El término gráficos 3D por computadora o por ordenador (3D computer graphics) se refiere a trabajos de arte gráfico que fueron creados con ayuda de computadoras y programas especiales 3D. En general, el término puede referirse también al proceso de crear dichos gráficos, o el campo de estudio de técnicas y tecnología relacionadas con los gráficos 3D.
Un gráfico 3D difiere de uno 2D principalmente por la forma en que ha sido generado. Este tipo de gráficos se origina mediante un proceso de cálculos matemáticos sobre entidades geométricas tridimensionales producidas en un ordenador, y cuyo propósito es conseguir una proyección visual en dos dimensiones para ser mostrada en una pantalla o impresa en papel.
En general, el arte de los gráficos 3D es similar a la escultura o la fotografía, mientras que el arte de los gráficos 2D es análogo a la pintura. En los programas de gráficos por computadora esta distinción es a veces difusa: algunas aplicaciones 2D utilizan técnicas 3D para alcanzar ciertos efectos como iluminación, mientras que algunas aplicaciones 3D primarias hacen uso de técnicas 2D.
Creación de gráficos 3D
El proceso de creación de gráficos 3D por computadora puede ser dividido en estas tres fases básicas:
Modelado
Composición de la escena
Rénder (creación de la imagen final)
Modelado
La etapa de 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 puede 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 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. Véase también animación por Cinemática Directa (Forward Kinematic animation) y animación por Cinemática Inversa (Inverse Kinematic animation).
El modelado puede ser realizado por programas dedicados (como 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 fases; en dichos casos, el modelado es sólo una parte del proceso de creación de escenas (por ejemplo, con Caligari trueSpace).
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. Como en la realidad, la iluminación es un factor importante 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 medida al humor y la respuesta emocional generada por la escena, algo que es bien conocido por fotógrafos y técnicos de iluminación teatral.
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.
Las mallas de triángulos son populares ya que está probado que son fáciles de 'renderizar' usando Scanline rendering.
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'.
Renderizado
Se llama rénder al proceso final de generar la imagen 2D o animación a partir de la escena creada. Esto puede ser comparado a tomar una foto o en el caso de la animación, a filmar una escena de la vida real. Generalmente se buscan imágenes de calidad fotorrealista, y para este fin se han desarrollado muchos métodos especiales. Las técnicas van desde las más sencillas, como el rénder de alambre (wireframe rendering), pasando por el rénder basado en polígonos, hasta las técnicas más modernas como el Scanline Rendering, el Raytracing, la radiosidad o el Mapeado de fotones.
El software de rénder puede simular efectos cinematográficos como el lens flare, la profundidad de campo, o el motion blur (desenfoque de movimiento). Estos artefactos son, en realidad, un producto de las imperfecciones mecánicas de la fotografía física, pero como el ojo humano está acostumbrado a su presencia, la simulación de dichos efectos aportan un elemento de realismo a la escena. Se han desarrollado técnicas con el propósito de simular otros efectos de origen natural, como la interacción de la luz con la atmósfera o el humo. Ejemplos de estas técnicas incluyen los sistemas de partículas que pueden simular lluvia, humo o fuego, el muestreo volumétrico para simular niebla, polvo y otros efectos atmosféricos, y las cáusticas para simular el efecto de la luz al atravesar superficies refractantes.
Pasos para modelar un tiburón
Yo obtengo la inspiración de los dibujos animados de Disney, comenta nuestro amigo Nikola, autor de este tutorial, sin duda alguna uno de los mejores referentes que podemos tener a la hora de diseñar nuestros personajes o animarlos.
Según Nikola el diseño de su tiburón parece un poco exagerado pero divertido. Para descargar la vista superior del diseño de referencia haz clic aquí, y para la vista lateral aquí.
Para modelar este tiburón utilizaremos max, pero la misma técnica se puede utilizar para otros sofwares, utilizando mallas poligonales.
