CONCEPTOS MODELADO Y COMPOSICIÓN EN 3D INTRODUCCIÓN

Transcripción

1 INTRODUCCIÓN Un objeto es 3D, por tener tres dimensiones (largo, ancho y profundidad) el dispositivo que estás manipulando para ver esto ahora, ocupa un lugar en el espacio y posee las características anterior mencionadas, en base a este fundamento el entorno en el que se vive es un espacio tridimensional. En la computación un modelo 3D es un mundo conceptual con características tridimensionales y lo podemos visualizar de dos formas distintas. Desde un punto de vista técnico es un grupo de cálculos y formulas matemáticas que describen el mundo tridimensional. Ahora desde un contexto visual, un modelo 3D es una representación esquemática visible a través de un conjunto de objetos y elementos con sus respectivas propiedades (Textura, Iluminación, sombras, reflejos ) que una vez renderizado o procesado se convertirá en una imagen o animación 3D El diseñador por lo general maneja o manipula el diseño visual 3D, dejando las formulas y cálculos a procesos computacionales, porque el modelo visual representa más a la imagen 3D que se mostrará al final. Existe software de modelado en 3D, que permiten una fácil creación y modificación de objetos en tres dimensiones. Estas herramientas suelen tener objetos básicos poligonales (esferas, triángulos, cuadrados, etc.) para ir armando el modelo. Además suelen contar con herramientas para la generación de efectos de iluminación, texturizado, animación, transparencias, etc. Algunas aplicaciones de modelado son 3D Studio Max, Alias, Blender, Cheetah3D, Cinema 4D, GenerativeComponents, Houdini, LightWave, Maya, MilkShape 3D, modo Rhinoceros 3D, Softimage XSI, truespace, ZBrush, etc. La aplicación modelos 3D se ha diversificado en muchos campos entre ellos, diseño de productos, simulación de procesos industriales, arquitectura, cine, videojuegos, etc. 1

2 ESTRUCTURA DE CONTENIDO INTRODUCCIÓN...1 MAPA CONCEPTUAL CONCEPTOS BÁSICOS DE 3D Espacio tridimensional FUNDAMENTOS BÁSICOS DEL MODELADO EN 3D Estructuras Predefinidas Box Modeling NURBS Modeling Operaciones Booleanas Extrude Lathe Loft Sistema de Partículas Modelos por Texturas COMPOSICIÓN DE LA ESCENA Iluminación de la escena TESSELATION Y MALLAS RENDERIZADO...12 Glosario...13 Bibliografía...15 Control del documento...16 Creative commons

3 MAPA CONCEPTUAL 3

4 1 CONCEPTOS BÁSICOS DE 3D 1.1. Espacio tridimensional El espacio 3D es un espacio matemático virtual creado por el programa de diseño 3D.Este espacio está definido por un sistema cartesiano de tres ejes: X, Y, Z. El punto donde salen las líneas virtuales que definen los ejes se llama origen y sus coordenadas son (0, 0, 0). En este espacio virtual se crean, modifican y disponen los diferentes objetos tridimensionales que van a componer la escena. Y Punto: Es el elemento fundamental de construcción de los programas de diseño 3D. La posición en el espacio de cada punto es definido con un grupo de coordenadas X,Y,Z. - Dimensión 0. Punto Línea Línea: Definida por el recorrido más corto del espacio entre dos puntos en cualquier dirección. - 1ra Dimensión. Z Volumen X Plano: Definido por la extensión de la línea en dirección perpendicular. - 2Da Dimensión. Plano Volumen (objeto): Definido por la prolongación del plano en dirección perpendicular. - 3ra Dimensión. El modelado consiste en ir dando forma a objetos individuales que luego serán usados en la escena. Existen diversas técnicas de modelado; Constructive Solid Geometry, modelado con NURBS y modelado poligonal son algunos ejemplos. Los procesos de modelado pueden incluir la edición de la superficie del objeto o las propiedades del material (por ejemplo, color, luminosidad, difusión, especularidad, características de reflexión, transparencia u opacidad, o el índice de refracción), agregar texturas, mapas de relieve (bump-maps) y otras características. El proceso de modelado puede incluir algunas actividades relacionadas con la preparación del modelo 3D para su posterior animación. A los objetos se les puede asignar un esqueleto, una estructura central con la capacidad 4

