Modelo tridimensional de una casona antigua, realizada en 3D Studio Max.
En cuanto al Digital 3D (en el que se incluye el Cine Digital), esta forma de visualización permite crear entre los espectadores, la ilusión de profundidad y volumen, basada en la visión binocular del ser humano; Es así como esta tecnología no sólo intenta extraer desde una pantalla bidimensional, un entorno tridimensional, sino que también se apoya de la biología y de la anatomía humana para recrear ambientes que no sólo se limitan a reproducir sensaciones cada vez más cercanas a la realidad, sino que a la vez, introducen al público dentro de un contexto híbrido, acaso cercano a una realidad paralela, casi virtual.
El Cine vive un nuevo auge con la popularización de las salas de Cine Digital y las entregas en tres dimensiones.
El 3D, como gráficos modelados y formas de visualización, comienza a configurar un nuevo escenario en el que se apela a la transportación del usuario hacia diversas posibilidades y entornos recreados, donde éste tiene el deber de participar y ayudar a construir y elaborar los contenidos que le están siendo entregados.
De este modo, nos introduciremos dentro de las 3 Dimensiones más relevantes de esta tecnología:
- Dimensión 1: ¿Qué es un Modelo 3D?
Un modelo en tres dimensiones, tal como lo propone el sitio www.alegsa.com.ar, puede ser definido desde dos áreas distintas: la matemática y la visualidad. En una primera instancia, un Modelo tridimensional corresponde a una serie de fórmulas matemáticas que describen una interpretación virtual de una realidad volumétrica. Y desde una perspectiva gráfica, el diseño tridimensional refiere a una “representación esquemática visible, a través de un conjunto de objetos, elementos y propiedades que, una vez procesados, o renderizados, se convertirán en una imagen o animación tridimensional”
(3).
Parque de diversiones tridimensional, modelado en 3D Studio Max.
- Dimensión 2: ¿Cómo se genera un Modelo 3D?
Teniendo en cuenta las características de un prototipo tridimensional generado a través del computador, podemos dividir el proceso en dos macro etapas, Modelación y Renderización, que finalmente, originan objetos que pueden ser utilizados en dos áreas, básicamente: imagen y animación.
Las imágenes en 3D surgen a partir de la renderización, proceso que transforma una simulación de un entorno u objeto tridimensional, en una representación bidimensional. Mientras el modelo está compuesto por elementos geométricos, punto de vista, perspectiva, textura e información de iluminación, el proceso de renderización asimila estos datos para transformarlos en una imagen, algo así como una toma fotográfica del diseño realizado, en el que se evidencian los elementos utilizados y el montaje del objeto o escena, en general.
Vista del la interfaz de Luxology Modo v. 4.01, programa de modelado 3D para Mac y PC, que reúne en un solo paquete todas las aplicaciones necesarias para generar objetos tridimensionales.
En cuanto a la animación en 3D, tenemos que considerar algunas variaciones relacionadas con la utilización de éstas y las demandas que exigen. Las animaciones tridimensionales, usadas extensamente en aplicaciones como series y largometrajes animados, simulaciones recreativas y educacionales, videojuegos, entre otros soportes, utilizan los siguientes recursos en su proceso de diseño y desarrollo:
- Transformaciones básicas en los tres ejes (XYZ) que componen un cuerpo volumétrico, como Rotación, Escala o Traslación.
- Animación a través de forma (Shape); Entre estas podemos mencionar:
a) Mediante Esqueletos: a los objetos se les puede asignar una estructura central con la capacidad de afectar la forma y movimientos de ese cuerpo. Esto ayuda al proceso de animación, en el cual el movimiento del esqueleto automáticamente afectará las porciones correspondientes del modelo. Dentro de este tipo de animación, encontramos dos métodos que influyen en la fluidez y visualidad del producto:
- Animación por Cinemática Directa (Forward Kinematic Animation): a partir del grado de rotación de las articulaciones, se calcula la posición de la estructura articulada.
