Gráficos 3D por computadora

Gráficos que utilizan una representación tridimensional de datos geométricos.

Ver también: Gráficos por computadora (ciencias de la computación) y Gráficos por computadora

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Gráficos por computadora tridimensionales (3D)
Fundamentos
Modelado Exploración Representación Impresión
Usos primarios
Modelos 3D Diseño asistido por ordenador Diseño gráfico Videojuegos Efectos visuales Visualización Ingeniería virtual Realidad virtual Cinematografía virtual
Temas relacionados
Imágenes generadas por computadora (CGI) Animación ordenador esquelético Pantalla 3D Modelo de estructura de alambre Mapeado de texturas Captura de movimiento Simulación de multitudes Iluminación global Representación de volumen
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Gráficos de ordenador en 3D , o en tres dimensiones de gráficos de ordenador (en contraste con 2D de gráficos de ordenador ), son gráficos que utilizan un tridimensional representación de datos geométricos (a menudo cartesiano ) que se almacena en el ordenador para los fines de la realización de cálculos y de la representación 2D imágenes . Las imágenes resultantes pueden almacenarse para verlas más tarde (posiblemente como una animación ) o mostrarse en tiempo real . A diferencia de la película 3D y técnicas similares, el resultado es bidimensional, sin la ilusión de ser sólido.

Los gráficos de computadora 3D se basan en muchos de los mismos algoritmos que los gráficos vectoriales de computadora 2D en el modelo de estructura de alambre y los gráficos de trama de computadora 2D en la pantalla renderizada final. En el software de gráficos por computadora, las aplicaciones 2D pueden usar técnicas 3D para lograr efectos tales como iluminación y, de manera similar, 3D puede usar algunas técnicas de renderizado 2D.

Los objetos en los gráficos por computadora en 3D a menudo se denominan modelos en 3D . A diferencia de la imagen renderizada, los datos de un modelo están contenidos en un archivo de datos gráficos. Un modelo 3D es una representación matemática de cualquier objeto tridimensional ; un modelo no es técnicamente un gráfico hasta que se muestra. Un modelo puede mostrarse visualmente como una imagen bidimensional a través de un proceso llamado renderizado 3D , o puede usarse en simulaciones y cálculos informáticos no gráficos . Con la impresión 3D , los modelos se renderizan en una representación física 3D real de sí mismos, con algunas limitaciones en cuanto a la precisión con la que el modelo físico puede coincidir con el modelo virtual.^[1]

Historia

Artículo principal: Historia de la animación por computadora

A William Fetter se le atribuye haber acuñado el término gráficos por computadora en 1961 ^{[2] [3]} para describir su trabajo en Boeing . Una de las primeras manifestaciones de la animación por ordenador fue Futureworld (1976), que incluyó una animación de un rostro humano y una mano que había aparecido originalmente en el 1971 corto experimental Un ordenador de mano animado , creado por la Universidad de Utah estudiantes Edwin Catmull y Fred Parke . ^[4]

El software de gráficos por computadora en 3D comenzó a aparecer para las computadoras domésticas a fines de la década de 1970. El primer ejemplo conocido es 3D Art Graphics , un conjunto de efectos gráficos 3D por computadora, escrito por Kazumasa Mitazawa y lanzado en junio de 1978 para Apple II . ^{[5] [6]}

Resumen

La creación de gráficos por computadora en 3D se divide en tres fases básicas:

1. Modelado 3D : el proceso de formar un modelo informático de la forma de un objeto.
2. Diseño y animación : la ubicación y el movimiento de objetos dentro de una escena.
3. Representación 3D : los cálculos informáticos que, según la ubicación de la luz, los tipos de superficie y otras cualidades, generan la imagen.

Modelado

Artículo principal: modelado 3D

El modelo describe el proceso de dar forma a un objeto. Las dos fuentes más comunes de modelos 3D son aquellas que un artista o ingeniero crea en la computadora con algún tipo de herramienta de modelado 3D , y los modelos escaneados en una computadora a partir de objetos del mundo real (el modelado poligonal, el modelado de parches y el modelado NURBS son algunos de los más populares). herramientas utilizadas en modelado 3D). Los modelos también se pueden producir de forma procedimental o mediante simulación física . Básicamente, un modelo 3D se forma a partir de puntos llamados vértices que definen la forma y forman polígonos . Un polígono es un área formada por al menos tres vértices (un triángulo). Un polígono de n puntos es un n-gon. ^[7] La integridad general del modelo y su idoneidad para su uso en animación dependen de la estructura de los polígonos.

Diseño y animación

Artículo principal: animación por computadora

Antes de renderizar en una imagen, los objetos deben colocarse en una escena . Esto define las relaciones espaciales entre los objetos, incluida la ubicación y el tamaño . La animación se refiere a la descripción temporal de un objeto (es decir, cómo se mueve y se deforma con el tiempo. Los métodos populares incluyen fotogramas clave , cinemática inversa y captura de movimiento ). Estas técnicas se utilizan a menudo en combinación. Al igual que con la animación, la simulación física también especifica el movimiento.

