Gràfics 3D per computadora

Els gràfics 3D per computadora o per ordenador (en anglés 3D computer graphics) són gràfics que utilisen una representació tridimensional de senyes geomètriques (a sovint cartesianos) que s'almagasenen en l'ordenador en el propòsit de realisar càlculs i representar imàgens 2D, que es poden almagasenar per a vore-les més vesprada o mostrar-les en temps real. Ademés, el terme es pot referir al procés de creació de dits gràfics, o al camp d'estudi de tècniques i tecnologia relacionades en els gràfics 3D. Un gràfic 3D diferix d'un bidimensional principalment per la forma en que ha segut generat. Este tipo de gràfics s'originen per mig d'un procés de càlculs matemàtics sobre entitats geomètriques tridimensionals produïdes en un ordenador, i el propòsit del qual és conseguir una proyecció visual en dos dimensions per a ser mostrada en una pantalla o impresa en paper. En general, l'art dels gràfics tridimensionals és similar a l'escultura o la fotografia, mentres que l'art dels gràfics 2D és anàlec a la pintura. En els programes de gràfics per computadora esta distinció és normalment difusa: algunes aplicacions 2D utilisen tècniques 3D per a alcançar certs efectes com a allumenament, mentres que algunes aplicacions 3D primàries fan us de tècniques 3d.

Image digitalisada d'objectes de vidre

Tetera dibuixada per mig de gràfic 3D

Història

Artícul principal → Història de l'animació per computadora.

William Fetter va falcar el terme de computació gràfica en 1961 per a descriure el seu treball en Boeing. Una de les primeres exhibicions d'animació per computadora va ser Futureworld (1976), que incloïa una animació d'un rostre humà i una mà que havia aparegut anteriorment en el curtmetrage experimental en 1972 denominat A Computer Animated Hand, creat pels estudiants Edwin Catmull i Fred Parke de l'Universitat de Path.

el software de gràfics 3D per computadora per a ordenadors domèstics va escomençar a aparéixer a finals dels anys 70. El primer eixemple conegut és 3D Art Graphics, un conjunt d'efectes gràfics 3D creat per Kazumasa Mitazawa i llançat en el mercat el juny de 1978 per al Apple II.

Creació de gràfics 3D

El procés de creació de gràfics 3D per computadora pot ser dividit en tres etapes bàsiques:

Modelació

L'etapa de modelació consistix en donar forma a objectes individuals que despuix seran usats en l'escena creada. Existixen diversos tipos de geometria per a modelar en NURBS i modelació poligonal o subdivisió de superfícies (en anglés subdivision surfaces). Ademés, existix un atre tipo cridat "modelació basada en imàgens" o en anglés image based modeling (IBM), que consistix en convertir una fotografia a 3D per mig de l'us de diverses tècniques, per eixemple, la fotogrametria el principal impulsor de la qual és Paul Debevec. Hi ha dos tipos de tècniques de modelar que són les més representatives dins de la modelació:

• Models representats per polígons: Un dels sistemes utilisat per l'ordenador per a representar qualsevol estructura són els polígons. Un gaveta té 6 cares, per lo tant, cada una d'elles es tracta d'un polígon; una piràmide es compon de 4 triànguls i una base quadrada. No obstant, una forma redonejada també es representa per mig de polígons, per eixemple, un baló de fútbol es compon de 12 pentàgons i 20 hexàgons.

• Models definits per les seues curves matemàtiques (NURBS i Patch): Actualment hi ha atres sistemes de modelació a on l'usuari treballa en superfícies curves definides matemàticament. Un cas és la circumferència, que es pot representar com un polígon de molts costats, pero també com una funció matemàtica entre dos variables: X i I (el conjunt dels punts d'un pla que equidistan d'un atre). Aixina mateix, l'usuari treballa en un programa vectorial (com Illustrator o Freehand) per a traçar curves perfectes en un modelador no poligonal, i també dispon de diferents tipos de ferramentes (NURBS, Spline, Patch, Bezier, etc.) per a crear superfícies curves complexes.

Composició de l'escena

Esta etapa tracta de distribuir els diferents elements (objectes, llums, cambres...) en una escena que serà utilisada per a produir una image estàtica o una animació. A continuació apareixen els diferents aspectes que formen part de la composició d'una escena:

• Ombra: Definició de la forma de les ombres dels objectes. Per a això s'utilisen materials denominats shaders, algoritmes que controlen l'incidència de la llum combinant textures en materials de tipo: anisotropía, Lambert, Blin, etc.

