graﬁsmo electr´onico - edii.uclm.esedii.uclm.es/~jmlova/archivos/ge/archivos/ge.pdf · ordenador...

Grafismo Electronico

Escuela Universitaria Politecnica de Cuenca

Curso 2005-06

Indice general

1. La edicion de imagenes por ordenador 71.1. Evolucion del Grafismo Electronico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

1.1.1. Evolucion de los equipos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71.1.2. Grafismo Electronico en television . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

1.2. Elementos de un sistema de grafismo electronico . . . . . . . . . . . . . . . 91.2.1. Dispositivos de entrada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91.2.2. Elementos de proceso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91.2.3. Dispositivos de salida . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

1.3. Conceptos basicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111.4. Clasificacion de aplicaciones basadas en imagenes . . . . . . . . . . . . . . . 141.5. Retoque fotografico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141.6. El mundo virtual . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

1.6.1. El modelado tridimensional . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151.6.2. La generacion de escenarios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161.6.3. Diseno de la evolucion en tiempo de la animacion . . . . . . . . . . . 161.6.4. La animacion de personajes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161.6.5. Renderizado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171.6.6. Volcado a video . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

1.7. Formatos de almacenamiento en fichero . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171.8. Aplicaciones basadas en grafismo electronico . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

2. El modelado tridimensional 212.1. Introduccion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

2.1.1. Metodologıa de diseno 3D . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 222.2. El sistema de referencia virtual. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

2.2.1. Herramientas de visualizacion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 232.2.2. Proyecciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

2.3. Modelado de objetos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 242.3.1. Opciones de representacion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 252.3.2. Utilizacion de capas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 262.3.3. Construccion de objetos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 272.3.4. Texturas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

2.4. Consideraciones sobre personajes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 322.4.1. Creacion de objetos redondeados con MetaNURBS . . . . . . . . . . 322.4.2. Otros “plug-in” . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

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4 INDICE GENERAL

3. Escenografıa virtual 353.1. Sistema de referencia y control de visualizacion . . . . . . . . . . . . . . . . 35

3.1.1. La generacion de escenarios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 363.1.2. Carga de objetos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 373.1.3. Camara . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 393.1.4. Iluminacion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 393.1.5. Movimiento de objetos, camara, luces y huesos . . . . . . . . . . . . 413.1.6. Efectos de fondo, primer plano y niebla . . . . . . . . . . . . . . . . 42

4. Animaciones 3D 454.1. Evolucion en el tiempo de la animacion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45

4.1.1. Envolventes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 464.1.2. Configuracion de movimientos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 464.1.3. Jerarquıa de objetos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 484.1.4. Esqueleto y huesos (bones) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 484.1.5. Metamorfosis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49

4.2. Visualizacion de la secuencia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 504.2.1. Previsualizacion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 504.2.2. Renderizado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 504.2.3. Volcado a video . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52

Indice de figuras

1.1. Dispositivos de entrada, salida y elementos de procesamiento en un sistemade grafismo electronico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

2.1. Modos de visualizacion wireframe o malla de hilos y texturado. . . . . . . . 252.2. Situacion de los controles de capa. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 262.3. Botones de seleccion de vertices polıgonos y volumenes en Modeler. . . . . . 28

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6 INDICE DE FIGURAS

Capıtulo 1

La edicion de imagenes porordenador

El grafismo electronico, o la creacion y edicion de imagenes por ordenador son tecni-cas que han aparecido muy recientemente. Estas tecnicas se fundamenta en tres pillaresfundamentales:

Por un lado, tenemos que considerar el desarrollo de los ordenadores, que aunqueprincipalmente son herramientas de proposito general, en nuestro caso particular,y con el software adecuado, son aplicables de forma concreta al tratamiento deimagenes.

Por otra parte, ha sido imprescindible la evolucion de la tecnologıa digital y delas conversiones analogico-digital y digital-analogico, de manera que sea factible lacaptacion de las imagenes, su procesamiento, y el poder devolverla posteriormentea su formato natural, ya sea la fotografıa, la television, o el cine.

Finalmente, y en paralelo con todo lo anterior, hemos de tener en cuenta el progresoque han sufrido los algoritmos de procesamiento de imagenes, y las aplicacionessoftware: transformaciones en 2D, procesado del color, geometrıa 3D, proyecciones,rotaciones y traslaciones, etc

1.1. Evolucion del Grafismo Electronico

1.1.1. Evolucion de los equipos

Considerando el desarrollo de los ordenadores, como herramienta basica del tratamien-to de imagenes, el principio de estos esta marcado por una escasa capacidad de almace-namiento, una baja velocidad de procesado, y el uso de pantallas en modo texto de 40x25y 80x25 caracteres, o las pantallas MDA (Monochrome Display Adapter) capaces de re-presentar graficos de escasa calidad. En esta etapa, no obstante cobra gran importancia elordenador en las tareas de procesamiento de datos: calculos, textos, y bases de datos.

De forma paralela, fueron aumentando las prestaciones de los procesadores, la capa-cidad de almacenamiento, y los sistemas de visualizacion. Del sistema MDA se paso alCGA, Colour Graphics Array, que conseguıa 16 colores, con resolucion de 320x240 pıxelesy 80x25 caracteres. En esta epoca comenzaron a aparecer las primeras aplicaciones deCAD, sobretodo para dibujo lineal. Ademas, el desarrollo de los algoritmos informaticos

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8 CAPITULO 1. LA EDICION DE IMAGENES POR ORDENADOR

hizo que aumentase la productividad de los ordenadores, y la competitividad entre lasempresas del sector.

El siguiente salto en resolucion se produjo hacia los VGA Video Graphics Array. Conresolucion de 640x480 pıxeles y hasta 224 colores (16,4 millones). Hubo otros intentosque no se extendieron tanto como este, Ejemplos de esto son los sistemas EGA (EnhancedGraphics Array) con una resolucion de 480x360 y los Hercules con resolucion 720x540. Conesta calidad de imagen comenzaron a desarrollarse aplicaciones de dibujo con capacidadde tratamiento de imagenes y retoque fotografico, como Adobe Photoshop, Corel Draw,etc.

El ultimo salto cualitativo se produjo con la estandarizacion de los modelos SV-GA/SuperVGA, que permiten distintas resoluciones en pıxeles horizontales y verticales,desde 800x600, hasta 1920x1200, y distintas resoluciones en cuanto al numero de coloresque es capaz de representar. La resolucion en colores y el tamano en pıxeles de la pantalla,como se vera a continuacion, van a ser funcion de la capacidad de almacenamiento en lamemoria interna de las tarjetas graficas. Para el mismo tamano de memoria, mayor resolu-cion en pıxeles va a implicar menor resolucion en numero de colores, y viceversa. Con estasprestaciones y el desarrollo de los algoritmos graficos se consolidaron las herramientas dediseno 3D.

1.1.2. Grafismo Electronico en television

Los comienzos del grafismo electronico en television partieron de unos aparatos llama-dos tituladoras, que se encargaban de representar textos superpuestos en las imagenes detelevision. Estos textos podıan ser, tanto subtıtulos, como tıtulos de credito. Otras posi-bilidades que aparecieron tambien en los primeros momentos son las secuencias de efectossimples entre programas, o entre anuncios publicitarios. Lo habitual era conseguir secuen-cias consistentes en un recuadro, o un cırculo, blanco sobre fondo negro que aumentabasu tamano progresivamente.

El siguiente paso fueron los sistemas DVE, o Digital Video Effects, mediante los cualescualquier elemento grafico puede insertarse en la senal de vıdeo, para colocarlo en cualquierpunto de la pantalla de TV.

