Gráfica computarizada

De Casiopea
Graficomput.jpg



TítuloGráfica computarizada
Año2012
AutorRaúl González
Tipo de PublicaciónManual
Edición2012
CiudadViña del Mar
Palabras Clave3D, cam, cad, bim, cae, cg, cgi, render, modelado, constraints, grafica, computarizada
LíneaFormación y Oficio
Carreras RelacionadasArquitectura, Diseño Industrial

En construccion, cuidado con impresiciones, inconsistencias, faltas ortograficas , de gramatica y coherencia general de la redaccion....

Historia del modelado 3D computarizado

http://en.wikipedia.org/wiki/History_of_computer_animation

1940s

Las primeras teorías para usar computadoras como herramientas gráficas datan de 1940, cuando Robert Issac Newton de Rhode Island ingresa en las computadoras funciones matemáticas que describen distintos tipos de curvas.

Fue posible ver de forma gráfica el comportamiento de formulas matemáticas en pantalla en tiempo real y de forma exacta. Pero las curvas en base a funciones matemáticas simples no resultan suficientes para poder hacer todo tipo de dibujos.

1950s

Respondiendo a lo anterior, en los años 50 se empieza a desarrollar las NURBS, acrónimo inglés de non-uniform rational B-spline o en español: B-splines racionales no uniformes.

1960s

Con la aparición de las imágenes computarizadas aparece el termino CGI (computer graphics illustration \ ilustración de gráficos computarizados) para referirse a ellos, específicamente hablando con el primer software de dibujo computarizado llamado Sketchpad de Massachusets en 1960.

Con Sketchpad era posible dibujar vectores en una pantalla, e incluso vincular estos utilizando “constraints” (restricciones). Haciendo posible por ejemplo dibujar un automóvil vectorial, para luego modificar el tamaño de las ruedas sin afectar el tamaño de la carrocería o viceversa, Sketchpad es el primer software CAD (computer aided design / diseño asistido por computadora).


Estos gráficos vectoriales también abrieron la posibilidad de los primeros juegos de videos, entre ellos Pong como uno de los primeros, si es que no el primero, y la aparición de la primera consola de juegos de video, el Odysey de Magnavox, hacia 1966.

Las imágenes CGI, CAD y juegos de video, si bien de rubros ligeramente distintos, evolucionarán juntos de aquí en adelante, retro-alimentándose entre si.

1970s

Estos softwares vectoriales parten implementándose en compañías automovilísticas y de aeronáutica desde 1964 con DAC-1 (design augmented by computer) en General Motors, y luego en 1971 con UNISURF en Renault (entre otros).

Pierre Bezier fue uno de los pioneros en el desarrollo de las NURBS, trabajaba en Renault, en paralelo Paul de Casteljau también trabajaba en estas, en Citröen. Ellos terminando creando las B-Splines (Bezier splines, curvas Bezier).

Las curvas NURBS fueron usadas por muchos años en aplicaciones CAD solo para automóviles.

En los ‘70s, la aparición del 3D ayuda a evolucionar el CAD de simples sketchs en vectores, a objetos volumétricos.

Inicio del CGI, en el campo artítico


En 1969 se funda la SIGGRAF (Special Interest Group in Graphics), y desde 1973 anualmente se hacen conferencias sobre los avances en las tecnologías de gráficas computacionales hasta la fecha.

En 1970 Edwin Catmull (presidente de Pixar), en ese entonces estudiante, se inmersa en las CGIs al ve la exposición de "Sketchpad", al igual que otros pioneros, como John Warnock (luego fundador de Adobe y creador de Postcript), también estaba Jim Clarck (fundador de Silicon Valley), todos compañeros de clase en ese entonces.


Primera Interfaz gráfica para usuarios, Xerox Parc 1973

Hacia los ‘80s, con la aparición de los procesadores de 16bits en los computadores personales (PCs) (como Conmodore, Amiga, Macintosh), los diseñadores e ingenieros empiezan a tomar en serio a las computadoras como herramientas viables y precisas para el trabajo gráfico. En esta década aparece el concepto e implementación de las GUIs (Graphical User Interface, o interfaces de usuario gráficas), cabe notar que las “gráficas” son uno de los 5 componentes de lo que es “multimedios” (gráfica (imagines o animación), filmaciones, sonido, interacción, y texto).

http://www.cgsociety.org/index.php/CGSFeatures/CGSFeatureSpecial/3d_rendering_history_part_1._humble_beginnings

CyberStudio Cad 3D, por Tom Hudson, 1986, para Atari ST

http://doudoroff.com/atari/

1980s

Objetos 3D de tipo “solido” aparecen en la década de los 80s, eso junto con la baja de precios introducida con la tecnología 16bit ayuda que se empiece a masificar.