5 de afectar la forma y movimientos de ese objeto. Esto ayuda al proceso de animación, en el cual el movimiento del esqueleto automáticamente afectara las porciones correspondientes del modelo. El modelado puede ser realizado por programas dedicados (como Blender, Lightwave 3D, Rhinoceros 3D o Moray), un componente de una aplicación (Shaper, Lofter en 3D Studio) o por un lenguaje de descripción de escenas (como en POV-Ray). En algunos casos, no hay una distinción estricta entre estas, el modelado es sólo una parte del proceso de creación de escenas (por ejemplo, con CaligaritrueSpace). 2. FUNDAMENTOS BÁSICOS DEL MODELADO EN 3D El 3D es una mera representación de coordenadas, que conforman estructuras envueltas por una textura.por tanto, primero se deben construir un modelo, para ello hay técnicas de modelado comunes, en las cuales se encuentran: 2.1. Estructuras Predefinidas Aquellas estructuras ya armadas por el sistema. Existen tres tipos: Primitivas Caja Cono Esfera Geoesfera Cilíndro Tubo Pirámide Tetera Anillo Plano 5

6 Primitivas Extendidas Hedra Nudo Toroide Caja Redondeada Cílindro Redondeado Tanque de Aceite Cápsula Sprindle Forma L Gengon Forma C Anillo ondulado Prisma Librerias Escaleras Paredes Formas armadas Ventanas Árboles Puertas Todas estas estructuras nos sirven para modelar objetos o escenas más complejas a partir de ellas. Por ejemplo, con 3 cajas podríamos armar una escena para una habitación. 6

7 2.2. Box Modeling Como su nombre lo indica, es el modelado de figuras complejas a través de una caja. Empleando un modificador de mallas, Edith Mesh, podrán ir extendiendo la caja, convirtiéndola en otra cosa NURBS Modeling Es una técnica para construir mallas de alta complejidad, de aspecto orgánico ó curvado, que emplea como punto de partida splines (figuras 2D) para mediante diversos métodos, crear la malla 3D anidando los splines. Punto de control Control Poligonal 2.4. Operaciones Booleanas Consiste, en tomar dos mallas y aplicarles una de tres operaciones booleanas disponibles: Resta: resta dos figuras A B ó B A. Intersección: da como resultado sólo lo que esta tocándose de ambas figuras. Unión: funde ambas figuras creando una única nueva. 7

8 2.5. Extrude Lathe Son dos técnicas que a partir, de una figura 2D (spline) crea el volumen. Extrude Da profundidad a un objeto 2D. Extiende la profundidad. Lathe Tomando un spline, lo reproduce por un eje en toda su rotación. Ideal para botellas, copas, y demás objetos sin diferencia en sus costados. Aunque puede combinarse con otra técnica luego, y crear por ejemplo, una tasa Loft Se deben emplear 2 ó más splines, para crear una malla 3D continua. El primer spline, funciona como path (camino) mientras que los demás, dan forma, extendiéndose, a traves del path. Ideal para crear cables, botellas, etc. 8

9 CONCEPTOS MODELADO Y COMPOSICIÓN EN 3D 2.7. Sistema de Partículas Es como su nombre lo indica, un sistema de partículas (proyección de formas geométricas, de forma controlada mediante parámetros varios tales como choque, fricción y demás). Es combinable, con efectos de dinámica y deformadores. Es ideal para crear humo, agua, ó cualquier cosa que sea muchos objetos y repetitivos Modelos por Texturas Este tipo de modelado, si es que se lo puede denominar así, en vez de emplear deformadores en la malla, engañan la vista, con mapas del canal alpha (transparencia) para crear recortes, ó engaños directos de relieve (con un canal especial para esto independiente del de relieve) para crear terrenos por ejemplo. Es un tipo de modelado, usado mucho para abstractos en 3D, y no es muy difícil de emplear, simplemente se deben manipular los canales para engañar la vista. 9

