Una animación histórica: James Blinn explicando los principios para conseguir el realismo en las imágenes 3D.
The quest for realism (James Blinn, 1980) YouTube
La animación está protagonizada por una tetera, una suerte de fetiche de la animación 3D desde que en 1975 Martin A. Newell la utilizó, como otros muchos informáticos harían posteriormente, para demostrar el funcionamiento de un algoritmo.
Para llegar al realismo mediante el uso de la informática, se requiere una tecnología, asi como un desarrollo matemático de todos los procesos que se llevan a cabo, paradigmas, ecuaciones, y principios de geometría.
Todo ello va ligado al diseño de modelos en 3D. La tetera Utah, se convirtió en un estándar para la representación visual de dichos avances tecnológicos. En torno a ella, giran las tecnologías de animación que hoy en día se pueden apreciar en cualquier película de animación 3D, efectos especiales en películas reales aplicados como efectos de post-producción.
La explicación que nos da James Blinn sobre el realismo en las imágenes en 3 dimensiones viene relacionada con conocimientos básicos/medios de infografía.
Primero en un área de unas dimensiones establecidas, creamos una malla que representará la “caja” contenedora del modelo en 3 dimensiones de la tetera. Éste modelo está compuesto por la unión de todos los vértices del modelo con sus aristas. Inicialmente no parece que sea una tetera, puesto que solo podemos visualizar líneas y puntos.
A la que se le aplica un color a la superficie compuesta por 3 vértices y 3 aristas ya se asemeja más a una tetera (el hecho de que sean triángulos y no cuadrados se debe a que para las tarjetas graficas, computacionalmente es más rápido calcular dos triángulos que un cuadrado). Sin embargo se puede apreciar que los bordes del objeto son totalmente rectos y no muestran ninguna semejanza con la realidad.
Mediante el cálculo matemático de las rectas normales de cada vértice y cada cara (entendiendo por cara la superficie de cada triangulo), se puede saber la orientación de cada vértice y cara, para así poder aplicar efectos de suavizado, conocidos como “smoothing”. Estas mismas rectas normales, se usan para el efecto de la iluminación, que grado de luminosidad tendrá cada superficie en función del tipo de luz, dirigida, focal, ambiental, etc.
Sin embargo, una tetera completamente lisa con un color invariado ni irregularidades, es tan perfecta, que pierde realismo. Para ello, se usan texturas que pueden ser aplicadas sobre el modelo, dando así el resultado deseado. Existen muchos tipos de aplicaciones de texturas, algunas muy efectivas, otras muy realistas, así como otras extremadamente realistas a la par que computacionalmente costosas. El “bump mapping” permite aplicar una textura al objeto, mientras que con las técnicas de iluminación, se pueden usar las normales de la textura para dar el realismo –se puede apreciar cuando se ve la tetera con los ladrillos-.
Otra tecnología que mejora el realismo en el desarrollo 3D, es la técnica de rayos, conocida como “Ray-Tracing”. Consiste en lanzar rayos o haces en una imagen o conjunto de imágenes; Si no hay ningún modelo u objeto con el que impacta, el rayo se pierde y no se pinta ni dibuja nada. Si el rayo impacta contra algún objeto, este calcula la normal del punto de impacto, y se refleja volviendo a dispararse en dirección al vector director de la normal del punto de impacto. Así sucesivamente hasta acabar el bombardeo de rayos o un tiempo límite establecido. Esta técnica es computacionalmente muy costosa, pero los resultados son asombrosos. Se pueden conseguir reflejos, transparencias, translucidez, o la sensación de una imagen real con el uso de Motion Blur en la imagen.
Ricard Martínez
junio 2010