Pero el paso decisivo para la explosion del grafismo electronico en la television fue eldesarrollo de la norma 4:2:2. Esta norma establecio la forma en la que se debe digitalizarla senal de television, produciendo un salto cualitativo en el procesamiento de la senal detelevision. A partir de la elaboracion de esta norma, y debido a su gran extension en todoel mundo, proliferaron los sistemas digitales para el tratamiento imagenes destinados a latelevision; y con ellos la aplicacion de gran cantidad de efectos especiales aplicables a laimagen. Con esto, se abrio todo un mundo de edicion de imagenes y secuencias de videopor ordenador.

En la actualidad, la generacion de imagenes por ordenador esta muy de moda. Nadieimagina un programa de television sin una de esas cabeceras espectaculares, sin rotulos conefectos especiales, etc. Las salas de grafismo han pasado a ser un elemento imprescindibleen la television de nuestros dıas. La competencia existente entre las diversas cadenasmotiva a aumentar la espectacularidad de los programas anadiendo efectos visuales en dosy en tres dimensiones.

En una sala de grafismo, van a existir fundamentalmente dos tipos de equipos. Por unaparte estan los equipos destinados a manejar imagenes planas en dos dimensiones. Estosequipos son las paletas graficas, disenadas para que detras de ellas se siente el artista, y suscreaciones esten inmediatamente disponibles como senal de video. Estas paletas graficasademas suelen tener la posibilidad de realizar pequenas animaciones de contenido en dos

1.2. ELEMENTOS DE UN SISTEMA DE GRAFISMO ELECTRONICO 9

dimensiones, como dibujos animados de corta duracion, o como la secuencia de imagenesdel satelite Meteosat tıpicas en los programas de prediccion meteorologica. Por otra parte,estas salas de grafismo electronico disponen tambien de estaciones de trabajo 3D, dedicadasa desarrollar animaciones tridimensionales y efectos graficos mas espectaculares que losanteriores.

Finalmente, la generacion de secuencias virtuales, no queda solo reducida a la confec-cion de cabeceras, o efectos especiales; pelıculas enteras estan realizadas ıntegramente porordenador, como por ejemplo, Toy Story, Shrek, Bichos, Dinosaurio, etc. Ademas existetodo un universo de juegos multimedia.

1.2. Elementos de un sistema de grafismo electronico

Un sistema dedicado al grafismo electronico debe contar con una serie de dispositivosde entrada, con los que se capturaran las imagenes a procesar; unos elementos de proceso,que generalmente estan incluidos en el ordenador; y unos elementos de salida, para obtenerel resultado final del trabajo. Todos ellos pueden verse en la figura 1.1

A continuacion, se enumeran algunos de estos elementos para un sistema generico. Encada caso, y dependiendo del trabajo a realizar, necesitaremos unos elementos u otros.

1.2.1. Dispositivos de entrada

Como elementos enteramente dedicados a la adquisicion de imagenes podemos destacarel escaner, las camaras fotograficas digitales, y todos aquellos sistemas capaces de captu-rar, tanto secuencias de vıdeo, como fotogramas. Entre ellos, el escaner tiene una funciondoble: por un lado pasar a formato de ordenador las imagenes fotograficas, las noticiasde periodicos, etc. para poder editarlas en las paletas graficas y presentarlas en los infor-mativos, magazines, etc. Y por otra parte, para pasar a mapas de bits cualquier texturapara poder aplicarla a cuerpos 3D en escenas tridimensionales. Los principales parame-tros a tener en cuenta en la eleccion de un dispositivo de entrada, ya sea un escaner, unacamara, etc. son la resolucion de imagen; que suele darse en dpi-”dots per inch”(puntospor pulgada), y la resolucion del color; que suele venir en bits por pıxel.

Una fuente inagotable de imagenes y muy util es el acceso a internet. Tambien es posibleencontrar librerıas de imagenes ofrecidas por empresas externas, o imagenes archivadasanteriormente en el propio estudio.

Otro elemento que esta presente en todos los centros de informativos es un enlacecon el satelite Meteosat. Este es un sistema de comunicaciones, que cuenta con una odos pantallas, que se van actualizando cada quince o veinte minutos y proporciona unaimagen procesada desde el satelite hacia la tierra. Estas imagenes puede ser congeladasy transferidas al sistema de almacenamiento de imagenes, o a las paletas graficas para lacomposicion del informe del tiempo.

1.2.2. Elementos de proceso

Los primeros elementos que sirven, tanto para el dibujo en la paleta grafica, como parael manejo de los comandos de dicha paleta, y por tanto tambien se pueden considerar comoelementos de proceso, son los dispositivos de entrada de datos al ordenador; como el tecla-do, el raton, el tablero digitalizador, o las pantallas tactiles. Estos elementos conformaranel interfaz entre el artista y el entorno electronico.


Figura 1.1: Dispositivos de entrada, salida y elementos de procesamiento en un sistema degrafismo electronico

1.3. CONCEPTOS BASICOS 11

De los elementos de procesamiento tambien podemos destacar la CPU, la memoria,y los sistemas de almacenamiento, como disquetes, CD-ROM, DVD, disco duro, discosmagnetoopticos, y cintas.

En un entorno donde se estan generando con frecuencia imagenes digitales destinadasa composiciones con otras imagenes, se hace necesario el uso de un sistema de almace-namiento de imagenes de gran versatilidad. Las librerıas de almacenamiento de imagenesson imprescindibles en una instalacion donde existan equipos de tratamiento de la senalen dos dimensiones, puesto que son el medio para almacenar las imagenes y acceder a ellasdesde el control de realizacion; lugar en el que se van a utilizar para componer la senalfinal de programa.

1.2.3. Dispositivos de salida

El elemento de presentacion de resultados depende de la aplicacion que se quiera con-seguir con las imagenes. En entornos fotograficos, probablemente el dispositivo de salidasea una impresora de papel, o una imprenta para grandes tiradas de posters o fotografıas.Tambien es posible imprimir en negativos para el caso de diapositivas, cine, o revelado fo-tografico. En los entornos televisivos, se requiere disponer de las imagenes elaboradas comosenal de television para utilizarla en programas, o para almacenarla, y tenerla disponibleen cualquier momento para su emision.

1.3. Conceptos basicos

Tanto en Informatica, como en Grafismo Electronico, aparecen una serie de terminosque, aunque son sobradamente conocidos, no esta de mas recordarlos:

Bit: Unidad mınima de informacion. Tiene dos valores posibles “0” y “1”, Verdadero-Falso, Si-No.

Byte: Conjunto de 8 bits. Los codigos ASCII (American Standard Code for InformationInterchange) son 256 codigos estandarizados que se representan mediante bytes. Enalgunos casos, solo 7 llevan informacion, y el octavo es un bit de paridad que se ponea “1” cuando el numero de unos del resto de bits es par.

Word: Conjunto ordenado de 16 bits.

kByte: 210 = 1.024 Bytes.

MByte: 220 = 1.048.576 Bytes.

Pixel: Unidad grafica mas pequena que se puede representar en la pantalla. Es un puntode color, o de blanco y negro.

Resolucion: Numero de pıxeles por unidad de medida en la pantalla, o en la impresora.Se mide en puntos por pulgada (PPP) o en “Dots per Inch” (dpi). Numero de pıxelesque pueden contarse en una pulgada de imagen

Paleta de colores: Conjunto de colores disponibles para la imagen. El conjunto maspequeno de colores esta formado por dos colores. En este caso, se suele tratar de loscolores blanco y el negro, aunque se pueden definir paletas con cualesquiera otros doscolores; por ejemplo, verde y azul. Dos colores pueden ser identificados por un solobit, correspondiendo su valor “0” con uno de los colores, y el “1” con el contrario.