Comenzamos importando la imagen de la vista top del tiburón en el fondo de visor superior (vista top), y la imagen lateral en el visor izquierdo (left) respectivamente. Procura tener seleccionada la opción “fit image” siempre que importes una imagen en el fondo de cualquier visor, de lo contrario la imagen aparecerá desproporcionada en relación a las dimensiones de la vista y el zoom
En la vista izquierda, creamos una caja ( Panel crear/ primitivas básicas/ caja o box), con las dimensiones aproximadas del diseño del tiburón tanto en la vista izquierda como en la superior, le damos 6, 4 y 2 aristas (segments o side segments).
Nota: es posible que cuando crees cualquier polígono para seguir un modelo de referencia en el fondo de visor, el color de sus aristas coincida por defecto con el color del fondo del visor, o seguramente con color blanco de la imagen de referencia, esto os dificultará el modelado. Para cambiar el color de las aristas seleccionamos customize/preferences/colors/main UI y cambiamos el color blanco por otro que contraste más y que no sea igual que otros de los elementos de la interface.
Pasamos a hacer una copia simétrica de la caja marcando la opción reference, de este modo cualquier modificación que hagamos en la pieza madre se produce también en la copia de referencia, a su vez al tratarse de un modelo orgánico se construye a partir de una simetría.
Una vez tenemos las dos mitades situadas proporcionalmente según las imágenes de referencia, convertimos la caja en una malla editable. En el panel modificar, seleccionamos el botón subobjeto/ vértices, y comenzamos a mover los vértices de manera que sigan la forma de la imagen de referencia de la vista superior.
Y hacemos igual en la vista izquierda vamos moviendo los vértices manteniendo las proporciones con la imagen de fondo.
Nota: es importante no tener prisa en este proceso del modelado ya que lo que intentamos es parecernos demasiado a la imagen de fondo a la vez que movemos los vértices, y al principio esto te puede liar un poco, así que tómatelo con calma ; para calentar motores puedes seguir este ejemplo, dibuja en un papel desde vista superior y lateral una caja de cuatro vértices, a ser posible que esté un poco deformada, , igual que los diseños de referencia de nuestro tiburón, escanealos, y los importas en los fondos de visor respectivamente, creas una caja la conviertes en malla editable e intentas alinear los vértices según tus diseños.
Para poder seguir el modelado en la vista perspectiva por medio de las imágenes de referencia, pasaremos a utilizar uno de las técnicas más utilizadas para el modelado. Creamos dos planos, uno desde la vista superior y otro desde vista izquierda, iguales al tamaño de las imágenes de fondo, abrimos el editor de materiales y creamos dos materiales, en canal difuso aplicamos imagen bitmap, en uno seleccionamos la imagen top y en la otra side, y lo aplicamos a cada uno de los planos respectivamente según vista y activa ver mapa en vista (show map in viewport )
Nota: para poder modelar mejor desde la vista perspectiva es más comodo hacerlo con el modelo en modo transparente, pulsa con el bo´tn derecho sobre la malla y en propiedades de visibilidad marca see througt o transparente, puede que te resulte un poco confuso al principio, pero siempre y cuando tengas en cuenta las imgenes de referencia no tendrás ningún problema.
Continua moviendo los vértices en la vista perspectiva de manera que vayas consiguiendo perecerse cada vez más a las imágenes de referencia, no olvides mantener la referencia de las vistas top y left
Cuando estemos contentos con la forma general de nuestra malla original, empezaremos a introducir detalles con la herramienta partir polígonos, o slice plane, iremos cortando los polígonos para conseguir mas detalle para la zona de la cola y los ojos.
No esperes a finalizar el modelo para aplicar el modificador suavizar malla o meshsmooth, aplicalo en el proceso de tu modelado para ir viendo como queda con este suavizado de malla que será el que mantendremos al final.Pero mientras tanto trabaja sin la malla en suavizado, te será más comodo.