- Animación por Cinemática Inversa (Inverse Kinematic Animation): a partir de una posición específica de la estructura articulada, se calcula cuál debe ser el grado de rotación de las articulaciones
(4).
b) Mediante Deformadores: ya sea a través de lattices (cajas de deformación) o cualquier herramienta que produzca, por ejemplo, deformaciones sinusoidales.
c) Mediante Dinámica: utilizadas, generalmente, para simulaciones de ropa, pelo, partículas, entre otros elementos que contribuyen a la animación de objetos y personajes complejos en tres dimensiones. La Dinámica estudia el movimiento, considerando las fuerzas que lo producen. Para esto, hay que tomar en cuenta aspectos como la masa, aceleración, grados de libertad, restricciones al movimiento, movimientos prioritarios, etc. La dinámica de los cuerpos rígidos articulados es más sencilla que la de los cuerpos deformables
(5). Entre los tipos de animación, relacionados con la Dinámica, se distingue:
- Dinámica Directa: se calculan las aceleraciones, a partir de las masas y fuerzas aplicadas.
- Dinámica Inversa: se calculan las fuerzas que hay que aplicar, a partir de las masas y aceleraciones.
En tanto, la animación realizada en tres dimensiones, cuenta con algunos procesos que si bien han sido usados largamente, hoy en día gracias a la tecnología, están siendo dejados atrás. Entre estos, es sumamente relevante mencionar la etapa de Pre-Renderización: Esta técnica se basa en la utilización de una imagen ya renderizada, por lo que el motor gráfico que se usa para visualizar un juego o animación tridimensional se encarga de procesar los datos otorgados por píxeles, mucho más sencillo y rápido que si tuviera que trabajar con los polígonos, texturas, luces y sombras de un modelo que no ha sido renderizado. Este recurso se utilizaba principalmente en los videojuegos y multimedios realizados antes del año 2003, aproximadamente, donde estos productos mezclaban recursos en dos y tres dimensiones: por ejemplo, los personajes principales y los objetos con los que el usuario debía interactuar, eran elaborados en tres dimensiones, mientras que los escenarios y entornos en general, eran desarrollados bidimensionalmente. De este modo, el motor gráfico utilizado sólo se encargaba de procesar ciertos elementos, para optimizar la visualización y dinámica de la aplicación, siendo los escenarios texturas inmóviles en los que se posicionaban cajas de colisión, que simulan la interacción de los elementos en 3D con los objetos en 2D. No obstante, la principal desventaja de esta técnica, reside en la imposibilidad para ocupar recursos como cámaras libres, por lo que el usuario contaba con un número limitado de posiciones, correspondientes a la disposición previamente calculada de los personajes y objetos tridimensionales. Un ejemplo claro de pre-renderización puede ser observado en las primeras entregas de sagas de videojuegos, como “Resident Evil” o “Dino Crisis”
(6).
"Dino Crisis" Videojuego de survival horror, desarrollado y lanzado por Capcom, el 1 de julio de 1999. Se caracterizó por utilizar la pre-renderización, proceso aplicado en las entregas 3D, con el fin de optimizar recursos y agilizar su visualización.
De esta forma, podemos decir que un Modelo en 3D se diseña a partir de la organización y complementación de objetos geométricos que cuentan con volumen, como son los polígonos y la adhesión de elementos que colaboran con el realismo de un modelo y la calidad de éste.
Hoy en día, existen numerosas aplicaciones que facilitan la modelación de diversos objetos en tres dimensiones; Entre estas, podemos distinguir software con gran cantidad de recursos y programas de distribución gratuita, o Freeware, que se asimilan bastante a las aplicaciones “oficiales”. Entre las características que describen a los programas de Modelación en tres dimensiones, podemos mencionar
(7):
- Entregan posibilidades de crear y esculpir objetos orgánicos y no orgánicos desde el principio, mediante herramientas de dibujo y transformación.
- Poseen características de tornado y extracción, que ayudan a la modelación de secciones cóncavas y convexas.
- Permiten la asignación de colores, texturas y materiales que ayudan a acentuar el realismo de un modelo.
- Posibilitan el añadir focos de luces locales y globales, tanto internas como externas, colocarlos en cualquier posición y manipularlos para conseguir efectos especiales de iluminación y mayor realismo.
- Poseen un número ilimitado de cámaras, con control de la longitud focal.
