Las imágenes tridimensionales a menudo abreviado 3D (3D tres dimensiones: x, y, z, los tres ejes que forman la geometría ortonormal en el espacio) es un conjunto de técnicas que incluyen desde CAD que permite representación en perspectiva de los objetos en un monitor de ordenador. En la actualidad está ampliamente utilizado en arte digital en la industria del cine, iniciada por Pixar y ILM Estudios y desde 1992 en muchos juegos de video. No se debe confundir con 3D términos relativos o estereoscopía.
Síntesis de imágenes tridimensionales utiliza un espacio vectorial. Este espacio se divide en tres dimensiones en los ejes cartesianos, generalmente llamado X, Y y Z.
Disfrute de una obra de teatro, un punto de referencia, y definir la dirección izquierda-derecha (X), de adelante hacia atrás (Y) y arriba-abajo (Z). Para ir desde el origen hasta un punto, es necesario:
x metros a la derecha;
Y metros adelante;
z metros hacia arriba.
Si podemos cambiar el orden en el que se puede mover, esta combinación (x, y, z) es único: un punto de la pieza de trabajo está representado por un solo triplete y representa un solo punto de la parte. Estos valores triplete se llama las coordenadas del punto.
El punto de referencia se denomina el “origen” y se observa por lo general O, se corresponde con el triplete (0, 0, 0).
Mueva de un valor a la izquierda equivale a pasar de un valor -a derecha. Retroceder un valor b es igual a mover -b. Abajo de un valor equivalente a c -c arriba.
Ahora echemos un volumen simple, un poliedro. Este poliedro puede ser definida por las coordenadas de sus vértices. Por los datos de una serie de valores [(x1, y1, z1); (X2, Y2, Z2); (xn, yn, zn)], el volumen se define.
Técnicas
Síntesis de imagen 3D, básicamente, consiste en dos pasos:
Modelo que desea ver o representar. Este proceso se denomina modelado
Realice la visualización de lo que se modela. Esta etapa se llama prestación
En cada uno de estos pasos, existen muchas técnicas. Aunque teóricamente el modelado y renderizado son independientes, es obvio que el registro debe ser capaz de explotar los datos modelados y con frecuencia una técnica de modelado está estrechamente asociada con una técnica de renderizado.
El modelo será hacer que la tienda de informática un conjunto de datos geométricos y funciones gráficas para luego representar el modelo. Este modelo se suele llamar escena 3D, según szene Inglés significa “punto de vista”, por lo que dice “Vista 3D”.
Tipos de modelado
CSG (Geometría Sólida Constructiva) objetos se definen por las operaciones (uniones, intersecciones …) en formas geométricas en el espacio (poliedros, esferas, conos, curvas Bezier, splines, NURBS …). Este método es muy adecuado para la creación ex nihilo, ya que corresponde a la forma en la mente humana es la forma de los objetos.
B-Rep (Límite Representación, representación Fronteras): la superficie de cada objeto está limitado por las formas geométricas 2D (generalmente triángulos). Este es el tamaño de salida natural de los escáneres 3D que miden las dimensiones de los puntos de la superficie de los objetos. Es también la representación normalmente utilizada por los dispositivos de visualización acelerados para 3D.
Splines, en el que las superficies se describen por las curvas que forman una celosía.
Superficies implícitas, donde se muestran los objetos son descritos por superficies de unión volúmenes, por lo general las esferas.
Voxels, tomando imágenes digitales analogía 3D donde el espacio se divide en intervalos regulares.
Software de modelado
El proceso de modelado puede ser automática como un escáner 3D, lo que creará un programa a partir de una representación por ordenador de un objeto real en el mundo, ya sea manualmente utilizando un software de edición 3D. En este último caso, un diseñador gráfico es responsable de crear el modelo. Este software se llama modeladores de modelos.
Entre el software más conocidos y más populares son el 3D Studio Max, Maya, XSI, LightWave, Cinema 4D, Turbo 3D, Modo y el software de código abierto, Blender.
El registro se divide a su vez en varias fases: Proyección de cálculo de iluminación (iluminación hablando) en el plano de observación. Dibujo estrictamente con posible aplicación de texturas
A veces algunas de estas fases se realizan simultáneamente (en tarjetas 3D).
Iluminación
Iluminación locales
El algoritmo de Gouraud, es un método de representación muy simplificada, ya que es a interpolar en la imagen 2D, línea por línea a nivel de píxel, los valores de intensidad del interior de un poliedro de acuerdo con las intensidades sus vecinos: es un alisado 2D.
El algoritmo de sombreado Phong es un 3D que permite tener un volumen y una cuestión de hecho, de acuerdo a la fuente de luz y la propiedad de reflexión de la luz del material en cada punto del poliedro, por interpolación de la normal de máximos.
Iluminación global
radiosidad calcula el intercambio de energía de la luz entre los elementos de superficie etapa, teniendo en cuenta sus propiedades de reflexión y absorción. Esto requiere de los elementos finitos superficiales descomponen escena. Esto permite la iluminación natural suave. Esta técnica asociada con el trazado de rayos y otra vecina que permite inter-reflexiones es una técnica de iluminación global.
Diferencia fundamental con el 2D
Finalmente, hay una imagen 2D. Esta imagen podría muy bien estar diseñado directamente en 2D, pero se ha calculado, generados a partir del modelo 3D.
El mundo de los gráficos por ordenador en 3D es de hecho matemáticamente real. Pero el mecanismo se invierte aquí como dibujante en la cartulina que reproduce una obra esculpida desde todos los ángulos. La imagen de dos dimensiones que resulta representar una escena en tres dimensiones no es otro que el subproducto de este mundo virtual “conectado”. Las posibilidades de esta tecnología son infinitas, como un artista dibujante podría reproducir la realidad en una infinidad de ángulos y diferentes parámetros.