• Allumenament: Creació de llums puntuals, direccionals en àrea o volum, en distint color o propietats. Les lluïxes tipo omni generen rajos de llum en totes les direccions a diferència de les direccionals en les quals els rajos de llum es dirigixen a una sola direcció. Ademés, alguns programes s'ocupen de les lluïxes tipo dome que allumenen a tota l'escena, aixina també de llums que prenen paràmetros de laboratori de llànties reals. En relació en el color, es pot habilitar concorde a l'escena o composició que es desige conseguir i es pot configurar un ambient en colors càlits o fredor, els quals es conseguixen modificant els valors del RGB de cada una de les llums. No obstant, existix un atre concepte d'allumenament que és la Global (en anglés Global Ilumination), coneguda com un conjunt d'algoritmes que tracten de simular o aproximar com una llum, emesa per alguna font, rebota en cada superfície de l'escena allumenant espais, els quals la llum directa produïda per la font no alcançaria a allumenar.

Animació

l'animació en 3D és un procés complex, perque comporta la realisació prèvia d'atres processos com el disseny i modelació de l'objecte a animar. Consistix en la deformació o moviment dels objectes d'un model 3D a lo llarc del temps. Per a que hi haja animació, esta deformació o moviment deu variar en algun aspecte respecte al temps: canvi de llums i formes, moviment d'objectes i cambres, etc. Els objectes es poden animar a partir de:

• Transformacions bàsiques en els tres eixos (XYZ), rotació, escala i translació.
• Modificacions en formes:
  • Per mig d'esquelets: als objectes se'ls pot assignar un esquelet, una estructura central en la capacitat d'afectar la forma i moviments d'eixe objecte. Açò ajuda al procés d'animació, en el qual el moviment de l'esquelet automàticament afectarà les parts corresponents del model.
  • Per mig de deformadores: poden ser caixes de deformació (lattices) o qualsevol deformador que produïxca, per eixemple, una deformació sinusoidal.
  • Per mig de dinàmiques per a simulacions de roba, pèl, rígides d'objecte. Per una atra part, estes són les principals tècniques d'animació 3D que s'utilisen en l'actualitat:

• Tècnica de Motion Design: en esta tècnica es conseguix dotar de moviment real a un objecte tridimensional. El procés consta de captar els moviments utilisant sensors i marcadors que es coloquen sobre persones o objectes reals. Estos sensors i marcadors bolquen lo obtingut en els models 3D. Dita tècnica s'utilisa molt a sovint en el món dels videojocs.
• Tècnica de Stop Motion: esta tècnica nos permet animar objectes estàtics per mig de l'incorporació d'imàgens sense moviment algun. Una atra versió d'esta tècnica és el "go motion". En esta variant es registra l'animació fotograma per fotograma.

• Pixilación: esta tècnica té un gran semblat a la "stop motion". L'única gran diferència és que la pixilación no treballa ni representa objectes, sino a persones. El procés és el mateix que en l'anterior tècnica, es realisa per mig de la captura d'imàgens, ya siga usant una cambra de fotos o una de vídeo. Seguidament, estes imàgens es desplacen a una velocitat de 24 frames per segon (fps), no obstant, la velocitat pot ser distinta segons en quin format volem exportar el vídeo. D'esta manera, vàrem crear el moviment.
• Tècnica Hiperrealista: esta tècnica pretén que els personages i objectes animats siguen tan reals que coste treball diferenciar-els de la realitat. L'objectiu és que l'animació tridimensional siga lo més imperceptible possible.
• Tècnica de caricatura: esta tècnica intenta fer molt més simple la realitat per a crear personages i objectes ficticis que siguen divertits per a, per eixemple, els més chicotets.

