|
"El
arte digital consiste en generar escenas hiper-realistas y abstractas mediante el uso de
unas herramientas y unas técnicas digitales, o en otras palabras,
mediante el uso de ordenadores y sus correspondientes programas.
Desde la
aparición de los gráficos por ordenador hasta la actualidad, se han
producido una gran cantidad de innovaciones, debidas al desarrollo de
las técnicas de los programas y, en mayor medida, a la evolución del
los ordenadores.
|
Haciendo un breve repaso, la
cronografía puede ser más o menos la siguiente, que además
corresponde a los distintos tipos de visualización:
- modo wireframe, o
modelos de alambre: como su nombre indica, sólo se representan
líneas (tanto rectas como curvas).
- modo filling, o de rellenado continuo:
se representan objetos con caras de colores totalmente uniformes.
- modo rendering, ahora, no
sólo se representan las caras con colores, si no que, además, además
estos contienen degradados, sombras, etc. dentro de las técnicas de
rendering, podemos destacar dos grupos:
- volume rendering: cuando
los datos se obtienen de hardware de adquisición de datos en forma
de puntos 3D. Muy utilizado en medicina para RMN (Resonancia Magnética
Nuclear) y TAC (Tomografía Axial Computerizada).
|
| object
rendering: cuando
los datos se obtienen de modelos matemáticos 3D. Este es el tipo de
rendering más utilizado:
El proceso de rendering de una escena es un proceso bastante simple
por un lado, pues es hacer siempre lo mismo, y muy complejo por otro,
pues hay que saber qué parámetros poner para obtener lo que queremos.
En general, el proceso es el siguiente:
- se describe una escena en base a unos modelos matemáticos, donde se
especifican los objetos que intervienen y la posición tanto de la cámara
(punto de vista del observador) como la de las fuentes de iluminación.
- se calcula la imagen fotorealista a partir de la especificación
anterior, y por medio de un programa de rendering. Hay muchos, tanto
comerciales (RenderMan, Alias, 3D Studio) como freware/shareware
(POV, RayShade, PolyRay, BobTracer).
- se postprocesa (por medio de técnicas para oscurecer, aclarar,
rotar la imagen) y se visualiza.
Dependiendo del algoritmo de cálculo
en el proceso de rendering, se tienen los siguientes tipos:
- métodos scanline: tienen
en cuenta sólo la iluminación de los objetos, y no las propiedades
físicas de estos. Son métodos muy rápidos, pero los resultados
que se obtienen son los menos realistas (3D Studio).
- métodos radiosity:
calculan las ecuaciones de radiosidad para cada objeto, en función
de la energía que reciben, emiten y propagan. Son métodos
independientes del punto de vista del observador, muy lentos, pero
que producen los mejores efectos de sombreado/iluminación. Tienen
en cuenta las propiedades físicas relacionadas con la reflexión,
pero no la refracción (Radiosity).
- métodos de raytracing:
calculan las trayectorias de los rayos de luz que inciden en la cámara,
provenientes de las fuentes de iluminación. Se tienen en cuenta
tanto las propiedades de reflexión como las de refracción. Son métodos
muy lentos (los que más), pero que consiguen, en general, los
mejores efectos fotorealistas ya que son capaces de calcular
reflexiones, refracciones, transparencias, sombras, etc. El fallo más
importante de estos métodos es precisamente en el sombreado, que,
si bien, es más realista que con métodos scanline, lo es menos que
con radiosity. Dentro del raytracing, se encuentran básicamente dos
submétodos:
- photom
tracing: se calculan las
trayectorias directas, entre las fuentes de ilumi y el observador. Método
poco usado.
- el visible tracing: se
calculan las trayectorias inversas, entre el observador y las
fuentes de iluminación. Es el método más usado, y el que se usará
en el presente curso. Es el que implementan programas como:
RenderMan, Alias, POV, etc.
El método de raytracing presenta una
serie de limitaciones y/o inconvenientes, que se solventan por medio de
una serie de técnicas.
- líneas
escalonadas: debido a la
discretización en pantalla de los rayos de luz (pixel), las líneas
rectas inclinadas se ven como hechas a escalones (aliasing). La
solución es colorear en todos más suaves los pixel que quedan
entre los escalones (antialiasing). Método que ralentiza la
generación de imágenes, pero consigue mayor calidad.
- desaparición
de objetos diminutos:
debido al grosor de los pixel, estos son el promedio de los rayos
que llegan. Si se trazan pocos rayos, pueden desaparecen objetos.
Una de las técnicas para solventar esto es el supersampling, que
consiste en tener internamente muchos más pixels de los que se van
a representar, y luego promediar. Se consiguen buenas soluciones,
aunque el tiempo de rendering se multiplica por 10-100.
- falta de difracción: la
refracción desvía la luz, pero no de igual forma en todas las
longitudes de onda. Por este motivo, cuando la luz blanca atraviesa
un prisma, se descompone en colores (arco iris). Esto es imposible
por medio de raytracing.
- falta de sombras suaves:
puesto que las fuentes de iluminación son puntos infinitamente
pequeños, no se crean zonas de penumbra, y en cambio entre zona con
sombra y zona iluminada es muy drástico.
- falta
de reflexión especular:
la luz, al incidir en una superficie reflexiva no rebota. La mayoría
de los raytracers no solucionan el problema.
- falta
de reflexión difusa: no
sólo los objetos especulares reflejan la luz, si no también los
mates. Se puede intenta remediarlo con la iluminación ambiental,
como si todos los objetos reflejaran una cantidad constante y pequeña
de luz.
- falta de efectos cáusticos: efectos que se producen debido a la refracción no uniforme de la
luz (p.e. en lentes).
- reflejos
defectuosos: los reflejos
se producen debido tanto a la reflexión especular como a la difusa,
generalmente en las superficies curvadas. Debido a la imposibilidad
de calcular ambas reflexiones, estos efectos se simulan por medio de
métodos matemáticos aproximados. Entre los disponibles, se
utilizan reflexiones Phong y especulares.
|
