programa consiste en dos componentes: el modelador y el editor de

escena. Es utilizado en multitud de productoras de efectos visuales como Digital Domain.

Maya: Es quizá el software más popular en la industria, por lo menos hasta 2003. Es utilizado por

multitud de importantes estudios de efectos visuales en combinación con RenderMan, el motor de

render fotorrealista de Pixar.

Softimage XSI: 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.

Junto a estas aplicaciones, hay otras que no se han ganado la aceptación general, pero que

proporcionan avanzadas características. Algunas son:

Caligari trueSpace: una aplicación 3D integrada, con una interfaz 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.

Moray: Modelador para POV-Ray.

POV-Ray: Un avanzado programa 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.

RealSoft3D: Modelador 3D para Linux y Windows. Incluye rénder.

Rhinoceros 3D: Un potente modelador bajo NURBS.

SketchUp: Programa de modelado 3D adquirido por Google. Existe una version gratuita y una verison

SketchupPro. La razón por la que Google adquirió SketchUp (antes llamado @Last Software) es para

mejorar los plugins del programa de mapas en 3D Google Earth, Trimble adquirio Sketchup de Google en

el 2012.