• Tècnica de la Trencats còpia: Esta tècnica va ser molt utilisada per Disney, es caracterisa per gravar a persones fent el moviment, per a despuix calcar el moviment i aixina generar una animació mes realista, este tipo de tècnica va ser en vàries produccions de [3] de Disney una d'elles és Blanca neus i els 7 enanito. l'animació és molt important dins dels gràfics, perque en estes animacions s'intenta imitar a la realitat mateixa. Algunes experiències anteriors en l'àmbit de l'animació 3D són:

  

  Primera animació 3D (1972)

• La primera animació 3D: En l'any 1972, en l'universitat d'Utah, Edwin Catmull, actual fundador de Pixar, en l'ajuda dels seus companyers Fred Parke i Robert Ingerbretsen varen crear una de les primeres animacions digitals en 3D de l'història. La película va ser rodada en format Super 8, sense sons i, en blanc i negre.

• La primera película 3D: Toy Story, primera cinta cinematogràfica en efectes d'animació en tres dimensions, generant més de 550 millons de dólars en guanys produïda per Pixar. Despuix de l'adquisició de l'empresa per part de Disney, Edwin Catmull va assumir la presidència de Walt Disney Studios. Actualment, el món de l'animació 3D ha evolucionat en el fet que qualsevol persona té els mijos suficients per a poder crear una animació bàsica pròpia.

Renderizado

Artícul principal → Renderización.

Per mig del renderizado es conseguixen imàgens realistes

Es denomina renderizado al procés de representar una escena en 3D en una image 2D. És dir, en esta part es processa tot lo que és polígon, ombres, reflexos, allumenament, etc. per a donar imàgens realistes, açò es pot renderizar com una única image o com un vídeo format per molts fotogrames. el software de renderizado pot simular efectes cinematogràfics com centelleig de lent, profunditat de camp o desenfoque de moviment. Estos elements són un producte de les imperfeccions mecàniques de la fotografia física, pero la simulació de dits efectes aporten un element de realisme a l'escena. S'han desenrollat tècniques en el propòsit de simular efectes atmosfèrics o naturals com a pluja, fum, fòc, boira, etc. per mig del mostreig volumètric o càustiques (efecte de la llum en travessar superfícies refractantes). El procés de renderizado requerix simular una gran cantitat de processos físics complexos. A través dels anys, la capacitat de processament de les computadores ha aumentat, permetent un nivell superior de realisme en els rénders. Molts estudis de cine utilisen render farms (granja de renderizado) per a generar imàgens de forma més ràpida i eficaç. Un dels motors de rénder més coneguts i utilisats és V-Ray per la seua facilitat de configuració i pels seus resultats de bona calitat. Existixen diferents métodos de render tant per GPU o CPU, a banda de V-Ray existixen uns atres com, Arnold, Octane, Redshift, Corona, cycles, eevee.

Software de gràfics 3D

Artícul principal → Software de gràfics 3D.

Blender és un software de gràfics 3D

Existixen molts programes de gràfics 3D, que servixen per a distints processos, des de la creació d'imàgens, modelació, animació, etc. Alguns eixemples notables d'este tipo de software són: 3D Studio Max, Blender, Cinema4D, Lightwave 3D, Maya, entre uns atres.

API de gràfics tridimensionals

Els gràfics 3D s'han convertit en alguna cosa molt popular, particularment en videojocs, al punt que s'han creat interfaços de programació d'aplicacions (API) especialisades per a facilitar els processos en totes les etapes de la generació de gràfics per computadora. Estos interfaços han demostrat ser vitals per als desenrolladors d'hardware per a gràfics per computadora, ya que proveïxen un camí al programador per a accedir a l'hardware de manera abstracta, aprofitant les ventages de tal placa de video. Els següents interfaços per a gràfics per computadora són particularment populars:

• OpenGL
• Direct3D (subconjunt de DirectX per a produir gràfics interactius en 3D)
• RenderMan
• Metal
• Vulkan
• Mantle

Vore també

• Animació per computadora
• Cinemàtica directa
• Cinemàtica inversa
• Computació gràfica 2D
• Disseny assistit per computadora
• Infografía
• Kerkythea
• Renderisació
• SIGGRAPH
• VRML
• X3D
• YafRay
• Cinema 4d

Enllaços externs

Commons

• Wikimedia Commons alberga contingut multimèdia sobre gràfics 3D.
• © Al servici de la infografía i el 3D des de 1997.
• Galeria 3D, Mig sigle d'animacions per ordenador en tres dimensions (1962-2002)
• [4], Gràfics 3D per computadora
• Grup CEDIP, Creació de gràfics 3D
• [5], Escola Superior de Disseny de Barcelona