Materiales y texturas

Los materiales y las texturas son propiedades que utiliza el motor de renderizado para renderizar el modelo. Se pueden dar al modelo materiales para decirle al motor de renderizado cómo tratar la luz cuando golpea la superficie. Las texturas se usan para dar color al material usando un mapa de color o albedo, o para dar características de la superficie usando un mapa de relieve o un mapa normal . También se puede utilizar para deformar el propio modelo mediante un mapa de desplazamiento .

Renderizado

Artículo principal: renderizado 3D

El renderizado convierte un modelo en una imagen simulando el transporte de luz para obtener imágenes fotorrealistas o aplicando un estilo artístico como en el renderizado no fotorrealista . Las dos operaciones básicas en el renderizado realista son el transporte (cuánta luz pasa de un lugar a otro) y la dispersión (cómo interactúan las superficies con la luz). Este paso generalmente se realiza utilizando un software de gráficos por computadora en 3D o una API de gráficos en 3D . La modificación de la escena en una forma adecuada para la renderización también implica la proyección 3D , que muestra una imagen tridimensional en dos dimensiones. Aunque el modelado 3D y el software CAD también pueden realizar renderizado 3D (p. Ej.,Autodesk 3ds Max o Blender ), también existe un software de renderizado 3D exclusivo (por ejemplo, Octane Rendering Engine de OTOY , Maxon's Redshift)

Ejemplos de renderizado 3D

Extremo izquierdo: una representación 3D con trazado de rayos y oclusión ambiental usando Blender y YafaRay

Centro izquierda: un modelo 3D de un acorazado clase Dunkerque renderizado con sombreado plano

Centro a la derecha: durante el paso de renderizado 3D , el número de reflejos que pueden tomar los "rayos de luz", así como varios otros atributos, se pueden adaptar para lograr el efecto visual deseado. Renderizado con Cobalt .

Extremo derecho: Experimente Curiosity , una aplicación web en tiempo real que aprovecha las capacidades de renderizado 3D de los navegadores ( WebGL )

Software

El software de gráficos por computadora en 3D produce imágenes generadas por computadora (CGI) a través de modelado 3D y renderizado 3D o produce modelos 3D con fines analíticos, científicos e industriales.

Formatos de archivo

Artículo principal: Lista de formatos de archivo § Gráficos 3D

Hay muchas variedades de archivos que admiten gráficos 3D, por ejemplo, archivos Wavefront .obj y archivos .x DirectX. Cada tipo de archivo generalmente tiende a tener su propia estructura de datos única.

Se puede acceder a cada formato de archivo a través de sus respectivas aplicaciones, como archivos DirectX y Quake . Alternativamente, se puede acceder a los archivos a través de programas independientes de terceros o mediante la descompilación manual.

Modelado

Artículo principal: software de modelado 3D

El software de modelado 3D es una clase de software de gráficos por computadora en 3D que se utiliza para producir modelos 3D. Los programas individuales de esta clase se denominan aplicaciones de modelado o modeladores.

Los modeladores 3D permiten a los usuarios crear y modificar modelos a través de su malla 3D . Los usuarios pueden agregar, restar, estirar y cambiar la malla a su gusto. Los modelos se pueden ver desde una variedad de ángulos, generalmente simultáneamente. Los modelos se pueden girar y la vista se puede acercar y alejar.

Los modeladores 3D pueden exportar sus modelos a archivos , que luego se pueden importar a otras aplicaciones siempre que los metadatos sean compatibles. Muchos modeladores permiten que los importadores y exportadores estén conectados , para que puedan leer y escribir datos en los formatos nativos de otras aplicaciones.

La mayoría de los modeladores 3D contienen una serie de características relacionadas, como trazadores de rayos y otras alternativas de renderizado e instalaciones de mapeo de texturas . Algunos también contienen funciones que admiten o permiten la animación de modelos. Algunos pueden generar video de movimiento completo de una serie de escenas renderizadas (es decir, animación ).

Diseño asistido por computadora (CAD)

Artículo principal: Diseño asistido por computadora

El software de diseño asistido por computadora puede emplear las mismas técnicas fundamentales de modelado 3D que utiliza el software de modelado 3D, pero su objetivo es diferente. Se utilizan en ingeniería asistida por ordenador , fabricación asistida por ordenador , análisis de elementos finitos , la gestión del ciclo de vida del producto , la impresión 3D y diseño arquitectónico asistido por ordenador .

