| Artículos | 01 MAY 1996

Gráficos 3D: imágenes finales

Tags: Histórico
Ramón Montero.

Para finalizar nuestro estudio de los gráficos 3D, es preciso conocer los puntos más importantes del proceso de descripción de las imágenes finales, también conocido como rendering.

Una vez vista la importancia de la fase de modelado y las posibilidades de definición de los objetos 3D (véase el artículo publicado en PC World nº 119, Febrero de 1996), queda claro que la complejidad del trabajo realizado con los modeladores actuales debe estar de acuerdo con la calidad que se desea conseguir en las descripciones tridimensionales, variedad que también encontramos en la fase de realización de las imágenes finales de síntesis, actividad conocida también por su terminología inglesa: rendering.

El conocimiento de las técnicas más usuales de render, no solo permite entender los términos que se utilizan en los sectores relacionados con el diseño 3D para describir los escenarios tridimensionales, sino que es imprescindible para decidir qué programas pueden conseguir la calidad que se precisa en cada caso particular y para elegir el sistema más adecuado en un momento dado, en el caso de que existan varias opciones para elegir en un mismo programa.

La importancia de la decisión del sistema de consecución de las imágenes finales es crucial de cara al tiempo de respuesta, que en los casos más complejos puede llegar a necesitar horas, e incluso días para realizar el proceso.

También para decidir el equipo necesario para trabajar con modelos tridimensionales, se hace imprescindible el conocimiento de los procedimientos de realización de imágenes realistas, ya que en algunos casos, solo mediante hardware especializado es posible trabajar con tiempos que hagan posible la productividad comercial.

Intentando simplificar al máximo la multiplicidad de cuestiones que intervienen en la fase de obtención de las imágenes finales, podemos decir que hay dos cuestiones importantes a tener en cuenta: el sistema de representación de la escena y el método de visualización e iluminación de los modelos. A continuación vamos a ver estos temas con más detalle, siempre desde el punto de vista del usuario, ya que si se tratasen desde las necesidades del programador, el enfoque sería muy distinto.

Sistemas de representación

Desde siempre, los hombres trataron de solucionar el problema que supone la representación de objetos 3D en soportes 2D, tales como los muros, los papeles, las telas o las pantallas de los monitores. Para conseguir esto se han creado distintos sistemas de representación, que pueden utilizar técnicas manuales intuitivas como las que utilizan en las obras artísticas, procedimientos físico-químicos como los que se emplean en las fotografías y procesos técnicos basados en la Geometría Descriptiva, como los que se utilizan para dibujar los planos técnicos.

Las características de los ordenadores no hacen fácil la utilización de los dos primeros sistemas, pero sí son ideales para aprovechar los métodos de representación que se basan en la Geometría Descriptiva, que es el método matemático-gráfico que tiene por objeto la representación sobre un plano de las figuras del espacio, mediante el empleo de la geometría plana.

Existen varios sistemas de representación, creados para resolver distintos problemas, ya que no es lo mismo representar tamaños como los de una caja de cerillas, un edificio, un terreno, un planeta, una galaxia, etc., o solucionar las necesidades de sectores tan diversos como la topografía, la mecánica, la carpintería o la realidad virtual. En una de las figuras que se adjuntan, se pueden comparar cuatro de los sistemas más utilizados en la representación de modelos 3D, pudiendo observar la relación inversa que existe entre la dificultad del trazado y de la interpretación visual.

En el caso de que sea una persona la que deba realizar los cálculos para obtener la representación de un objeto, es más rápido y práctico utilizar el Sistema Diédrico, aunque su mayor dificultad de interpretación obliga a que solo los técnicos especialistas sean capaces de manejar con soltura este método. Cuando la imagen va dirigida a personas sin conocimientos técnicos especiales, se utilizan los sistemas de visualización en perspectiva, que aunque son más complejos de generar, muestran una imagen más parecida a la realidad que capta el sistema visual de las personas.

En el caso de que sea un ordenador el que controle el sistema, su elevada velocidad de cálculo permite utilizar cualquiera de los sistemas de representación, siendo muy corriente que los programas trabajen en más de un modo, dejando al usuario la decisión del que debe mostrar en pantalla o sacar en la impresora.

La ocultación de líneas y de objetos

Una de la primeras y mayores dificultades con las que se encuentra un programa cuando trata de mostrar una escena que guarda en un espacio tridimensional es la ocultación de las caras que no se ven de un objeto determinado y de los elementos que se encuentran detrás de los más cercanos al observador.

No voy a tratar de los algoritmos que se utilizan en el proceso, pero sí debe quedar claro que es una de las tareas que más tiempo consume, y en consecuencia, cualquier solución que mejora la velocidad del cálculo es bien recibida entre los profesionales del sector.

Uno de los métodos que se han mostrado como más eficaces y fáciles de implementar por software y por hardware es el conocido como "Z-Buffer", o bien, "buffer de profundidad", basado en dibujar en cada píxel de la pantalla la superficie más cercana (con menor coordenada de profundidad Z) que se proyecta sobre él. El sistema tiene que repasar cada polígono y colocar el valor del mínimo Z que vaya encontrando en las casillas correspondientes. El conjunto de todas las casillas que contienen los valores de cada píxel de la pantalla es el que se conoce como Z-buffer y su tamaño depende de la resolución de la pantalla y de las profundidades que puede controlar, y así, si vemos que distintas tarjetas gráficas soportan unos Z-buffers de 16, 24 ó 32 bits, se indica que se pueden controlar 216, 224 ó 232 profundidades de la escena, lo que aumenta la calidad del registro de forma parecida al aumento de la calidad de una imagen que se consigue cuando se trabaja con mayores resoluciones de pantalla. Para casos normales es suficiente un Z-buffer de 16 bits, cuando se desea representar con exactitud diseños complejos se precisan 24 bits, y si se trata de conseguir representaciones exactas de diseños extremadamente grandes y complejos, el tamaño de 32 bits es el adecuado.

Visualización de modelos

Cuando se trata de mostrar en la pantalla un modelo 3D, hay que calcular el color de cada punto de cada objeto, teniendo en cuenta la posición del observador, la forma del objeto, el material de las superficies, las fuentes de luz existentes, las distancias entre los elementos y las características de la atmósfera que rodea a la escena.

El control de estas condiciones puede existir en su totalidad o en parte, según sea la calidad del modelador utilizado, siendo muy corriente, que aunque el programa sea capaz de manejarlas todas, se puedan activar o desactivar a conveniencia del usuario, que normalmente trabaja con sistemas de representación simples y rápidas en el proceso de creación y edición, dejando para las últimas fases la selección de las opciones más detalladas y lentas.

Los métodos de representación más usuales en la fase de modelado inicial, son los denominados "cajas de contorno" (en inglés, bounding boxes) o "estructura de alambre" (wireframe).

En la actualidad, la mayor potencia del hardware empleado en el diseño 3D y la mejora de los controladores gráficos hacen posible que se pueda trabajar en la fase de modelado con representaciones corpóreas.

Modelos de sombreado

Para controlar cómo se muestra un objeto 3D

Contenidos recomendados...

Comentar
Para comentar, es necesario iniciar sesión
Se muestran 0 comentarios
X

Uso de cookies

Esta web utiliza cookies técnicas, de personalización y análisis, propias y de terceros, para facilitarle la navegación de forma anónima y analizar estadísticas del uso de la web. Consideramos que si continúa navegando, acepta su uso. Obtener más información