Gráficos de computadora en 3D

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Three-dimensional (3D)computer graphics
Fundamentals
Modeling Scanning Rendering Printing
Primary uses
3D models Computer-aided design Graphic design Video games Visual effects Visualization Virtual engineering Virtual reality Virtual cinematography
Related topics
Computer-generated imagery (CGI) Animation computer skeletal 3D display Wire-frame model Texture mapping Motion capture Crowd simulation Global illumination Volume rendering
v t e

Los gráficos por computadora en 3D , a veces llamados CGI , 3-D-CGI o gráficos por computadora tridimensionales , son gráficos que utilizan una representación tridimensional de datos geométricos (a menudo cartesianos ) que se almacenan en la computadora con el fin de realizar cálculos y renderizar imágenes digitales , generalmente imágenes en 2D , pero a veces imágenes en 3D . Las imágenes resultantes pueden almacenarse para verlas más tarde (posiblemente como una animación ) o mostrarse en tiempo real .

Los gráficos por ordenador en 3D, contrariamente a lo que sugiere su nombre, suelen mostrarse en pantallas bidimensionales. A diferencia de las películas en 3D y técnicas similares, el resultado es bidimensional, sin profundidad visual . Lo más frecuente es que los gráficos en 3D se muestren en pantallas 3D , como en los sistemas de realidad virtual .

Los gráficos en 3D contrastan con los gráficos de computadora en 2D , que generalmente utilizan métodos y formatos completamente diferentes para su creación y representación.

Los gráficos por computadora en 3D se basan en muchos de los mismos algoritmos que los gráficos vectoriales por computadora en 2D en el modelo de estructura alámbrica y los gráficos rasterizados por computadora en 2D en la pantalla renderizada final. En el software de gráficos por computadora, las aplicaciones en 2D pueden utilizar técnicas en 3D para lograr efectos como la iluminación y, de manera similar, las aplicaciones en 3D pueden utilizar algunas técnicas de renderizado en 2D.

Los objetos en gráficos de computadora en 3D a menudo se denominan modelos 3D . A diferencia de la imagen renderizada, los datos de un modelo están contenidos dentro de un archivo de datos gráficos. Un modelo 3D es una representación matemática de cualquier objeto tridimensional ; un modelo no es técnicamente un gráfico hasta que se muestra. Un modelo se puede mostrar visualmente como una imagen bidimensional a través de un proceso llamado renderizado 3D , o se puede utilizar en simulaciones y cálculos informáticos no gráficos . Con la impresión 3D , los modelos se renderizan en una representación física 3D real de sí mismos, con algunas limitaciones en cuanto a la precisión con la que el modelo físico puede coincidir con el modelo virtual. ^[1]

A William Fetter se le atribuye la invención del término "gráficos por computadora" en 1961 ^{[2] [3]} para describir su trabajo en Boeing . Un ejemplo temprano de gráficos por computadora interactivos en 3D fue explorado en 1963 por el programa Sketchpad en el Laboratorio Lincoln del Instituto Tecnológico de Massachusetts . ^[4] Una de las primeras exhibiciones de animación por computadora fue Futureworld (1976), que incluía una animación de un rostro humano y una mano que habían aparecido originalmente en el cortometraje experimental de 1971 A Computer Animated Hand , creado por los estudiantes de la Universidad de Utah Edwin Catmull y Fred Parke . ^[5]

El software de gráficos por computadora en 3D comenzó a aparecer para computadoras hogareñas a fines de la década de 1970. El primer ejemplo conocido es 3D Art Graphics , un conjunto de efectos de gráficos por computadora en 3D, escrito por Kazumasa Mitazawa y lanzado en junio de 1978 para Apple II . ^{[6] [7]}

El flujo de trabajo de producción de gráficos por computadora en 3D se divide en tres fases básicas:

1. Modelado 3D : el proceso de formar un modelo informático de la forma de un objeto.
2. Diseño y animación CGI : la ubicación y el movimiento de objetos (modelos, luces, etc.) dentro de una escena.
3. Representación 3D : los cálculos informáticos que, en función de la ubicación de la luz, los tipos de superficie y otras cualidades, generan (rasterizan la escena en) una imagen

El modelo describe el proceso de formación de la forma de un objeto. Las dos fuentes más comunes de modelos 3D son las que un artista o ingeniero origina en la computadora con algún tipo de herramienta de modelado 3D , y los modelos escaneados en una computadora a partir de objetos del mundo real (el modelado poligonal, el modelado de parches y el modelado NURBS son algunas herramientas populares utilizadas en el modelado 3D). Los modelos también se pueden producir de forma procedimental o mediante simulación física . Básicamente, un modelo 3D se forma a partir de puntos llamados vértices que definen la forma y forman polígonos . Un polígono es un área formada por al menos tres vértices (un triángulo). Un polígono de n puntos es un n-gono. ^[8] La integridad general del modelo y su idoneidad para su uso en animación dependen de la estructura de los polígonos.

Antes de renderizarlos en una imagen, los objetos deben disponerse en una escena 3D . Esto define las relaciones espaciales entre los objetos, incluida la ubicación y el tamaño . La animación se refiere a la descripción temporal de un objeto (es decir, cómo se mueve y se deforma con el tiempo. Los métodos populares incluyen fotogramas clave , cinemática inversa y captura de movimiento ). Estas técnicas se utilizan a menudo en combinación. Al igual que con la animación, la simulación física también especifica el movimiento.

Los materiales y las texturas son propiedades que el motor de renderizado utiliza para renderizar el modelo. Se pueden dar materiales al modelo para indicarle al motor de renderizado cómo tratar la luz cuando llega a la superficie. Las texturas se utilizan para dar color al material mediante un mapa de color o de albedo, o para dar características a la superficie mediante un mapa de relieve o un mapa normal . También se pueden utilizar para deformar el propio modelo mediante un mapa de desplazamiento .

El renderizado convierte un modelo en una imagen ya sea simulando el transporte de luz para obtener imágenes fotorrealistas o aplicando un estilo artístico como en el renderizado no fotorrealista . Las dos operaciones básicas en el renderizado realista son el transporte (cuánta luz llega de un lugar a otro) y la dispersión (cómo interactúan las superficies con la luz). Este paso se realiza generalmente utilizando software de gráficos por computadora en 3D o una API de gráficos en 3D . Alterar la escena en una forma adecuada para el renderizado también implica una proyección en 3D , que muestra una imagen tridimensional en dos dimensiones. Aunque el software de modelado 3D y CAD también puede realizar renderizado 3D (por ejemplo, Autodesk 3ds Max o Blender ), también existe software de renderizado 3D exclusivo (por ejemplo, Octane Rendering Engine de OTOY , Redshift de Maxon)

• Ejemplos de renderizado 3D
• 
  Una representación 3D con trazado de rayos y oclusión ambiental utilizando Blender y YafaRay
• 
  Un modelo 3D de un acorazado de clase Dunkerque renderizado con sombreado plano
• 
  Durante el paso de renderizado 3D, se puede adaptar la cantidad de reflejos que pueden tener los "rayos de luz", así como otros atributos, para lograr el efecto visual deseado. Renderizado con Cobalt .
• 
  Una representación en 3D de un ático

El software de gráficos por computadora en 3D produce imágenes generadas por computadora (CGI) a través de modelado y renderizado en 3D o produce modelos en 3D para fines analíticos, científicos e industriales.

Existen muchas variedades de archivos que admiten gráficos 3D, por ejemplo, archivos .obj de Wavefront y archivos .x de DirectX. Cada tipo de archivo suele tener su propia estructura de datos única.