10 3. COMPOSICIÓN DE LA ESCENA Esta etapa involucra la distribución de objetos, luces, cámaras y otras entidades en una escena que será utilizada para producir una imagen estática o una animación. Si se utiliza para Animación, esta fase, en general, hace uso de una técnica llamada Keyframing, que facilita la creación de movimientos complicados en la escena. Con la ayuda de la técnica de keyframing, en lugar de tener que corregir la posición de un objeto, su rotación o tamaño en cada cuadro de la animación, solo se necesita marcar algunos cuadros clave (keyframes). Los cuadros entre keyframes son generados automáticamente, lo que se conoce como Interpolación. La iluminación es un aspecto importante de la composición de la escena, que contribuye al resultado estético y a la calidad visual del trabajo terminado. Por eso, puede ser un arte difícil de dominar. Los efectos de iluminación pueden contribuir en gran medidaal humor y la respuesta emocional generada por la escena, algo que es bien conocido por fotógrafos y técnicos de iluminación teatral. 3.1 Iluminación de la escena La intensidad de la luz que se observa en cada superficie de un objeto depende del tipo de fuentes de luz situadas en la vecindad y de las características de la superficie del objeto. Algunos objetos tienen superficies brillantes y algunos tienen superficies opacas o mate. Además, algunos objetos se construyen con materiales opacos, mientras que otros son más o menos transparentes. Un modelo de sombreado para producir intensidades realistas sobre superficies de un objeto debe tomar en consideración estas diversas propiedades. 10

11 Cuando se observa un objeto, se percibe la intensidad de luz reflejada de sus superficies. La luz que se refleja de las superficies proviene de las diversas fuentes de luz que rodean al objeto. Si el objeto es transparente, también se percibe luz de cualquier fuente que pueda estar situada detrás del mismo. Las fuentes de luz que iluminan un objeto son de dos tipos básicos: Fuentes emisoras de luz Entre las que se incluyen los focos y el Sol. Fuentes reflectoras de luz Son superficies iluminadas de otros objetos, como las paredes de un cuarto, que están próximas al objeto que se está observando. Una superficie que no está expuesta directamente a una fuente emisora de luz seguirá siendo visible si se iluminan los objetos circunvecinos. Las múltiples reflexiones de luz que proviene de estos objetos cercanos se combinan para producir una iluminación uniforme denominada luz ambiente o bien luz de fondo. 4. TESSELATION Y MALLAS El proceso de transformar la representación de objetos, como el punto medio de coordenadas de una esfera y un punto en su circunferencia, en una representación poligonal de una esfera, se conoce como tesselation. Este paso es usado en el rénder basado en polígonos, donde los objetos son descompuestos de representaciones abstractas primitivas como esferas, conos, etcétera, en las denominadas mallas, que son redes de triángulos interconectados. 11

12 Las mallas de triángulos son populares ya que está probado que son fáciles de renderizar usando Scanlinerendering. Las representaciones poligonales no son utilizadas en todas las técnicas de rénder, y en estos casos, el paso de tesselation no es incluido en la transición de representación abstracta y la escena renderizada. 5. RENDERIZADO El renderizado es un proceso de cálculo complejo desarrollado por un ordenador destinado a generar una imagen 2D a partir de una escena 3D. Así podría decirse que en el proceso de renderización, la computadora interpreta la escena 3D y la plasma en una imagen 2D. La renderización se aplica a los gráficos por ordenador, más comúnmente a la infografía. En infografía este proceso se desarrolla con el fin de imitar un espacio 3D formado por estructuras poligonales, comportamiento de luces, texturas, materiales, animación, simulando ambientes y estructuras físicas verosímiles, etc. Una de la partes más importantes de los programas dedicados a la infografía son los motores de render los cuales son capaces de realizar técnicas complejas como radiosidad, raytrace (trazador de rayos), canal alpha, reflexión, refracción, iluminación global, etc. Cuando se trabaja en un programa de diseño 3D por computadora, no es posible visualizar en tiempo real el acabado final deseado de una escena 3D compleja ya que esto requiere una potencia de cálculo demasiado elevada. Por lo que se opta por crear el entorno 3D con una forma de visualización más simple y técnica y luego generar el lento proceso de renderización para conseguir los resultados finales deseados. 12