Actualmente, la paleta de colores mas grande que se utiliza contiene 224 colores.Para la formacion de los colores de esta paleta se utiliza una mezcla aditiva de trescolores primarios: el rojo, el verde y el azul; Este modo de representar los colores sedenomina RGB, y utiliza un byte (8 bits) para identificar la intensidad de cada unode los colores primarios. Esto implica la necesidad de tener tres bytes para definirel color de un pıxel. Los 24 bits de estos 3 bytes ofrecen 224 posibles colores, esdecir 16,4 millones de colores. Entre estos dos extremos existe toda una gama demodalidades que incluyen 16 colores representados por 4 bits, o 256 colores o nivelesde gris que se representan por 8 bits.

Tamano en memoria de una imagen: Viene impuesto por el tamano en pıxeles de laimagen, y la cantidad de colores de la paleta de colores. Considerando el tamano enbits como b, el numero de pıxeles como p y la paleta de colores como P

b = p ∗ P

Fotograma: Imagen bidimensional estatica.

Secuencia: Conjunto de fotogramas que presentados sucesivamente a la velocidad co-rrecta nos producen sensacion de movimiento en lo que estamos viendo. Para podercaptar esta sensacion de movimiento, los fotogramas consecutivos de la secuenciadeben tener pequenas diferencias.

Algunos ejemplos:

1. Calcular el tamano que ocupara en el ordenador una imagen de 65.536 colores conuna tamano de imagen de 800x600 pıxeles.

p = 800 ∗ 600 = 480000 pıxelesbpp = log2(65536) = 16 bits por pıxel

b = 480000 ∗ 16 = 7680000 bitsB = b

bpp = 960000 Bytes

2. Tenemos disponibles 2 MB de memoria. Si debemos manejar un grafico de 1024x768,cual es la cantidad maxima de colores con los que podemos trabajar.

b = 2 ∗ 220 ∗ 8 = 16777216 bitsp = 1024 ∗ 768 = 786432 pıxeles

P = bp = 16777216

786432 = 21,3 bits por pıxel

El estandar mas cercano e inferior a 21,3 es el de 16 bits lo que equvale a 65.636colores

3. En un disquete de 1,44 MB (1.457.664 Bytes) de capacidad hay que almacenar unaimagen a color verdadero (24 bits). La imagen original tiene un tamano de 1024 x768. Si queremos conservar el color, ¿que tamano debemos darle a la imagen paramantener la relacion de aspecto alto / ancho?.La imagen completa ocupara:

Bi = 1024∗768∗248 = 2359296Bytes

Y el espacio disponible en disco es

1.3. CONCEPTOS BASICOS 13

Bd = 1457664Bytes

Ası pues, la relacion de tamanos queda

R = 23592961457664 = 1,62

Debemos obtener la raız cuadrada para aplicar este factor a las dos dimensiones

w = 1024√1,62

= 800 como ancho final

h = 768√1,62

= 600 como alto final

Quedando el tamano final 800 x 600

4. Calcular el tamano de un fichero que va a ser impreso por un sistema con capacidadmaxima de impresion de 300 dpi en tamano A3 (420 x 297 mm) con 24 bits deprofundidad de color300 dpi significa 300 pixeles por pulgada; y un papel en formato A3 tiene 420x297mm. lo que equivales a 16 x 11 pulgadas

p = 16 ∗ 300x11 ∗ 300 = 4800x3300 = 15,8400,000 pıxelesB = 15840000∗24

8 = 45,32MB (1 MB = 1.024 * 1.024 Bytes)

5. Se quiere ampliar un negativo de 9x9 cm para un poster, y que acupe finalmente60x60 cm. Si lo vamos a imprimir a 300 dpi calcular:a)- Resolucion a la que hay que escanear la imagenrelacion de tamanos

R = 609 = 6, 66

Ası pues el original debe ser escaneado a 300 x 6,66 = 2 000 dpib)- ¿Cuanto ocupa el fichero escaneado a 256 colores?La altura del negativo es:

h = 92,54 = 3, 54

h = 2,000x3, 54 = 7,080 pıxelesB = 7080∗7080∗8

8 = 50126400 = 47, 8MB

c)- ¿y a 256 tonos de gris?Igual

6. Tenemos una secuencia de video que podemos enviar a razon de 25 imagenes porsegundo, cada imagen con 600x450 pıxeles de tamano y 256 colores. Si mantenemos lavelocidad de transmision constante y no queremos alterar las proporciones, ¿cuantohay que reducir el tamano para enviarlas a 24 bits de color?La imagen al pasar de 8 a 24 bits ocupa 3 veces mas por tanto hemos de reducir sutamano en la raız de tres

w = 600√3

= 346 h = 450√3

= 259

7. Ejemplo de calculo de la velocidad de transmision. Supongamos una secuencia devıdeo formada por un conjunto de imagenes de tamano 600 x 450 pıxeles a 16 bits decolor. Si se deben enviar 15 imagenes por segundo, cual es la velocidad de transmisionen Mbits por segundo.

b1 = 600∗450∗161024∗1024 = 4, 12Mbits

b15 = 15x4, 12 = 61,8Mbits/s


1.4. Clasificacion de aplicaciones basadas en imagenes

Una posible clasificacion de todas las aplicaciones que existen en el mercado, segun sufuncionamiento y utilidad, podrıa ser la siguiente:

Aplicaciones basadas en dibujo lineal. Con ellas, y mediante trazos rectilıneos ycurvos se pueden dibujar planos en dos dimensiones, y modelar en tres dimensiones.Su utilidad principal es el diseno asistido por ordenador.

Presentaciones de datos. Se utilizan en general para confeccionar graficos de datoscomo diagramas de barras, graficos lineales, graficos de porcentajes (sectores), etc.con el fin de exponer los resultados de un trabajo. Tambien permiten incluir dibujoso imagenes que se desee. En television estos programas se utilizan a menudo, paraofrecer los resultados de votaciones o para mostrar datos economicos de cualquiertipo. Estos programas, en general, permiten encadenar las imagenes con distintosefectos, para conseguir una exposicion mas vistosa.

Los programas de retoque fotografico procesan imagenes creadas o adquiridas porel ordenador. Esta adquisicion puede realizarse, por ejemplo, a traves del escaner,o una camara. A las imagenes se les pueden realizar transformaciones de todo tipo,consiguiendose cualquier composicion a partir de las imagenes originales.

Quiza los programas mas espectaculares en cuanto a la edicion de imagenes seanlos programas de animacion y escenografıa virtual 3D. Estos programas poseen in-ternamente un sistema de representacion tridimensional para modelar la escena, eimplementan todas las transformaciones geometricas necesarias para resolver la pro-yeccion de esta escena sobre una camara virtual. Los resultados de estos programasson muy realistas.

Finalmente, otros programas mas especıficos de television son los de edicion no linealde video, que se utilizan para realizar mezclas de secuencias mediante diversos efectosde transicion.

1.5. Retoque fotografico

El retoque fotografico se refiere a todo tipo de tratamiento de imagenes estaticas endos dimensiones. La forma de trabajar que tiene un ordenador con un diseno en dosdimensiones es la siguiente: El objeto se representa como una matriz MxN de pıxeles,donde M es el numero de pıxeles horizontales y N verticales. Cada pıxel se representa enla memoria del ordenador con ”n”bits, segun la paleta de colores que se utilice.

Si queremos desplazar o rotar una imagen, sencillamente se aplicaran las ecuaciones dedesplazamiento o de rotacion en el espacio cartesiano en dos dimensiones. Estas rotacionesy traslaciones pueden realizarse con objetos enteros, o pıxel a pıxel de manera indepen-diente, consiguiendo distintos efectos visuales. Tambien se pueden realizar filtrados de lasimagenes en el dominio de la frecuencia con el fin de difuminar o realzar los contrastes.En definitiva, combinando imagenes sometidas a distintos procesos, pueden conseguirsecomposiciones muy interesantes, que a su vez pueden procesarse, y ası indefinidamente.