- Permiten dibujar trayectos basados en Splines (curvas o formas bidimensionales constituidas por vértices y aristas que podemos modificar, a través de aplicaciones como Torno (Lathe), Extruir (Extrude) y Biselar (Bevel)) también para la realización de animaciones.
Entre los programas y freeware que se utilizan más extendidamente, debido a su popularidad y calidad, avalada por miles de profesionales y usuarios, podemos mencionar:
1. 3D Studio Max, o Autodesk 3ds Max: Este programa es considerado el líder en el desarrollo 3D de la industria del videojuego y es muy utilizado, tanto a nivel profesional como aficionado.
2. Lihgtwave: Evolucionó como un avanzado paquete de modelado, animación, VFX (visual effects) y render para diversas plataformas. Actualmente, es utilizado por una gran cantidad de estudios para la realización de efectos visuales y animación para cine y televisión, como Digital Domain, Rhythm & Hues, Eden FX, Dreamworks, Flash Film Works, Pixel Magic, The Embassy, JPL-Nasa, Zoic Studios, Cafe FX, entre otros.
3. Autodesk Maya: Este software se caracteriza por su potencia y las posibilidades de expansión y personalización de su interfaz y herramientas: MEL (Maya Embedded Language) es el código que forma el núcleo de Maya, gracias al cual se pueden crear scripts y personalizar el programa y sus componentes, según las necesidades del usuario.
4. XSI Softimage: En general, este programa posee las características fundamentales de un buen paquete de diseño en 3D; No obstante, su mayor cualidad se encuentra en la realización de animaciones y efectos visuales de alta complejidad, para videojuegos y animaciones desarrolladas para cine y televisión.
5.
Blender: Es una aplicación libre y gratuita, creado originalmente por Ton Roosendal, quien además estableció The Blender Foundation, institución encargada del desarrollo y promoción de este software. De este modo, Blender se ha caracterizado por utilizar pocos recursos de hardware, poseer una gran cantidad de herramientas y generar imágenes de buena resolución.
Blender además, y coherentemente con su posición de cooperación y libre disposición para los usuarios, ha desarrollado dos films animados, “Elephant Dreams” y “Big Buck Bunny”. La primera es denominada como una “Open Movie”: todos los archivos de trabajo, como personajes, texturas, animaciones y escenarios con los que se elaboraron la película, han sido puestos a disposición del público y de los usuarios, que pueden continuarla y elaborar sus propios episodios y giros en la historia. En esta misma tendencia, este programa ha creado además, un videojuego llamado “Yo Frankie!”, que ha sido desarrollado por un grupo de usuarios avanzados de esta aplicación
(8).
6. Cinema 4D: Este programa, que se caracteriza por su modularidad (o capacidad para ir agregando componentes) permite desarrollar modelado y animación, a través de figuras primitivas, polígonos y splines, brindando la posibilidad de añadir texturas y otros efectos visuales. Una de las principales virtudes de Cinema 4D es su alta velocidad de renderización y una interfaz altamente personalizable y flexible, que permite aprender rápidamente las funciones y herramientas que esta aplicación proporciona.
7.
Rhinoceros: Finalmente, Rhinoceros reúne en general las mismas características de los software de modelación y animación en tres dimensiones que ya hemos mencionado. No obstante, posee características propias destacables, como por ejemplo
(9): Ilimitadas herramientas de modelado de forma libre 3D; Compatibilidad con otros diseños, dibujos, CAM (Computer Aided Manufacturing, o Fabricación Asistida por Computador), ingeniería, análisis, renderizado, animación y software de dibujo, entre otras virtudes.
Como podemos apreciar, estas son sólo algunas alternativas de programas vigentes en la actualidad, para realizar modelos y animaciones tridimensionales. La elección del software “adecuado” dependerá del tipo de proyecto que se pretende abarcar, la experiencia y habilidad con la que el diseñador o usuario cuenta, y los recursos físicos y técnicos que se tienen a disposición, entre otros factores.