En 1984 Pixar crea el primer corto CG “The Adventures of Andre and Wally B”.

Inicio de las grandes compañias

En 1981 aparece uno de los primeros grandes softwares CAD, Catia, luego en 1982, John Walker funda Autodesk lo que poco después lleva a la creación de Autocad. En 1988 es creado Pro/Engineer, que empieza la metodología de modelado por características y parámetros. Lo que llevará después en 1995 a la aparición de SolidWorks y posteriormente en 1999 a Autodesk Inventor.

http://www.youtube.com/watch?v=zHq4tdb7Agg

1990s

En la decada de los 90s el 3D se masifica, especialmente en el mundo de los juegos de video y cine, ejemplos importantes son Toy Story, The Matrix, entre otros.

En 1999 es presentado por primera vez Zbrush, y con este el esculpido digital.

2000s

A principios mismos de esta decada los graficos de computadora han logrado tal avance y tal realismo que un fenomeno no esperado se hizo evidente, el "uncanny valley" o "valle inquietante", este fenomeno, o mejor dicho hipotesis, consiste en una aversión o fuerte rechazo a un objeto o imagen que se acerca tanto a parecerse al real pero sin totalmente lograrlo, hay muchas teorias del porque exactamente este efecto es ocacionado, generalmente estas giran en torno a la alta calidad de inspeccion y analisis del ojo humano, al instinto preservativo del cerebro de detectar amenasas (escondidas detras de mentiras) o seres enfermos o carentes de vida. Esto lleva a ingenieros y artistias a analisar con mas detalle al cuerpo humano, ya no a nivel de anatomia sino visual y de movimiento, el proceso da como fruto la captura de los "reflectance fields" (campos de reflectancia) de la piel humana, utilizando analisis de "etapas de luz" (light stages). Dando como fruto un nuevo estilo de material computacional llamado Sub-Surface Scaterring (siglas SSS, en español: esparcimiento sub-superficial). Con este nuevo material es posible reproducir la piel humana con un nivel de detalle y calidad capaz de engañar a ojo humano finalmente. Software open source aparece, el más conocido Blender, también hacen su aparición softwares 3D de caracter más cercanos al publico general como Poser.

2010s

En esta decada se aprecia un cambio en el uso de las computadoras, ahora capaces de generar graficas en tiempo real casi tan realistas como aquellas vistas por los rederizadores (vease Playstation 3 y 4, y Xbox 360 y One). Las tarjetas de video estan empezando a ser capaces de hacer calculos raytrace casi en tiempo real, usando las tecnologias OpenCL o Cuda de Nvidia. Hasta la fecha no hay una tecnologia consolidada capaz de descartar a la otra, hay varias que vienen incluidas con varios softwares o suites de animacion y modelado 3D, pero no han sido capaces de entrar del todo a los flujos de trabajo a pesar de su disponibilidad. Camaras y softwares capaces de regenerar e interpretar la vida real y de forma automatica recrearla en archivos de computadoras tambien han hecho na fuerte aparicion, como ejemplos se puede mencionar 123D Catch de Autodesk y Kinect de Microsoft, en algunos casos aplicados sobre personas para tener una reproduccion altamente fidedigna del ser humano en ambientes virtuales, un caso famoso es el del juego de video L.A. Noir.

Tipos de Gráficos CGI

Raster image, mapa de bits

Un archivo de computadora, que en una grilla ortogonal 2-dimensional (mapa), cada espacio (pixel) contiene una secuencia de números (bits) que representan colores.

Un mapa de bits puede transformarse a vector (a veces incluso a información 3D, pero de forma distinta) utilizando alguna herramienta de “trazado”, pero esto es solo pedirle al computador que interprete bajo unos parámetros la imagen y la traduzca en vector como mejor pueda. Los resultados generalmente solo legando ser “aceptables”.

Vectores

El termino proveniente de la física, pero es levemente distinto en CGI, el vector es un segmento (línea) entre 2 puntos, estos pueden tener “manivelas” (handles) que permitirán a esta línea ser curva (curvas Bezier), generalmente tiene dirección pero esta casi siempre oculta.

Varios vectores pueden formar una figura geométrica cerrada (“polígono”, sea este con o sin segmentos curvos) cuyo centro puede estar rellenado de color.

Los vectores se pueden rasterizar, lo que es transformar a mapa de bits, siendo la única perdida la capacidad de cambiar de tamaño u orientación sin perdida de calidad.