En television, el retoque fotografico se realiza mediante las paletas graficas, que estancompuestos por un tablero de dibujo sobre el que se dibuja, un ordenador que controla elconjunto, y un dispositivo de salida que convierte la composicion en senal de video.

1.6. EL MUNDO VIRTUAL 15

1.6. El mundo virtual

Los programas de animacion tienen como base un sistema de referencia tridimensionalinterno, definido por los tres ejes X, Y, y Z de un sistema cartesiano. En este sistemainterno, en el que el operador colocara la escena a desarrollar, cada objeto ocupara unvolumen en tres dimensiones, y contara con una posicion en el espacio definido por elorigen de coordenadas (0,0,0), que podemos designar como (x,y,z). Estos objetos van atener ademas tres grados de libertad, a, b, y g correspondientes al angulo que forma elobjeto con los tres ejes del espacio, de forma que vamos a poder modificar ademas desu posicion (x, y, z), los angulos a, b, y g. Estas operaciones son muy habituales en elprocesado en tres dimensiones, y las realiza el ordenador automaticamente.

Para interpretar este sistema, el operador cuenta, por parte de la aplicacion, con di-versos modos de representacion basados en proyecciones de la escena sobre planos. Larepresentacion mas habitual es la formada por las conocidas vistas de planta, alzado yperfil; aunque tambien se ofrece cualquier otra vista a traves de la perspectiva de unacamara virtual.

Al igual que en dos dimensiones, los calculos de traslaciones y rotaciones de objetosse realizan utilizando las ecuaciones apropiadas de un espacio cartesiano, considerandolotridimensional.

La metodologıa de diseno que se suele seguir para elaborar una secuencia 3D siguevarios pasos fundamentales, que se plantean a continuacion. Estos son, el modelado dela imagen inicial, el diseno de la evolucion en tiempo de animacion, el renderizado de lasecuencia, y el volcado a video.

1.6.1. El modelado tridimensional

Esta fase es bastante similar en todos los programas. Para confeccionar el modelode cualquier objeto de la escena, el programa nos ofrece, como hemos visto, un espaciotridimensional, con tres ejes en los que se pueden trasladar, rotar y deformar los objetos.

La forma mas sencilla de tratar computacionalmente un objeto tridimensional es me-diante la representacion matematica de sus vertices, aristas y caras, de forma que dosvertices definen una arista, y varias aristas definen una cara o superficie. Las superficiesmas habituales que forman las caras de los objetos, son el triangulo y el cuadrilatero, yaque son las mas sencillas. Los vertices y las aristas representan la estructura del objeto,y son una representacion muy usual del mismo, cuando las caracterısticas graficas delsistema de representacion en el que se trabaja no son muy elevadas, y no permiten la re-presentacion de las texturas en un tiempo razonable. Este modo de visualizacion mediantelas aristas se denomina en malla de alambres o wireframe.

El modelado se va a realizar a partir una serie de objetos geometricamente sencillos,y previamente construidos, llamados primitivas, a los que el disenador solo tiene queproporcionar sus medidas, ademas de algun otro parametro. Estos objetos o primitivaspueden ser prismas, esferas, cilindros, conos, etc. A partir de estos elementos, y mediantetransformaciones y modificaciones de vertices, es posible modelar practicamente todo, yconseguir escenas muy realistas.

Una vez representada la escena como objetos en modo malla de alambre, la sensacion derealidad se consigue mediante colores y texturas aplicadas a las superficies. Una texturaes una imagen bidimensional que va a representar el aspecto exterior del objeto al quese aplica. Cualquier objeto del universo, definido por un color, una reflectividad y unatransparencia se puede representar por una textura. La forma de trabajar con las texturases aplicandolas directamente sobre una superficie u objeto. Generalmente se va a trabajar


con una coleccion o biblioteca de texturas. Ademas algunos programas permiten aplicar lastexturas en capas, es decir, aplicar dos o mas texturas para que mezcladas proporcionenel aspecto adecuado.

1.6.2. La generacion de escenarios

La generacion de escenarios puede considerarse como parte del modelado, pero seha separado en un apartado diferente, para destacar la iluminacion y el sombreado, quedebemos configurar para obtener escenas realistas.

El escenario va a estar compuesto por todos aquellos objetos y personajes que se hanmodelado en el apartado anterior. En este caso, debe hacerse notar que las paredes, elsuelo, y si se quiere el techo, o incluso el cielo, tambien se deben considerar como objetosdel escenario. Estos, generalmente, seran objetos caracterizados por su forma plana, y alos que deberan aplicarse una textura adecuada para hacerlos mas aparentes.

La iluminacion es el elemento mas importante en el resultado artıstico de una escena3D. Con el posicionamiento de diferentes luces se pueden lograr escenas con realismo, oefectos que impacten. En los programas existentes en la actualidad se pueden colocar lasluces en cualquier punto del espacio, con cualquier orientacion y color. Existen diferentestipos de luces. La luz ambiental ilumina la escena de una manera uniforme hacia todas lasdirecciones del espacio. Las luces puntuales proporcionan una iluminacion muy concentra-da sobre un punto del espacio, y es muy utilizada para la creacion de reflejos. Las lucesdirigidas son mas abiertas que las anteriores, aunque tambien esta situada en un puntodel espacio y orientada en una direccion concreta. Estas luces dirigidas a veces son usadasproducir reflejos, pero sobretodo se utilizan para iluminar zonas concretas de la escena,resaltandolas de lo demas.

En una escena iluminada, es fundamental el calculo del sombreado de los cuerpos. Elsombreado es la iluminacion que tendra un cuerpo sometido a una luz; que poseera unmaximo en la direccion de esta, e ira decayendo conforme nos vayamos alejando. Existenvarios tipos de sombreados segun la calidad con que queramos acabar la escena. Estostipos de sombreado se aplican en el renderizado, y se veran mas adelante en la asignatura.

1.6.3. Diseno de la evolucion en tiempo de la animacion

Conforme la animacion de la escena vaya cambiando, se han de modelar tambien loscambios que sufren cada uno de los objetos a lo largo del tiempo.

Para disenar la evolucion en tiempo de la animacion hay que definir el recorrido quevan a efectuar las partıculas desde el cuadro cero hasta la finalizacion de la animacion.Para hacer esto se crean diversos fotogramas cerrados, o cuadros llave con los valoresinstantaneos de cada parametro y el software interpola los valores del parametro en losintervalos entre fotogramas cerrados. Por supuesto los programas seran capaces de inter-polar cualquier parametro basico como la rotacion, la traslacion, el tamano, etc. ası comoel color de las luces, los reflejos, o las distorsiones de movimiento.

1.6.4. La animacion de personajes

El modelado en tres dimensiones no tendrıa el efecto tan espectacular que posee sino tuviese animacion, y las posibilidades infinitas que supone la utilizacion del ordenadorpara animar. Con actores u objetos reales, algunos tipos de animaciones son muy difıcilesde realizar, y en algunos casos completamente imposibles; por ejemplo, el ”morphing”, quees el cambio de forma de un objeto para convertirse en otro. Para definir transformaciones

1.7. FORMATOS DE ALMACENAMIENTO EN FICHERO 17

de este tipo, tambien se utilizan los fotogramas cerrados. El ordenador calcula tambien lasposiciones intermedias de todos los objetos, y es capaz de renderizar la escena de formaque parezca que el movimiento es continuo.

1.6.5. Renderizado

Cuando se han disenado y comprobado mediante previsualizaciones los diferentes ele-mentos de una escena, se procede al renderizado final. Esto es el calculo de todos losfotogramas 2D, que van a componer la secuencia de imagenes resultado de la animacion.

