CONOCIMIENTOS BÁSICOS 3D

DEFINICIÓN

Creación de gráficos en 3D 

El proceso de la creación de gráficos tridimensionales comienza con un grupo de fórmulas matemáticas y se convierte en un gráfico en 3D. Las fórmulas matemáticas (junto con el uso de objetos externos, como imágenes para las texturas) describen objetos poligonales, tonalidades, texturas, sombras, reflejos, transparencias, translucidez, refracciones  iluminación (directa, indirecta y global), profundidad de campo, desenfoques por movimiento, ambiente, punto de vista, etc. Toda esa información constituye un modelo en 3D. 

El proceso de transformación de un modelo en 3D hacia una imagen 3d es llamado renderización (rendering). 

Por lo general, la computadora debe contar con una placa aceleradora de 3D para la renderización de gráficos en 3D. La placa aceleradora es un dispositivo que ayuda al microprocesador a la realización de la renderización, pues suele ser un proceso pesado. 

El resultado de una renderización puede ser una imagen 3d estática o una animación 3d. 

Aplicaciones 

Algunas aplicaciones para la creación y diseño de gráficos en 3D son Maya, 3D Studio Max, Lightwave 3D, Softimage XSI, Bryce, POV-Ray, Blender, etc. Estas aplicaciones entran dentro de la categoría de CAD. 

En tanto, los juegos en 3D son innumerables. Para facilitar el desarrollo y visualización de juegos en 3D (y otras aplicaciones), existen APIs que facilitan estos procesos: 
• OpenGL 
• Direct3D (subconjunto de DirectX) 
• RenderMan 

Definición de Imagen en 3D

Resultado final del proceso de renderizado de un modelo en 3D. Una imagen en 3D, en definitiva, es una imagen en dos dimensiones que simula las tres dimensiones, pero proviene de un "mundo conceptual en 3D". Ese "mundo en 3d" (ver modelo 3D) permite que puedan generarse múltiples imágenes en 3D desde diferentes perspectivas. 

Una imagen en 3D puede almacenarse en cualquier formato gráfico ráster. Múltiples imágenes en 3D constituyen una animación 3d. 

Definición de Animación 3D

En computación, una animación 3d hace referencia a un tipo de animación que simula las tres dimensiones. Se trata de la descripción de los objetos de un modelo 3d a lo largo del tiempo. Para que exista animación, esa descripción debe variar en algo con respecto al tiempo: movimiento de objetos y cámaras, cambio de luces y formas, etc. 


Puede tratarse de una animación que se renderiza en tiempo real cuando se está ejecutando, o una animación que utiliza tres dimensiones pero ya ha sido renderizada previamente, por lo tanto sólo se trata de un video. 


La principal diferencia entre ambas radica en el momento de renderizado de la animación, es decir, el proceso de convertir las fórmulas matemáticas en imágenes digitales. 

En la primera, la animación se renderiza en tiempo real, consumiendo gran cantidad de memoria y procesamiento. Para que este tipo de animación sea posible, muchas veces es necesaria una placa aceleradora de gráficos que ayude al microprocesador. Este tipo de animación se utiliza especialmente en juegos en 3d, donde el dinamismo, la velocidad y la necesidad de diferentes ángulos y movimientos, es fundamental. 

En la segunda, la animación del modelo en 3d se renderiza primero, y luego se puede visualizar como un video digital. El trabajo pesado se realiza una sola vez y luego se puede ejecutar como video, lo cual no consume mucho procesamiento. Ejemplos de este tipo de animaciones son las películas y dibujos animados en tres dimensiones.

Definición de Modelo en 3D

En computación, un modelo en 3D es un "mundo conceptual en tres dimensiones". 

Un modelo 3D puede "verse" de dos formas distintas. Desde un punto de vista técnico, es un grupo de fórmulas matemáticas que describen un "mundo" en tres dimensiones. 

Desde un punto de vista visual, valga la redundancia, un modelo en 3D es un representación esquemática visible a través de un conjunto de objetos, elementos y propiedades que, una vez procesados (renderización), se convertirán en una imagen en 3D o una animación 3d. 

Por lo general, el modelo visual suele ser el modelo 3d que las diseñadores manejan, dejando las fórmulas a procesos computacionales. Esto es así, porque lo que el modelo en 3d visual representa se acerca más a la imagen en 3D final que se mostrará al renderizarse. 

Existen aplicaciones de modelado en 3D, que permiten una fácil creación y modificación de objetos en tres dimensiones. Estas herramientas suelen tener objetos básicos poligonales (esferas, triángulos, cuadrados, etc.) para ir armando el modelo. Además suelen contar con herramientas para la generación de efectos de iluminación, texturizado, animación, transparencias, etc. Algunas aplicaciones de modelado son 3D Studio Max, Alias, Blender, Cheetah3D, Cinema 4D, Generative Components, Houdini, LightWave, Maya, MilkShape 3D, modo 
Rhinoceros 3D, Softimage|XSI, trueSpace, ZBrush, etc. 