Herramientas complementarias

Después de producir el video, los estudios editan o componen el video utilizando programas como Adobe Premiere Pro o Final Cut Pro en el nivel medio, o Autodesk Combustion , Digital Fusion , Shake en el nivel superior. El software Match Moving se usa comúnmente para hacer coincidir video en vivo con video generado por computadora, manteniendo los dos sincronizados mientras la cámara se mueve.

El uso de motores de gráficos por computadora en tiempo real para crear una producción cinematográfica se llama machinima . ^[8]

Comunidades

Hay una multitud de sitios web diseñados para ayudar, educar y apoyar a los artistas gráficos 3D. Algunos son administrados por desarrolladores de software y proveedores de contenido , pero también hay sitios independientes. Estas comunidades permiten a los miembros buscar consejos, publicar tutoriales, proporcionar reseñas de productos o publicar ejemplos de su propio trabajo. ^{[ cita requerida ]}

Diferencias con otros tipos de gráficos por computadora

Distinción de los gráficos 2D fotorrealistas

Ver también: Naturaleza muerta § siglo XXI

No todos los gráficos por computadora que aparecen en 3D se basan en un modelo de estructura alámbrica . Los gráficos por computadora en 2D con efectos fotorrealistas en 3D a menudo se logran sin modelado de estructura metálica y, a veces, son indistinguibles en la forma final. Algunos programas de arte gráfico incluyen filtros que se pueden aplicar a gráficos vectoriales 2D o gráficos rasterizados 2D en capas transparentes. Los artistas visuales también pueden copiar o visualizar efectos 3D y renderizar manualmente efectos fotorrealistas sin el uso de filtros.

Pseudo -3D y verdadero 3D

Artículo principal: 2.5D

Algunos videojuegos utilizan proyecciones restringidas de entornos tridimensionales, como gráficos isométricos o cámaras virtuales con ángulos fijos , ya sea como una forma de mejorar el rendimiento del motor del juego o por cuestiones de estilo y juego. Se dice que estos juegos utilizan gráficos pseudo-3D . Por el contrario, se dice que los juegos que usan gráficos de computadora en 3D sin tales restricciones usan 3D real .

Ver también

Gráficos y software

• Glosario de gráficos por computadora
• Comparación de software de gráficos por computadora en 3D
• Unidad de procesamiento de gráficos (GPU)
• Dispositivos de salida gráfica
• Lista de software de gráficos por computadora en 3D
• Lista de software de modelado 3D
• Lista de software de renderizado 3D
• Gráficos por computadora en tiempo real
• Reflexión (gráficos por computadora)
• Representación (gráficos por computadora)

Campos de uso

• Adquisición de datos 3D y reconstrucción de objetos
• Controlador de movimiento 3D
• Proyección 3D en planos 2D
• Reconstrucción 3D
• Reconstrucción 3D a partir de múltiples imágenes.
• Anaglifo 3D
• Sombreado de cel
• Animación por computadora
• Visión por computador
• Geometría digital
• Procesando imagen digital
• Herramienta de desarrollo de juegos
• Motor de juegos
• Tuberías de geometría
• Procesamiento de geometría
• Gráficos
• Gráficos isométricos en videojuegos y pixel art
• Editor de niveles
• Lista de videojuegos estereoscópicos
• Animación médica
• Render granja
• SIGGRAPH
• Estereoscopia
• Cronología de la animación por computadora en cine y televisión
• Gráficos de videojuegos

Referencias

1. "Gráficos 3D por computadora" . ScienceDaily . Consultado el 19 de enero de 2019 .
2. "Una cronología histórica de animación y gráficos por computadora" . Archivado desde el original el 10 de marzo de 2008 . Consultado el 22 de julio de 2009 .
3. "Gráficos por computadora" .
4. " Mano hecha en Utah del fundador de Pixar agregada al Registro Nacional de Películas" . El Salt Lake Tribune . 28 de diciembre de 2011 . Consultado el 8 de enero de 2012 .
5. "Software de lujo brutal" . www.brutaldeluxe.fr .
6. "PROYECTOS Y ARTÍCULOS Recuperación de programas japoneses de Apple II" . Archivado desde el original el 5 de octubre de 2016 . Consultado el 26 de marzo de 2017 .
7. Simmons, Bruce. "n-gon" . MathWords . Archivado desde el original el 15 de diciembre de 2018 . Consultado el 30 de noviembre de 2018 .
8. "Machinima" . Archivo de Internet . Consultado el 12 de julio de 2020 .

Enlaces externos

Wikimedia Commons tiene medios relacionados con gráficos por computadora en 3D .

Busque gráficos de computadora en Wiktionary, el diccionario gratuito.

• Una historia crítica de los gráficos por computadora y la animación ( copia de Wayback Machine )
• Cómo funcionan las cosas: gráficos 3D
• Serie de artículos sobre Historia de los gráficos por computadora (copia de Wayback Machine)
• Cómo funciona 3D : explica el modelado 3D para un manuscrito iluminado