Para representar la escena 3D en un fotograma 2D, se efectua una proyeccion de laescena sobre el plano fotosensible de la camara virtual, utilizando las ecuaciones de lageometrıa proyectiva. Esta proyeccion se realiza en dos pasos llamados geometrizacion yrasterizacion. La geometrızacion consiste en realizar los calculos geometricos de posicionde los triangulos o cuadrilateros que forman la superficie exterior de los objetos; y larasterizacion es la aplicacion del color que le corresponde a cada pixel de la pantalla.

Una vez calculado el cuadro inicial, deben hacerse las transformaciones necesarias enlos parametros que vayan a cambiar en el siguiente cuadro, atendiendo a la nueva posicionde los objetos, y a la perspectiva de la camara. Ası el ordenador ira calculando la animacioncuadro tras cuadro, en un proceso de calculo matematico muy intenso y largo. Las interpo-laciones de propiedades entre fotogramas cerrados son una parte pequena del renderizado,las partes mas costosas en tiempo son los calculos geometricos y la rasterizacion.

La velocidad de representacion de los cuadros depende del sistema de vision al quevaya destinada la animacion. En cine, la frecuencia de cuadro es de 24 fotogramas porsegundo. En television, hay que hacer distincion de los sistemas europeos, que utilizan unafrecuencia de 25 fotogramas por segundo, y el sistema americano, que utiliza 30 fotogramaspor segundo. Esta velocidad debe tenerse en cuenta a la hora de desarrollar los movimientosde la animacion, para que los movimientos que se realicen sobre los objetos de la escenaparezcan reales.

Se suele renderizar una camara, pero tambien es posible renderizar dos, o mas camaras.Las camaras son editables en todas sus propiedades, de la misma manera que las reales:campo de vision, zoom, etc.

1.6.6. Volcado a video

El objetivo de todo trabajo de grafismo es la visualizacion del mismo; y en television,esto implica el volcado de la animacion al soporte estandar del centro de produccion parasu disponibilidad de edicion, archivo, etc. El formato de grabacion puede ser cualquierade los formatos de vıdeo como Betacam, DV-CAM, DVC-PRO, e incluso VHS, para bajacalidad. Para conseguirlo, partimos de la animacion una vez renderizada y grabada en unformato AVI, TGA, etc, y posteriormente debemos transformarla a una senal digital devideo en componentes.

Otra posibilidad, tambien es utilizar un disco duro convirtiendo este tipo de fotogramaso cuadros en senal digital de video. Desde ese momento, se podra utilizar la senal de lamisma manera que si proviniese de un magnetoscopio.

1.7. Formatos de almacenamiento en fichero

Debido a la falta de acuerdo entre los desarrolladores de aplicaciones, y a la falta tam-bien de una estandarizacion por parte de instituciones a nivel internacional, cada fabricanteha tenido que resolver sus necesidades implementando distintos formatos de ficheros, que,


en consecuencia, han resultado incompatibles entre sı. Esto es lo que ha provocado laaparicion de gran cantidad de tipos de ficheros distintos, con sus correspondientes siglasidentificativas.

No obstante, y aunque los formatos de fichero son diferentes, todos tienen algunosrasgos en comun que nos permiten clasificarlos.

Por una parte tenemos los graficos matriciales o bitmap, que se utilizan a menudo enaplicaciones fotograficas. En estos ficheros, el grafico esta compuesto por una matriz depıxeles, cada uno con una serie de bits para identificar su color. Como caracterısticas deestos ficheros, el almacenamiento de los pıxeles se realiza secuencialmente; el tamano defichero es independiente del contenido; y si necesitamos variar el tamano de la imagenmanteniendo la resolucion en pıxeles por pulgada, perderemos calidad, ya que la imagenaparecera pixelada.

Algunos ejemplos de este tipo son:

BMP.- Formato matricial estandar de Windows.

DIB(Device Independent Bitmap).- Independiente de dispositivo.

CDR(CorelDraw)

PSD(PhotoShop)

JPEG(Joint Picture Expert Group).- Formato comprimido muy extendido en inter-net.

EPS(Encapsulated Postcript).- Creado por Adobe Systems. Utilizado por filmadorese imprentas. Un fichero EPS puede mandarse a una impresora Postcript sin necesidadde un programa de gestion de graficos.

GIF(Graphics Interchange Format).- Definido por Compuserve. Formato grafico pio-nero en la transmision de graficos en internet. Funciona en la mayorıa de las pla-taformas (PC Macintosh, Estaciones de trabajo). HPGL(Hewlett Packard GraphicsLanguage) Creado por HP como salida a plotters.

PCL(Printer Control Language) Lenguaje de descripcion de paginas del estilo dePostcript. Su salida debe imprimirse en una impresora PCL.

PCX.- Creado por Zsoft como formato del Paintbrush. Debido a la gran difusion conWindows es el formato matricial mas utilizado.

TGA.- Formato grafico especial para figuras de alta resolucion y gran numero decolores. Definido por TrueVision para sus tarjetas Targa que permiten alcanzar ele-vadas resoluciones con color verdadero.

TIFF(Tagged Image File Format) Seguramente el mas extendido. Admite diferentesmodos de compresion. WPG(WordPerfect Graphics). Poco extendido.

Por otra parte, en los entornos de dibujo asistido por ordenador se utilizan los llamadosgraficos vectoriales. Estos guardan la informacion geometrica de las figuras, (centro yradio de cırculos, vertices de polıgonos, etc) de manera que se pueden regenerar. Comocaracterısticas, el tamano del fichero depende de la cantidad de figuras que se incluyan, ylos cambios de tamano de las imagenes no producen perdidas de calidad, ya que el cambiode tamano afectara a los parametros constructivos de cada objeto. Ejemplos de estos son:

1.8. APLICACIONES BASADAS EN GRAFISMO ELECTRONICO 19

DWG.- Dibujo de AutoCAD.

DXF.- (Drawing Interchange Format) Formato estandar de los programas de CADcreado por Autodesk para AutoCAD, y muy difundido.

Finalmente, y como mezcla de los anteriores, esta el formato metafichero o metafile.Utiliza una base vectorial pero se permite la inclusion de imagenes matriciales. Algunosde los ejemplos mas importantes son:

CGM(Computer Graphics Metafile).- Definido por el ANSI (American NationalStandard Institute) y el unico considerado estandar aunque no muy extendido.

WMF(Windows Metafile).- Formato metafichero estandar en el entorno Windows,aunque poco utilizado

Para el almacenamiento de secuencias, el formato mas extendido es el AVI que admitedistintos tipos de compresiones como por ejemplo MPEG.

1.8. Aplicaciones basadas en grafismo electronico

Las aplicaciones de la edicion de imagenes por ordenador son muchas y muy variadas.Quiza la mas habitual es la television con la confeccion de caratulas para los progra-mas; y concretamente dentro de los informativos, la confeccion del mapa del tiempo, lossubtıtulos y otros efectos visuales que dan cierta espectacularidad. En television tambiense utilizan las animaciones tridimensionales, la mayorıa de las veces en la publicidad, o enlos informativos, para simular accidentes y tragedias.

El grafismo electronico se esta utilizando tambien para la presentacion de datos pormedio de graficos y diapositivas. No hay mas que recordar el despliegue virtual que desa-rrollan las televisiones en las noches electorales.

En otro tipo de entornos, el grafismo se utiliza tambien de forma artıstica en la mayorıade las disciplinas tradicionales como la fotografıa, el cine, el dibujo, y la pintura, o en losmas modernos sistemas multimedia. Los sistemas multimedia integran la comunicacion,con las imagenes, el sonido y los datos para dar lugar a diferentes aplicaciones: desde laconfeccion de paginas Web, la edicion de enciclopedias multimedia en CD-ROM, la edicionde vıdeo, o la creacion de juegos de realidad virtual.