El modelo en 3D describe un conjunto de características que, en conjunto, resultarán en una imagen en 3D. Este conjunto de características suele estar formado por objetos poligonales, tonalidades, texturas, sombras, reflejos, transparencias, translucidez, refraxiones, iluminación (directa, indirecta y global), profundidad de campo, desenfoques por movimiento, ambiente, punto de vista, etc.

Definición de Renderización

1. (Del inglés rendering, renderizar, renderizado, renderización o interpretación en español). La renderización es el proceso de generar una imagen (imagen en 3D o una animación en 3D) a partir de un modelo, usando una aplicación de computadora. 

El modelo es una descripción en tres dimensiones de objetos en un lenguaje o estructura de datos estrictamente definidos. El modelo debería contener geometría, punto de vista, textura e información de iluminación. La imagen resultado de la renderización es una imagen digital (raster). 

La renderización se utiliza en la producción de imágenes en 3D para juegos, diseño computacional, efectos especiales del cine y la TV, etc. 

En el caso de los gráficos en 3D, el renderizado puede hacerse lentamente (pre-renderizado) o en tiempo real. 

El pre-renderizado es un proceso computacional intensivo que es utilizado generalmente para la creación de películas y su resultado es de altísima calidad. Además, en el prerenderizado, todos los movimientos y cambios en las escenas en 3D ya fueron prefijados antes del inicio de la renderización. 

En cambio, el renderizado en tiempo real es más usado en los juegos en 3D y suele procesarse a través de tarjetas aceleradoras de 3D, por ser un proceso sumamente pesado. En este caso, todos los movimientos y cambios en la escena son calculados en tiempo real, pues los movimientos del jugador no son predecibles. 

Son millones los cálculos matemáticos que deben realizarse para procesar un modelo en 3D y resultar en una imagen renderizada. En general, en el proceso de cálculo se pueden tener en cuenta tonalidades, texturas, sombras, reflejos, transparencias, translucidez, refraxiones, iluminación (directa, indirecta y global), profundidad de campo, desenfoques por movimiento, ambiente, etc. Además a todo eso hay que agregarle los distintos objetos poligonales en 3D de la escena. 

Todos estos cálculos producen una simple imagen final. Por esta razón el proceso de creación de películas en 3D, necesita mucho tiempo y gran capacidad de procesamiento computacional. Un sólo segundo de película suele estar constituido por 24 cuadros de imagen. 

2. El término rendering también es usado para describir el proceso del cálculo de los efectos en la edición de archivos de videos para producir una salida final de video. 

3. En web, la renderización (interpretación), es el proceso de asignación y cálculo de todas los códigos y propiedades de un documento para ser mostrado en pantalla. El software encargado de esta renderización es llamado motor de renderizado. 

Definición de Motor de renderizado

1. En general, el motor de renderizado o motor de interpretación, es cualquier software que se encarga de interpretar y representar contenido. Puede ser un Motor de renderizado web o un motor de renderizado 3D, etc. 

2. El motor de renderizado web o motor de interpretación web, también llamado en inglés layout engine o rendering engine, es un software que permite mostrar en pantalla contenido con estilo, estructura y forma de acuerdo a contenido marcado e información de formateo. 

3. En renderizado o interpretación de textos, el motor de renderizado permite presentar textos multilingües en forma apropiada. Por ejemplo, el motor Pango y el Uniscribe.

Definición de OpenGL

Open Graphics Library. Conjunto de especificaciones estándar que definen una API multilenguaje y multiplataforma para escribir aplicaciones o juegos que producen gráficos en 3D. Fue desarrollada originalmente por Silicon Graphics Incorporated (SGI). 

Ofrece al programador un API sencilla y estable para que pueda generar gráficos en 2D y 3D por hardware. Consiste en más de 250 funciones diferentes que pueden ser usadas para graficar complejos escenarios tridimensionales usando simples primitivas. 

Es muy popular en la industria de los videojuegos y es competencia directa (en plataformas Windows) del Direct3D desarrollado por Microsoft. 

OpenGL es compatible para múltiples plataformas como ser Windows, Unix (Linux, MacOS), Playstation 3, etc.

Definición de Direct3D

Un API, parte de DirectX, para la programación de gráficos 3D, facilitando el manejo y dibujo de elementos en tres dimensiones: líneas, polígonos, texturas, transparencias, etc. y permite aprovechar también una tarjeta aceleradora gráfica. 

Direct3D es utilizada por la mayoría de juegos 3D para el sistema operativo Windows. 

La alternativa a Direct3D es OpenGL.