Pues bien, ya que hemos explorado las propiedades de las aplicaciones más utilizadas en el ámbito de la modelación tridimensional, y hemos conocido parte de sus herramientas y cualidades, aún queda una arista por despejar, especialmente con respecto al proceso de renderización: la utilización de motores (rendering engine, en inglés) o aplicaciones internas y externas para renderizar modelos de alta demanda técnica. Cada programa cuenta con una aplicación propia, que permite procesar un modelo tridimensional “estándar”, para convertirlo en una imagen bidimensional, en distintos formatos. Por ejemplo, 3D Studio Max utiliza su propio motor, llamado V-Ray 1.50 SP2. No obstante, cuando el modelo es de gran tamaño, complejo o posee características y efectos especiales, se necesita de aplicaciones extras, o plugins, que permitan lograr una imagen de calidad.
Es entonces cuando se utilizan motores de renderizados externos, como Renderman, Brazil, Maxwell, entre otros.
Renderman es uno de los motores de renderizado más renombrados en la actualidad, especialmente porque es el “rendering engine” estándar utilizado por la Industria Cinematográfica, y por el estudio de animación digital Pixar, afamado por el desarrollo de largometrajes animados, desde mediados de la década de los 90 y a quienes, además, se les debe la autoría de esta aplicación. La popularidad de este motor no sólo se debe a los magníficos resultados que ha demostrado e incrementado durante su trayectoria, sino que también, a su estabilidad, rapidez y eficiencia, al manejar superficies complejas. Estas cualidades se deben a la utilización del lenguaje de shading Renderman`s Shading Language (RSL), que permite integrar asombrosamente efectos sintéticos sobre imagen real.
Entorno de trabajo de Renderman, motor de renderización usado por los estudios cinematográficos Disney-Pixar.
Por su parte, Maxwell es un motor de renderizado basado en las propiedades físicas de la luz real. Los algoritmos y ecuaciones que utiliza reproducen el comportamiento de la luz de una manera exacta
(10). Esta aplicación se ha destacado por la generación de imágenes fotorrealistas, siendo empleado especialmente en áreas como la Arquitectura, el Diseño Industrial y la modelación de prototipos para proyectos multimediales. Entre sus características más destacadas, podemos mencionar su versatilidad, siendo sus plugins compatibles con distintos programas modeladores, como 3D Max, Viz, Maya, LightWave, Rhinoceros, Cinema 4D, Houdini, entre otros.
Finalmente, Brazil es un plugin de renderizado compatible con 3D Max, que tal como otros motores, ofrece una resolución de imagen de calidad fotorrealista, potenciando las creaciones desarrolladas por artistas y diseñadores. Entre los componentes que posee, se destacan la iluminación global, y opciones avanzadas de materiales.
Teniendo en cuenta las herramientas que nos permiten desarrollar objetos volumétricos para distintas aplicaciones, es el momento de revisar las áreas en las que se está desempeñando la gráfica y animación tridimensional, en la actualidad.
- Dimensión 3: Aplicación del 3D en el Cine Digital, la Televisión y los Videojuegos.
Actualmente, el Cine es el medio audiovisual que abrió las puertas a la tecnología en 3D, insertándolo masivamente como uno de los recursos más atractivos y lúdicos para un público que demanda nuevas experiencias multimediales, acordes al entorno altamente tecnologizado y online en el que nos encontramos por estos días.
Si bien el Cine fue el pionero en recurrir a la utilización, en una primera instancia, de efectos digitales tridimensionales, hoy en día ha llegado a producir prolíficamente largometrajes digitales para todo público, revitalizando la industria cinematográfica y abriendo un nuevo campo de desarrollo audiovisual, que rápidamente comienza a introducirse en áreas subsidiarias, como la televisión y los videojuegos.
El Cine digital (esto es, tal como sucedió con la fotografía, ya no requiere de la utilización de película para ser filmado) que es proyectado en 3D, recurre a la creación de una imagen que es captada simultáneamente por dos cámaras, que perciben las escenas desde distintos ángulos: mientras una de ellas se encuentra enfocando hacia el objetivo, en el modo tradicional en el que se registra una película, la otra cámara está ubicada en el piso, a 90 grados con respecto de la primera. En el punto imaginario en el que ambas cámaras se cruzan, se instala un espejo semitransparente en un ángulo de 45 grados, que funciona como un divisor del haz lumínico, creando así la ilusión de tres dimensiones. Finalmente, mientras la primera cámara se encuentra en posición vertical y fija, la segunda se desliza horizontalmente de una dirección hacia otra. De este modo, la intensidad del efecto tridimensional varía según la posición relativa entre ambas cámaras, y el tipo de escena que se quiere registrar
(11). Es así como, y en interacción con los dispositivos dispuestos para la visualización en las salas de cine especializadas, se logra un efecto más realista y envolvente, que comienza a traspasar la gran pantalla para entrar en los hogares de los usuarios, que pronto contarán masivamente con televisores aptos para recrear la profundidad de una imagen, acción que por consiguiente, promueve la creación de productos audiovisuales que se benefician de esta tecnología, como películas en DVD, videojuegos y software en general.