Otra aplicacion, que esta empezando a ser habitual en ingenierıa, es la simulacionvirtual de los resultados de una obra arquitectonica o un proyecto de ingenierıa comoun aeropuerto, un avion, un barco, etc. Los sistemas de diseno asistido por ordenadorincluyen ademas del diseno industrial de estructuras, mecanismos y formas, su integracioncon paquetes de simulacion, y con maquinaria automatica de produccion, que permitenacortar el proceso de diseno y su fabricacion posterior.

Tambien es posible encontrar aplicaciones de levantamiento de perfiles orograficos apartir de los mapas cartograficos. Mediante el ordenador se hace posible visualizar laorografıa de un terreno partiendo de un mapa cartografico.

Finalmente, la realidad virtual tambien se esta utilizando ultimamente en discipli-nas alejadas de la informatica como la medicina con fines docentes, y para la ayuda aldiagnostico de enfermedades.

Capıtulo 2

El modelado tridimensional

2.1. Introduccion

Dentro de los sistemas audiovisuales modernos, la creacion de efectos tridimensionalespor ordenador, se ha convertido actualmente en un elemento imprescindible en el entornodel cine, la television e incluso en la produccion ligera de vıdeo (bodas, bautizos, . . . ).debido a la gran competencia que existe en el sector. Probablemente nadie se imagina unprograma de television sin esas cabeceras espectaculares (secuencias cortas en duracionpero muy creativas), o sin rotulos dinamicos de credito, que giran, que estallan, etc.

Pero la generacion de escenas virtuales no queda solo reducida a la confeccion de ca-beceras, transicion entre programas, efectos especiales, etc. sino que va mas alla. No haymas que recordar pelıculas de animacion como Toy Story, Bichos, Dinosaurio, . . . que estanrealizadas ıntegramente por ordenador, u otras en las que la animacion tridimensional hasido un soporte importante como los dibujos animados, que siendo una parcela antanorestringida al dibujo 2D estan incluyendo a gran velocidad multiples efectos tridimensio-nales.

Un efecto especial muy espectacular y restringido unicamente al mundo virtual, ya queno es posible realizarlo mediante actores, es el “morphing” o metamorfosis. El morphing esun efecto mediante el cual un actor, o un objeto, se transforma progresivamente cambiandode forma para convertirse en otro.

Otras aplicaciones, aunque fuera de lo que es la television o el cine, son el desarrollode juegos de ordenador, y las funciones en diseno arquitectural, industrial, moda, etc. Entodas ellas, las herramientas fundamentales son el ordenador, y uno de estos programasde diseno 3D.

Se ha dividido el desarrollo de los contenidos de esta parte de la asignatura en dostemas separados. Este que se esta presentando, trata del modelado de objetos, en el quese aborda el modo en que los programas nos permiten componer y representar los objetosque forman parte de nuestra escena. Al principio de este capıtulo, se presentan tambienlas herramientas matematicas que soportan todo este mundo del modelado tridimensional.En el capıtulo siguiente, entraremos en la generacion de escenarios, entendiendo como tal,no solo la colocacion de los objetos, sino tambien la configuracion de la camara, las lucesy las sombras, junto con su animacion en la escena, las deformaciones de personajes, losefectos especiales, etc.

Algunos ejemplos de programas orientados a la tarea del diseno 3D son, el conocido3D Studio MAX, que comenzo a conocerse como una herramienta de los arquitectos parael diseno y representacion de sus construcciones; el programa Strata 3D es interesanteporque el nucleo fundamental es de libre distribucion en internet, y por lo tanto, no es

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22 CAPITULO 2. EL MODELADO TRIDIMENSIONAL

necesaria licencia a dıa de hoy, lo unico que exigen los programadores es que los usuariosque lo utilicen se registren. Tambien los mismos programadores ofrecen otra version depago, por supuesto mas completa, con mas librerıas, etc.

Otro ejemplo, que sera el que utilicemos en las sesiones practicas es LightWave. Estesoftware, quiza no es tan conocido, pero ofrece resultados de gran calidad en las anima-ciones, utilizando un tiempo de renderizado no muy elevado.

Un punto tan importante como cambiente en el diseno 3D es el aspecto de los reque-rimientos hardware. El desarrollo de los programas (lo que llamamos software), y de losordenadores (que llamamos hardware) discurre de forma paralela. Los nuevos modelos deordenadores consiguen unas prestaciones superiores, prestaciones que son incluidas en lasnuevas versiones de los programas. Visto desde el punto de vista del sufrido usuario, cuandose quiere utilizar un programa mas moderno, a menudo, se debe cambiar de ordenador.

El diseno asistido por ordenador, y en definitiva cualquier programa que tenga unaparato matematico importante, va a necesitar grandes prestaciones en los PCs dondefuncione. Unas mejores prestaciones implicaran una mejora ostensible en el tiempo decalculo necesario en cada caso, e incluso una falta de prestaciones puede hacer que laaplicacion, simplemente no funcione.

En la actualidad, unas buenas prestaciones pueden ser estas: Un Pentium IV, 2 GBytesde RAM, y 200 GByte libre de disco duro. Esto es para funcionar un poco. Hay que teneren cuenta que las animaciones reales, dependiendo de la duracion y de la definicion conque se hagan, pueden ocupar gran cantidad de espacio en disco. De ahı este dato sobreel disco duro. Se aconseja un adaptador de pantalla que admita color verdadero y con untamano interno de memoria de 128 MBytes.

La mayorıa de estos programas vienen ya en CD-ROM ası que se hace necesario tenerun lector. Tambien, si se quiere llevar el trabajo realizado de un lugar a otro, se aconseja ungrabador de CDs por el tamano de los ficheros. Para trabajar con los programas de diseno,se utiliza mucho el raton, o los llamados tableros digitalizadores. No obstante, muchasaplicaciones aconsejan ejecutar los comandos a traves de las llamadas teclas rapidas. Lautilizacion de estas teclas rapidas ofrece una mayor rapidez que la busqueda a traves desolapas y de menus. Por ejemplo, en LightWave, la tecla F1 ofrece una ayuda sobre lasituacion de las teclas rapidas.

2.1.1. Metodologıa de diseno 3D

La metodologıa de diseno de una secuencia en 3D sigue varios pasos fundamentales. Elprimer objetivo es la confeccion del escenario y de todos los objetos y los personajes que vana aparecer en el. Los programas de diseno suelen llevar asociado toda una librerıa de objetosque se pueden utilizar pero, en la mayorıa de los casos, los personajes fundamentales hayque crearlos desde el principio, bien por que los que hay no se ajustan a las necesidades dela animacion, o bien cuando se quieren conservar los derechos de autor, tema importanteen el negocio televisivo.

Tanto a los personajes, como a los objetos de la escena se les tiene que dotar de uncolor o de una textura, que podrıamos decir que es la corteza exterior visible. Ademas dedisenar los objetos, hemos de generar el escenario donde va a transcurrir la animacion:suelo, paredes, etc. Si en un caso real, todo escenario necesita de una iluminacion. Estotambien es necesario en la escenografıa virtual para generar distintos ambientes, resaltarelementos... Una vez contemplados todos los puntos anteriores, se posicionan los elementosen el punto de salida, configurando lo que sera el primer fotograma.

En segundo lugar, a partir de ese primer fotograma, la configuracion de la escenaira cambiando, dotando de movimiento a los objetos a lo largo de la animacion. Todos estos

2.2. EL SISTEMA DE REFERENCIA VIRTUAL. 23

cambios tambien hemos de modelarlos; pero para ello el programa nos ofrece herramientasque nos van a facilitar el trabajo enormemente.

