modelación 3d
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Trabajo relacionado con el modelado en 3DTRANSCRIPT
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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.