Afiche promocional del film animado "El Extraño Mundo de Jack", re-producido y estrenado en 3D (la versión origianl, de 1995, se realizó con marionetas, utilizando la tecnica de Stop Motion (o animación mediante fotografías cuadro a cuadro).
Con respecto a la forma de visualización del Cine digital, ésta se origina, en general, cuando un proyector digital reproduce imágenes intercaladas para el ojo izquierdo y el ojo derecho, a una velocidad de 144 cuadros por segundo. Este efecto se aprecia al utilizar además, dispositivos ópticos (por lo general lentes): De este modo, cada ojo del espectador capta dos versiones, con distintos puntos de vista, de una misma imagen; Finalmente, el cerebro recepciona ambos estímulos y los fusiona, creando así la sensación de profundidad
(12).
Es así como existen diversos sistemas de proyección para el Cine digital y tridimensional, entre los que se pueden mencionar:
a)
Sistema Real D 3D: Este sistema crea la ilusión de tridimensionalidad a partir de la emisión de imágenes intercaladas para el ojo izquierdo y derecho, a 144 cuadros por segundo (2 ojos x 24 cuadros x 3 veces cada cuadro). En este caso, se trata de una proyección digital estereoscópica, en la que un solo proyector transmite dos imágenes alternadamente. La polarización de las imágenes se hace de forma circular, ventaja que permite al espectador mover la cabeza libremente, sin perder la sensación de profundidad.
En este método, se utilizan lentes que se encargan de filtrar las imágenes correspondientes para cada ojo; En cuanto a la pantalla utilizada, ésta no es convencional, pues necesita mantener la polarización para cada ojo, además de proporcionar un retorno de brillo alto, que al ser filtrado doblemente, no altere el brillo original de la película
(13).
b) Sistema Dolby 3D: Tal como sucede con el sistema Real D 3D, la sensación de profundidad se produce a partir de la emisión de imágenes intercaladas del ojo izquierdo y derecho, a 144 cuadros por segundo. No obstante, la diferencia entre ambos mecanismos radica en que Dolby 3D usa una pantalla común (blanca) y crea la tridimensionalidad mediante una tecnología diseñada por Infitec, conocida como División Espectral. Este sistema trabaja enviando los tres componentes de la luz, rojo, verde y azul, a distinta longitud de onda para cada ojo, originando así la sensación de profundidad, que se mantiene aunque el espectador incline o mueva su cabeza. Para esto, se coloca un lente especial en el proyector, que gira de forma sincronizada para filtrar los fotogramas correspondientes a cada ojo. En esta instancia, se produce la interacción con los lentes que cada usuario porta, que en este caso son estáticos y cuentan con un alto costo de fabricación, ya que poseen un sistema complejo que incorpora alrededor de 50 filtros.
c) Sistema XPanD 3D: XPand 3D ocupa un proyector digital a 48 fotogramas por segundo, 24 para cada ojo. Utiliza lentes activos, los cuales se coordinan con el proyector mediante un emisor infrarrojo colocado en la sala de exhibición, alternando las imágenes disponibles para cada ojo. Se especula que, pese a su alto costo, actualmente es uno de los mejores sistemas de proyección en tres dimensiones.
d)
Sistema IMAX 3D: Finalmente, este sistema funciona gracias a la utilización de cámaras especiales de dos lentes para grabar el contenido que será exhibido. Las lentes están separadas unos 70 mm, lo que corresponde, más o menos, a la distancia entre los ojos de la mayoría de las personas. Ya en el cine, las dos películas se proyectan al mismo tiempo para recrear la sensación tridimensional
(14). IMAX ha desarrollado dos versiones de exhibición 3D: Digital y Análoga. Los IMAX tienen renombre mundial por su alta calidad de imagen, generada por sus sistemas análogos, avalados por salas de exhibición equipadas para brindar un espectáculo magistral. Por el contrario, la versión 3D de IMAX no ha logrado los estándares de calidad expuestos por su antecesor.