Una vez realizado todo el diseno de la escena y de los movimientos, el siguiente pasoes el renderizado. Esto es el calculo final de las imagenes percibidas por la camara desdesu perspectiva, para cada uno de los fotogramas. Este es el proceso que lleva detras unmayor aparato matematico (geometrico) y que, por lo tanto, el ordenador va a necesitarsu tiempo para realizar.

Finalmente, el resultado del renderizado se debera volcar a un sistema de vıdeo parapoder reproducirlo directamente, o si la animacion es parte de un programa completo,insertarlo en el momento indicado del guion.

2.2. El sistema de referencia virtual.

En los programas de diseno 3D se establece un sistema de referencia tridimensionalcon coordenadas (x, y, z), donde se situaran los objetos a utilizar en el escenario. En estesistema de referencia se pueden representar las tres perspectivas ortogonales, planta (“top”o “map”) vista desde el eje “+y”, alzado (“front” o “face”) visto desde el eje “-z” y perfil(“side”) visto desde el eje “+x”. Ademas se suele ofrecer otra vista preliminar del objetoconfigurable en cualquier posicion. Para elegir la vista adecuada en la que trabajar con elmodelador, se utiliza el control “Display/options/orientation”, permitiendose ademas tenersimultaneamente las cuatro vistas citadas. En el “layout”, para elegir la vista a utilizarse utiliza el boton “Perspective View”. En este sistema de referencia resultara sencilloposicionar los objetos con los que se quiera trabajar con la suficiente precision.

Dentro de este sistema de referencia, un objeto de naturaleza continua en tres dimen-siones contara con una posicion en el espacio, referenciada al origen de coordenadas (0, 0, 0)y que podemos designar como (x, y, z). Este objeto, ademas va a tener otros tres gradosde libertad, a, b, y g correspondientes a los angulos que forma dicho objeto con los tresejes coordenados del espacio, de forma que podremos modificar tanto su posicion (x, y, z)como los angulos (a, b, g); operaciones muy habituales en el procesado en tres dimensiones.

En este sistema de referencia podremos trasladar, rotar y deformar los objetos a nuestroantojo. Todas las transformaciones que se realicen con un objeto afectaran directamentea las posiciones de sus vertices, sus aristas y sus superficies.

2.2.1. Herramientas de visualizacion

En la solapa Display de LightWave, aparecen otras herramientas conocidas. Los boto-nes “Zoom”, “Zoom In” y “Zoom Out” sirven, para acercar o alejar. En el caso de “Zoom”se escoge un area en la que centrar la vision. En el caso de “Zoom In” y “Zoom Out” serealiza la operacion a cada pulsacion del boton. Para acercar o alejar todo se utiliza elboton “Magnify”. El comando “Pan” sirve para desplazar el objeto que estamos editandodentro de la ventana, y ası movernos por el. Las herramientas “Fit” y “Fit Sel” adaptanla vista de las ventanas al tamano exacto del objeto que se esta editando, o de la seleccionrealizada. Otras herramientas no son propiamente de visualizacion sino de medida sobrela pantalla como “Measure” y “Angle”. “Measure” realiza medidas de longitud arrastran-do con el raton, y “Angle” mide de angulo respecto del eje Z que forma el trazo que secrea al arrastrar. En el caso del plano XY el angulo se da respecto del eje X. El boton“Backdrop”,configura el fondo de cada vista de visualizacion con el fin de utilizarlo comoreferencia a la hora del diseno de objetos. Tambien es posible cambiar el color de fondode la ventana de previsualizacion.


La herramienta “Statistics” ofrece diversa informacion segun el tipo de elementos quese esten seleccionando. Las posibilidades que ofrece son: cuando estamos selecionandopuntos, indicar el numero de puntos que son vertices de 1, 2, ... “n” polıgonos; y cuandose estan seleccionando polıgonos, ofrece el numero de polıgonos que tienen 1, 2, ... “n”vertices; finalmente si lo que esta seleccionado es un volumen, se indican los puntos ypolıgonos que estan dentro y fuera del volumen seleccionado. El boton “Info” indica lasposiciones de los puntos seleccionados y la composicion de los polıgonos seleccionados.

En cuanto a heramientas de seleccion, “Sel conn” Seleccion de todos los puntos ypolıgonos existentes, e “Invert” invierte la seleccion realizada anteriormente.

El conjunto de herramientas agrupadas en “Visibility”, son “Hide sel” que oculta loque este seleccionado, “Hide unsel”, que oculta lo deseleccionado, “Unhide”, que muestratodo, e “Invert” que Invierte la visualizacion, es decir, visualiza aquello que esta oculto yviceversa.

Otros campos dentro del dialogo “Display/Options” configuran la visibilidad de losdiferentes objetos que aparecen en el sistema de referencia: la rejilla (“Grid”), el colorde fondo (“Pick Color”), el dispositivo de entrada, que puede ser el raton, o un tablerodigitalizador, el sistema de unidades a utilizar (“System Units”), que por defecto es elsistema internacional, la unidad de medida por defecto (metro) y la separacion de laslıneas que componen la rejilla.

2.2.2. Proyecciones

Si queremos representar una escena 3D real sobre una superficie 2D como puede ser unapantalla compuesta por “n” x “m” puntos, la operacion que se efectua es una proyeccion,utilizando las ecuaciones de la geometrıa proyectiva sobre un plano 2D. El foco, o centro deproyeccion, puede tener diferentes situaciones dando lugar a distintas proyecciones sobreel mismo plano. Incluso podemos colocar el foco en el infinito, haciendo que los rayos deproyeccion sean todos paralelos. Este es el proceso que tambien se utiliza en el renderizado,dando lugar en este caso a los diversos cuadros o fotogramas de la secuencia de animacion.

En los programas de diseno 3D, a menudo es posible visualizar, no solo una, sinovarias camaras, con el fin de obtener diferentes planos de una escena. Estas camaras, comoveremos en el capıtulo dedicado al escenario, seran editables en todas sus propiedades, dela misma manera que lo serıan las camaras reales: zoom, tamano del negativo, distanciafocal, . . . afectando todas estas al campo de vision de estas.

2.3. Modelado de objetos

El objetivo del modelado es construir los objetos de la escena que se quiere animar.Este modelado de la escena pasa como es logico por el modelado de cada uno de losobjetos que la componen. Conforme la animacion de la escena vaya cambiando a lo largodel tiempo, se deberan modelar tambien los cambios de cada uno de estos objetos.

En LightWave, el modelado de los objetos se realiza con un programa diferente que laescenografıa y la animacion. Para el modelado de objetos se utiliza el llamado “Modeler”,y para la escenografıa y la animacion se utiliza el “Layout”. Incluso para la aplicacion detexturas, en la version 5.6, las texturas se aplican tambien en el “Layout”. Esta carac-terıstica ha cambiado con la version 6, siendo posible la aplicacion de texturas tanto en elModelador como en el Escenario.

2.3. MODELADO DE OBJETOS 25

Figura 2.1: Modos de visualizacion wireframe o malla de hilos y texturado.

2.3.1. Opciones de representacion

En los programas de animacion, a la hora de tratar computacionalmente un objetotridimensional, y para visualizarlo en las ventanas de edicion y previsualizacion, en generalpodemos diferenciar dos modos de representacion. La forma mas sencilla es mediante larepresentacion matematica de los vertices, lados y superficies de su caparazon externo, deforma que cada arista queda definida por dos vertices, y cada superficie queda definidapor las “n” aristas que la delimitan. Este modo de representacion es el modo “Wireframe”o en “malla de hilos”.

La superficie mas basica que podemos encontrar es el triangulo, que a veces se utilizacomo unidad de modelado, hablandose de modelos con 70.000 triangulos etc. Los verticesy aristas de un objeto representaran su estructura exterior, y son una representacion muyusual del mismo cuando las caracterısticas graficas del ordenador en el que se trabaja sonpequenas, y no permiten la representacion de las texturas en un tiempo razonable.