Cuando aplicamos el modificador suavizar malla (meshsmooth) podemos apreciar que el modelo se encoje un poco, es normal, la malla tiende añadir más vértices,aristas y polígonos, por lo que divide los ángulos de las aristas sin suavizado, y se encoje.
Nota: salimos de suavizado malla, puedes apreciar en esta imagen que hay una doble arista desde el principio del modelado, he mantenido esta doble arista para diferenciar la zona superior más oscura del tiburón de referencia, observa en el dibujo este detalle, además esta doble arista nos ayudará a crear el ojo y la fosa nasal.
El siguiente paso es modelar los agujeros de la nariz, esto es muy fácil de hacer, segumos añadiendo con la herramienta cortal polígonos( cut tool), añadimos más aristas, eso si siempre y cuando sea necesario para añadir un detalle más, y siempre siguiendo el modelo.
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Borra polígonos cuando tengas el agujero de la nariz, presiona shift y muévelo un poco hacia dentro, en la siguiente imagen puedes ver el resultado cuando seleccionemos el suavizar malla.
El siguiente paso es crear el agujero del ojo, el proceso es el mismo que para el ojo, incluido el hundirlo un poco, pero además añadiremos una esfera que funcionará como globo ocular.
Tenemos que adaptar el agujero del ojo a la esfera que hemos creado para ello seguimos moviendo los vértices de la zona en cuestión con relación a la vista izquierda, y perspectiva. Una vez creamos esté en su sitio la esfera lo pondremos en modo transparente, recuerda en propiedades con el botón derecho sobre la esfera marcamos ver transparente (see-through).
Nota: es muy importante que tengas en cuenta que mantendremos siempre los modelos en este estado para ayudarnos a componer o modelar una vez tengamos más modelos en escena y molesten entre ellos.
En esta imagen puedes apreciar como queda el ojo una vez hemos activado el suavizado de malla.
Ahora vamos a crear la aleta superior del tiburón, para ello extruiremos las aristas que se encuentren en la zona superior y que con relación a la vista izquierda modelaremos hasta conseguir la forma deseada.
Nota: Esto también lo puedes hacer extruyendo los polígonos que permitan crear la aleta.
Mira al final como queda.
Y una vez hecha la aleta superior pasaremos a crear las laterales, por medio de la misma técnica utilizada anteriormente pasamos a crear con paciencia y cuidado esta aleta. Observa en la imagen como se han partido en x los polígonos para crear la arista desde la que extruir la aleta.
Extruyendo las aristas a partir del agujero que habíamos creado y moviéndolas hacia fuera según vamos creándolas para dar fin a la aleta lateral.
Este es el aspecto que presenta la aleta desde dos puntos de vista.
Y una vez aplicado el suavizado al modelo
Y por último la boca seguimos utilizando la técnica de cortar los polígonos en proporción a la posición donde vayan a ir en nuestro modelo, y extruímos hacia dentro las aristas.
Muy importante: recuerda siempre que una vez hayas realizado las extrusiones y tengas caras de polígonos con los vértices abiertos, debes unirlos con soldar vértices, preferiblemente soldar con destino (target), es más cómodo ya que de este modo tu controlas el destino de soldadura entre los vértices. A diferencia del otro modo de soldadura que depende de una zona de acción por la cual se atraen los vértices y se sueldan. Pero como siempre utiliza aquel que te resulte más cómodo.
También tener muy en cuenta la copia de referencia que hagamos de nuestros modelos orgánicos y observar que la evolución que tenga sea parecida o similar a la pieza original.
Otro consejo es que utilices el modo transparente de ver los objetos( recuerda botón drcho sobre los objetos y en la casilla de ver transparente o see-through). También puedes utilizar el modo caras con aristas (wireframe) para ver mejor algunas zonas interiores que no puedas ver, utiliza las teclas de acceso rápido F3 y F4 respectivamente para poner en ambos modos.
Y por último unas imágenes del mi modelo en modo invertir colores para hacerlo más atractivo( esto no es necesario que lo hagáis en vuestras presentaciones)