Sala de Cine con el Sistema I-Max, visualización que no se ha extendido por Latinoamérica.
El impacto generado por la exploración de las posibilidades del cine digital y las entregas en 3D, junto al avance de la tecnología y su capacidad para transmitir experiencias sensoriales cada vez más envolventes, han llevado a medios insertos en el entorno cotidiano, como la televisión, a incursionar en proyectos que desarrollan una nueva forma de ver: este es el caso de la Televisión en 3D, que se refiere a “un televisor que permite visualizar imágenes en 3 dimensiones, utilizando diversas técnicas para lograr la ilusión de profundidad. Todo proceso que permite crear imágenes en 3D se conoce con el nombre de estereoscopía, y fundamentalmente se basa en el principio natural de la visión humana”
(15); De este modo, los contenidos que se generan y transmiten en televisión tridimensional se desarrollan del mismo modo que en el Cine, compartiendo también los elementos auxiliares que permiten su visualización (utilización de lentes, por ejemplo).
Entre los tipos de televisión capaces de transmitir en 3D, encontramos el caso de los monitores autoestereoscópicos, que mencionaremos como un referente de este nuevo sistema y su proyección: Además de representar la información de profundidad, este modelo permite la selección arbitraria del punto de vista y dirección dentro de la escena; Este fenómeno se conoce como Free Viewpoint (punto de vista libre) y están limitados a 8 actualmente, repartidos por la pantalla
(16). Cada Free Viewpoint constituye dos imágenes (una por cada ojo) y no requiere de lentes especiales para visualizar los contenidos, pues éstos están incorporados en el monitor, permitiendo que varios espectadores puedan observar la pantalla a la vez. Los televisores Phillips WOW vx y Sony RayModeler 360 utilizan esta modalidad, en un mercado que sigue explorando las posibilidades de la TV en 3D y que simultáneamente, busca consensar estándares para la producción de estos sistemas.
Imagen de la visualización que se espera alcanzar con los nuevos sistemas de televisión en tres dimensiones.
Aún así, las novedades no terminan aquí: Nvidia anunció “Nvidia 3DTV Play”, un software que permite a los consumidores conectar el PC o Notebook a los nuevos televisores 3D, para revisar fotografías, videos y sobretodo, potenciar videojuegos 3D como “World of Warcraft”, “Wrath of the Lich King”, “Battlefield Bad Company 2”, y “James Cameron’s Avatar: The Game”
(17). Como vemos, el progreso en los dispositivos de salida está incentivando el desarrollo de productos afines, como sucede con los videojuegos. Si bien la incorporación de gráficos 3D en estos soportes viene desde la década de los noventa, con la utilización de procesos como el pre-renderizado, hasta la realización de propuestas totalmente tridimensionales, actualmente los desarrolladores están buscando el modo de generar videojuegos que “despeguen” de la pantalla, tal como lo han conseguido con otros productos multimediales. Entre estos, se está trabajando en las versiones de prueba de “Super Stardust HD”, “Gran Turismo 5: Prologue”, “Wipeout HD” y “MotorStorm: Pacific Rift”, entre otros
(18).
Imágenes de "Battlefield Heroes", Videojuego online gratuito, desarrollado en 3D. Nótese la evolución de la gráfica respecto a "Dino Crisis".
De este modo, hemos explorado la evolución de los gráficos 3D y el digital 3D: desde la simulación de volumen, pasando por la modelación de objetos que hoy en día no sólo apelan a la recreación de un mundo tridimensional, sino que han sido puestos al servicio de la visualización de contenidos envolventes, que apoyados en la tecnología, transportan al usuario a una extensión sensorial, entre la ficción y la realidad.
Catalina Tonacca
Licenciada en Diseño
Diseñadora con Mención en Comunicación Visual
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