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Modelación 3D

Concepto, carrera y profesiones

05/12/2013

Realizado por Alejandro Domingo

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Modelación 3DEl término gráficos 3D por computadora (o por ordenador) se refiere a trabajos de arte gráfico que son creados con ayuda de computadoras yprogramas 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 lapintura. 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 modeladopoligonal 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.IluminaciónCreación 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 subsuperficiesIluminación globalEn 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 mas 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.AnimaciónLos 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 tridimensionalesLos 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:HistoriaForma 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 conceptualSe 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.SonidoDetallada descripción de todos los elementos sonoros que el juego necesita para su realización. Voces, sonidos ambientales, efectos sonoros y música.Mecánica de juegoEs 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 programaciónDescribe 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.ProducciónAquí 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.ProgramaciónLa 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.IlustraciónLos 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.InterfazEs 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 3DA 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.