A diferencia de una imagen tridimensional convencional, una imagen tridimensional volumétrica (o volumen) da un valor en todos los puntos en el espacio (cálculos de la matriz). Estos están conectados (o no) entre ellos para formar polígonos que comúnmente se llaman facetas. Estas facetas interconectadas con cada uno de ellos, en última instancia, constituyen el objeto 3D. Además, otros elementos también pueden tener razón en el interior del objeto, incluso aquellos que pueden asignar funciones específicas adicionales, dando la impresión de un objeto de masa, además del volumen (por ejemplo, .: Objeto / objeto hueco lleno).
3D en tiempo real
En tiempo real en 3D que se utiliza realmente en los videojuegos, pero también tiene muchas otras aplicaciones: la visualización arquitectónica, visualización médica, diversas simulaciones, salvapantallas. El desafío técnico inherentes a este tipo de 3D es conseguir la mejor calidad imagen posible, manteniendo animación fluida, lo que requiere para optimizar mejor los cálculos de renderizado. Al principio, todos los cálculos estaban volviendo a la unidad central de proceso (CPU) computadoras, pero la demanda de energía cada vez mayor para mejorar la calidad de las imágenes empujó a los fabricantes a comercializar PCI (Peripheral Component Interconnect) especializadas en 3D. El primero disponible en PC (Personal Computer) fue el 3DFX Voodoo de la empresa. Hoy en día, las tarjetas gráficas integradas para la inmensa mayoría de las características de aceleración 3D.
El uso de procesadores dedicados para calcular el 3D creado la necesidad de definir el estándar API (interfaz de programación de aplicaciones), lo que permite a los desarrolladores acceder y visualizar los cambios acelerados y constructores para incluirlos en los procesadores. Los dos API 3D más común es OpenGL y Direct3D (componente DirectX) más nuevo competidor desarrollado por Microsoft.
3D calculan previamente
3D precalculada se utiliza en la creación de imágenes, efectos especiales y animación. Su principal ventaja es que proporciona una alta calidad de imagen y un alto realismo. La imagen se describe como “fotorealista” cuando su nivel de detalle es muy importante. Entonces puede ser confundido con una fotografía.
3D precalculada no permite la interactividad. El espectador no puede actuar en la escena 3D. Se utiliza particularmente en el cine o la televisión.
La preocupación por el tiempo de cálculo existe, pero una escala totalmente diferente de la de la 3D en tiempo real. De hecho, en la aplicación de animación última, lisa es posible calcular con más de veinte fotogramas por segundo, mientras que en 3D calculan previamente, el cálculo de una imagen puede tardar horas o incluso días. Una vez que todas las imágenes calculadas se proyectan a la frecuencia deseada (24 fotogramas por segundo para la película de 35 milímetros por ej.). A menudo se generan en lo que se llama una granja de render. Esta es una importante red de ordenadores conectados entre sí para multiplicar la potencia de cálculo. Como cada segundo de animación requiere alrededor de 30 imágenes, esto significa que durante 15 minutos de entretenimiento de la red generará más de 27.000 imágenes.
El software calcula estas imágenes, “render” son numerosas. A través de los años, el software de consumo ha mejorado y también para transmitir efectos reales sobre el medio ambiente creado por los equipos de diseño.
Una técnica popular para el cálculo 3D es el “ray tracing” (trazado de rayos). En esta técnica, un haz de “compartir” la luz de cada punto de la pantalla, y “reunión” dispersos objetos en la escena 3D y “reflejan” en ellos.
El 3D pre-calculado es un gran éxito con el público en general, incluyendo a través de su difusión al cine. El estudio de animación Pixar se dedica exclusivamente a la creación de películas CGI desde la década de 1980 y es reconocido como un pionero en el campo. Desarrolla en particular render RenderMan considerado uno de los más eficientes de hoy sirve para hacer todas las producciones en el estudio, así como la de la gran mayoría de los gráficos por ordenador incluyen películas (ver películas infografía y síntesis de imágenes).
Los campos de la arquitectura, el interiorismo y la publicidad están utilizando cada vez más estos métodos para facilitar la venta de futuros proyectos.
3D híbrido
El 3D híbrido tiene como objetivo mejorar la foto-realismo de 3D en tiempo real de pre-cálculo (y por lo tanto la congelación) ciertos parámetros cuyo cálculo es caro, pero la calidad es esencial para el realismo de la imagen.
La iluminación es uno de esos ajustes costosos. 3D en tiempo real, se sacrificó: poco o nada de sombras, sin iluminación global. Sin embargo, una buena iluminación aporta mucho al realismo de la imagen y es a menudo lo que hace la gran diferencia entre 3D en tiempo real y en 3D pre-calculada. Congele este parámetro puede ser un problema, se puede cambiar en tiempo real, la iluminación no puede ser totalmente dinámico. Pero hay muchos contextos de uso de 3D en tiempo real en los que no es necesario disponer de una iluminación totalmente dinámica, y por lo tanto puede permitirse el lujo de fijar esta luz.
A continuación se calcula texturas de iluminación (lightmaps) que codifican la luz. Este cálculo es relativamente largo (precalculado, no se realiza en tiempo real), pero una vez hecho esto, la información de iluminación está disponible al instante. La calidad del enfoque puede entonces lo que tienes en 3D calculan previamente al tiempo que proporciona la interactividad en la configuración de todos los demás parámetros.
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