13 GLOSARIO Alphachannel: En el formato de representación de imágenes dividiéndolos en los colores primarios Rojo, Verde y Azul (canales RGB) se añade un cuarto canal (alpha) el cual indica la cantidad de transparencia tiene la imagen respecto al fondo utilizado para mostrarla. Bump: Textura o imagen utilizada para modificar la normal de reflexión de la fuente de luz sobre un objeto, dando la apariencia de rugosidades. Curva bezier: Tipo de curva de enésimo grado que se genera a partir de líneas guía. Esta curva tiene la particularidad de ser tangente a las rectas guía en el punto de referencia perteneciente a ambas. Environmentmap: Tipo de textura utilizada para simular reflexiones sobre los objetos. Consiste en calcular las vistas de la escena desde el punto de vista del objeto y luego realizar una proyección sobre la superficie del mismo. Extrusion: Proceso mediante el cual parte de un volumen es trasladado en una dirección dejando un rastro volumétrico. Por ejemplo si se extruye un círculo en dirección perpendicular al plano que lo contiene se obtiene un cilindro. Frame: Cuadro o imagen individual de las que componen una animación. La sucesión de Frames consecutivos con pequeñas diferencias producen la ilusión de movimiento. La velocidad de la animación se mide en Frames por segundo o fr/s. Lattice: Rejilla de la que está compuesta una superficie 3D, esta rejilla esta formada por curvas bezier. Mesh: Término que se refiere a una figura en 3D, en general que esté formada por polígonos. Metaball: Objeto 3D constituido por un cuerpo volumétrico similar a la gota de un líquido. Varios objetos metaball tienden a fundirse cuando se colocan en coordenadas muy cercanas o solapadas. 13

14 Nurb: Objeto 3D que es generado mediante curvas bezier. Existen superficies nurb, así como curvas nurb que es algo así como una curva bezier 3D. Render: Término que se refiere a la generación de un FRAME o imagen individual. El Render consume potencia de cómputo debido a los cálculos necesarios según el número de objetos, luces y efectos en la escena y según el punto de vista de la cámara. Textura: Imagen proyectada sobre parte o la totalidad de la superficie de un objeto para darle apariencia fotorrealistica. Existen texturas procedimentales (calculadas) o texturas de mapa de imagen. Wireframe: Forma de presentación de los objetos 3D en pantalla por medio de alambres o líneas que representan el volumen. 14

15 BIBLIOGRAFÍA Modelado 3D y Composición de objetos, Universidad de Salamanca Departamento de Informá tica y Automá ticainformá ticagrá fi ca, en pdfrecuperado el 03 de Septiembre dede

16 Control de documento Construcción Objeto de Aprendizaje Coceptos Modelado y Composición en 3D Desarrollador de contenido Experto temático Asesor pedagógico Compilador: Jesualdo Morantes Meza Universidad de Salamanca Departamento de Informática y Automática Luis Antonio Suárez Martínez Maria Teresa Camargo Serrano Producción Multimedia Programador Líder expertos temáticos Líder línea de producción Tirso Fernán Tabares Carreño Víctor Hugo Tabares Carreño Roberto Chajín Tatiana Acosta patiño Santiago Lozada Garcés Atribución, no comercial,compartir igual Este material puede ser distribuido, copiado y exhibido por terceros si se muestra en los créditos. No se puede obtener ningún beneficio comercial y las obras derivadas tienen que estar bajo los mismos términos de licencia que el trabajo original. 16