Se puede acceder a cada formato de archivo a través de sus respectivas aplicaciones, como archivos DirectX y Quake . Alternativamente, se puede acceder a los archivos a través de programas independientes de terceros o mediante la descompilación manual.

El software de modelado 3D es una clase de software de gráficos por computadora en 3D que se utiliza para producir modelos en 3D. Los programas individuales de esta clase se denominan aplicaciones de modelado o modeladores.

El modelado 3D comienza con la descripción de tres modelos de visualización: puntos de dibujo, líneas de dibujo y triángulos de dibujo y otros parches poligonales. ^[9]

Los modeladores 3D permiten a los usuarios crear y modificar modelos a través de su malla 3D . Los usuarios pueden agregar, quitar, estirar y cambiar la malla según sus deseos. Los modelos se pueden ver desde una variedad de ángulos, generalmente de manera simultánea. Los modelos se pueden rotar y la vista se puede ampliar y reducir.

Los modeladores 3D pueden exportar sus modelos a archivos, que luego pueden importarse a otras aplicaciones siempre que los metadatos sean compatibles. Muchos modeladores permiten conectar importadores y exportadores , de modo que puedan leer y escribir datos en los formatos nativos de otras aplicaciones.

La mayoría de los modeladores 3D contienen una serie de funciones relacionadas, como trazadores de rayos y otras alternativas de renderizado y funciones de mapeo de texturas . Algunos también contienen funciones que admiten o permiten la animación de modelos. Algunos pueden generar videos de movimiento completo de una serie de escenas renderizadas (es decir, animación ).

El software de diseño asistido por computadora puede emplear las mismas técnicas fundamentales de modelado 3D que el software de modelado 3D, pero su objetivo es diferente. Se utilizan en ingeniería asistida por computadora , fabricación asistida por computadora , análisis de elementos finitos , gestión del ciclo de vida del producto , impresión 3D y diseño arquitectónico asistido por computadora .

Después de producir un video, los estudios editan o componen el video utilizando programas como Adobe Premiere Pro o Final Cut Pro en el nivel medio, o Autodesk Combustion, Digital Fusion o Shake en el nivel más alto. El software de movimiento de coincidencia se utiliza comúnmente para hacer coincidir el video en vivo con el video generado por computadora, manteniendo los dos sincronizados a medida que la cámara se mueve.

El uso de motores de gráficos por computadora en tiempo real para crear una producción cinematográfica se denomina machinima . ^[10]

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No todos los gráficos de computadora que parecen 3D se basan en un modelo de estructura alámbrica . Los gráficos de computadora 2D con efectos fotorrealistas 3D a menudo se logran sin modelado de estructura alámbrica y, a veces, son indistinguibles en la forma final. Algunos programas de arte gráfico incluyen filtros que se pueden aplicar a gráficos vectoriales 2D o gráficos rasterizados 2D en capas transparentes. Los artistas visuales también pueden copiar o visualizar efectos 3D y generar manualmente efectos fotorrealistas sin el uso de filtros.

Algunos videojuegos utilizan gráficos 2.5D , que implican proyecciones restringidas de entornos tridimensionales, como gráficos isométricos o cámaras virtuales con ángulos fijos , ya sea como una forma de mejorar el rendimiento del motor del juego o por cuestiones de estilo y jugabilidad. Por el contrario, se dice ^{[ ¿quién? ]} que los juegos que utilizan gráficos de computadora 3D sin tales restricciones utilizan 3D verdadero.

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^[1]

Wikimedia Commons tiene medios relacionados con Gráficos de computadora 3D .

Busque gráficos de computadora en Wikcionario, el diccionario libre.

• Una historia crítica de los gráficos y la animación por ordenador ( copia de Wayback Machine )
• Cómo funcionan las cosas: gráficos en 3D
• Serie de artículos sobre la historia de los gráficos por computadora (copia de Wayback Machine)
• Cómo funciona el 3D: explica el modelado 3D para un manuscrito iluminado