Tridimensional

Evolución de los vectores (pero solo de los rectilíneos), los puntos se ubican en un espacio, y al estar unidos con líneas (edges) pueden formar 3 tipos de polígonos: Tris, Quads y N-gons (estos últimos pueden mostrar problemas de compatibilidad y suelen ser fuentes de todo tipo de errores gráficos). Otro nombre para los Tri es el de “faceta”, a veces también puede ser usado para describir un quad solo si este no pierde su forma plana.

Metodos de modelado 3D

Modelado poligonal, modelado por subdivisión

===Malla poligonal (polygon mesh)=== una red compuesta de tris o quads sin estructura o representación matemática capaz de describirla. Por lo mismo la única forma de estos de representar curvaturas es por medio del uso de un alto numero de polígonos.

Es el más común de todos, por su versatilidad y sobre todo velocidad y facilidad de uso, usado en juegos de video, cine, multimedios interactivos, etc.

Un polígono de malla, o mesh, no tiene volumen, no puede transformarse a otro tipo de objeto 3D (a excepción de esculpido de malla dinámica).

Ejemplos: 3D Studio, Maya, Blender, Softimage, Silo, Cinema 4D, entre otros.


Modelado por Curvas

===Superficies NURBS=== Curvas NURBS son curvas matemáticamente correctas, por ende a pesar de que el computador utilice facetas para representarlos gráficamente, estos son realmente curvos, el modelado con curvas NURBS puede tener propiedades de solidos y volumenes.

Usado esencialmente en diseño de objetos actualmente, es posible exportar a mesh y esculpido de malla dinámica. A veces a CAD.

Ejemplos: Alias Automotive/Surface/Design, Rhinoceros 3D, 3DMoi, entre otros.


Modelado Constructivo

===CAD=== es un estilo de modelado más restrictivo, su objetivo es que los objetos creados son lógicamente y físicamente posibles en la realidad, teniendo los objetos creados propiedades solidas y volumen calculable.

Usado en diseño de objetos y arquitectura, se puede exportar a mesh y esculpido malla dinámica.

Ejemplos: Autocad, Sketchup.

===Por medio de características=== relacionado con método BIM, tiene que ver con los pasos o herramientas usadas para llegar a una respectiva forma

Ejemplos: Inventor, SolidWorks, Pro/Engineer, Catia, Tekla, Revit, entre otros.


Esculpido

===Voxeles=== Es un pixel volumétrico (no confundir con “pixol”, unidad de software Zbrush, básicamente es un pixel normal que adicionalmente tiene información de eje Z), pero con solo información de existencia de volumen en una posición XYZ determinada, esta metodología de trabajo es similar al del mapa de bits, pero en el espacio 3D. Existe una grilla volumétrica en donde, de forma fija, cada cuadricula corresponde a un voxel. Gráficamente esto no es visible, siendo la representación grafica hecho usando mallas poligonales dinámicas que se actualizan en la medida que los voxels son modificados. Este método permite perforar un volumen por ser intrínsecamente volumétrico y solido, sin embargo no compatible con los volúmenes CAD.


Mallas poligonales dinámicas

Otro método de esculpido que utiliza la tecnología de los polígonos propiamente tales y esto los modifica emulando los resultados de los voxels, con la limitación de poder generar perforaciones por no tener ninguna característica volumétrica (es posible que esta limitación sea solventada, pero esta no implica que este método se vuelva volumétrico).

Usado esencialmente para ilustración, diseño conceptual sobre todo de personajes orgánicos digitales durante flujos de trabajo de juegos de video o cine. Se puede exportar a mesh.

Ejemplo: Zbrush, 3DCoat, Mudbox, Sculptris, entre otros.

Modelado destructivo

Más que un tipo de modelado, esto se refiere a la imposibilidad de algunos de los métodos anteriores de retener las etapas hechas para lograr cierta forma. De hecho el concepto de "construcción destructiva" tiende a ser más amplio, incluyendo también áreas como las ilustraciones 2D por computadoras por dar 1 ejemplo.

El motivo de esta nominacion se debe al hecho de que para lograr una determinada forma, a veces es necesario primero construir otra, a la cual habrá que hacerle una modificación, de la cual no va a quedar registro.

Las tendencias actuales de los softwares "creativos" es de lograr evitar esta situación, pero por metodología el acercamiento del "modelado por caracteristicas", o el uso de trabajo "nodal" (vía nodos), son los métodos actuales que permiten evitar la situación de construcción destructiva.