Cuando la potencia de calculo es suficiente respecto de la complejidad de la escena, ocuando se quiere ver el aspecto final de esta, se utiliza el modo texturado. Llamamos tex-tura a una imagen que se proyecta sobre la corteza exterior de los objetos y que representasu aspecto exterior. Las texturas incluyen el color o colores y formas de la superficie, subrillo, su reflectividad, etc. Las texturas pueden tener el aspecto de la madera, de piel demanzana, o cualquier otra superficie. En el modo texturado, cada superficie aparece consu aspecto real, con formas solidas, y todas sus caracterısticas superficiales. Los modos derepresentacion en malla de hilos y texturado se pueden ver en la figura 2.1.

Existe una librerıa de funciones de visualizacion para texturas que se utiliza concaracter de estandar en los sistemas de grafismo de altas prestaciones. Esta librerıa sellama “OpenGL” (Librerıa de Graficos Abierta), y es una version portable a otros sis-temas, de ahı lo de abierta, de la antigua librerıa GL de Silicon Graphics. A partir dela aparicion de OpenGL, todos los sistemas Silicon Graphics la incorporan; ası como unnumero creciente de tarjetas graficas de altas prestaciones de otros fabricantes, cuyo ob-jetivo es el mercado de los PCs. En LightWave al modo texturado se le denomina modoOpenGL.

Esta librerıa cuenta con una serie de funciones escritas en C, y compiladas en unaDLL, a las cuales tiene acceso el programa. En caso de que la tarjeta de video tenga la


Figura 2.2: Situacion de los controles de capa.

librerıa hardware, las llamadas a funciones OpenGL seran atendidas por el hardware de latarjeta, acelerando el dibujo de la pantalla enormemente. Este tipo de aceleracion trabajasolamente en el pintado de la pantalla, y no influye en el tiempo de renderizado. Existensistemas que permiten acelerar el tiempo de renderizado, debido a que cuentan con unamemoria de texturas, procesadores de geometrıa y rasterizacion con gran capacidad deprocesado, con los que incluso se puede llegar a hablar de renderizado en tiempo real.

Obviamente la representacion en modo malla de hilos necesita menor tiempo de calculoque el modo texturado. Por esto, en escenas complejas, el modo malla de hilos es el masapropiado durante la edicion de la escena. El modo texturado se suele utilizar solo cuandose quiere ver con detalle el acabado final. Ambos modos de visualizacion pueden elegirseen el cuadro de dialogo Display/Options - Preview Type.

2.3.2. Utilizacion de capas

Para modelar un objeto en “Modeler” podemos utilizar hasta 10 capas, del mismomodo que las utilizabamos en Photoshop para situar en ellas los objetos que componenel modelo actual. En la figura 2.2 aparecen senalados los controles de capa que utilizaLightWave.

Existen tres tipos de capas segun su modo de utilizacion. Por una parte estan las capasvisibles y editables. En estas capas se puede modificar su contenido en cualquier momento.Para hacer una capa editable hemos de seleccionarla con el raton en la parte superior delicono correspondiente. Los objetos contenidos en las capas editables aparecen en las vistasde edicion con la malla de hilos de color blanco, y su conjunto aparece en la ventana deprevisualizacion como un todo. Pueden seleccionarse varias capas como editables pulsandola tecla “Mayusculas” y seleccionandolas una por una. Si varias capas estan activas a lavez, las modificaciones solo afectan a la primera capa seleccionada.

Otro tipo de capa es aquella no visible, que por supuesto tampoco es editable. El casointermedio es el de las capas de referencia. Estas capas son visibles pero no editables.Se utilizan, generalmente como muestra para editar las otras capas. En su momento severan tambien otras operaciones que se realizan utilizando las capas editables y las de


referencia. Los objetos situados en las capas de referencia se representan en las vistasde edicion con la malla de hilos de color negro. Para seleccionar cualquier capa comocapa de referencia debemos pinchar en la solapa inferior del icono capa correspondiente.De la misma manera que para las capas editables, pueden seleccionarse varias capas comoreferencia manteniendo pulsada la tecla “Mayusculas” y cada una de las capas a visualizar.

2.3.3. Construccion de objetos.

El modelado de los objetos se realiza en base a estructuras basicas, geometricamentesimples, y predefinidas a las que llamamos “primitivas”. Si en un editor de dibujo con-vencional, las herramientas de dibujo son la recta, la circunferencia, los polıgonos, etc, en3D las primitivas de modelado generalmente son prismas, cilindros, esferas, conos, tex-tos, . . . A estos objetos, el disenador solo tiene que dar una serie de parametros, como lalongitud del lado en los prismas, del radio en cırculos, o el numero de secciones para quequeden completamente definidos.

En el modelado tridimensional, la representacion de un objeto curvilıneo tiene muchosinconvenientes debido a la complejidad de estudiar las reflexiones que suceden en ellas.Por ello, los objetos redondeados se aproximan siempre a objetos poliedricos. Ası, a pesarde que intuitivamente las esferas nos las imaginamos como las bolas de billar, para sumodelado se recurre a una representacion poliedrica. Esta representacion poliedrica, a lahora de calcular el resultado final, puede recuperad su aspecto redondeado, suavizandosus aristas Pueden definirse los polıgonos de las caras todo lo pequenos que se quieran,pero no con precision infinita; ası se puede ganar en resolucion.

En LightWave, las primitivas de modelado residen en el menu asociado a la solapaObjects. Las esferas vienen referenciadas como ball, los prismas como box, y los cilindroscomo disc. Todas estas primitivas pueden configurarse manualmente mediante el raton, ode forma numerica mediante el boton “Numeric”. En el caso de los prismas se indicaranlos dos puntos de la diagonal principal; en el caso de las esferas se indicaran el centro y losradios en las direcciones (x,y,z); y en el caso de cilindros, la forma de su base y su altura.

En las esferas, a su vez puede configurarse una aproximacion a poliedro con carascuadradas (“globe”-a modo de globo terraqueo), indicando el numero de meridianos yparalelos que se utilizaran, o mediante triangulos (“Tesselation”) con diferentes niveles decomplejidad desde el 1 (muy tosco) hasta el 4 con muchos triangulos.

A partir de estos elementos y mediante transformaciones y modificaciones de verticeses posible modelar absolutamente todo, y conseguir objetos muy realistas.

Ademas de objetos independientes, tambien pueden generarse matrices (arrays) tridi-mensionales de objetos indicando la cantidad de objetos para cada direccion.

Resumiendo, el trabajo de modelado va a consistir en: escoger los elementos con los quese quieren componer los personajes, darles su tamano y la precision con que se representasu superficie, posicionarlos en el sistema de referencia utilizando traslaciones, rotaciones,y si conviene, deformarlos, estirandolos, comprimiendolos, retorciendolos, etc.

Finalmente, cuando se tenga toda la escena lista se podra pasar al modo texturado,aplicar los colores y las texturas que se quiera a los objetos, y ası hacernos una idea delresultado final.

Seleccion de partes

Para realizar desplazamientos, rotaciones y otras deformaciones que se necesiten enlos objetos, se hace necesario seleccionar las partes del objeto que seran afectadas porestas transformaciones. Pueden seleccionarse vertices, caras, o un determinado volumen


Figura 2.3: Botones de seleccion de vertices polıgonos y volumenes en Modeler.

cubico. Para esto, el modelador de Lightwave 5,6 dispone en la parte inferior izquierda dela pantalla de tres botones (figura 2.3, uno para cada caso. Para anular una seleccion, sehace click en la parte inferior del menu lateral izquierdo.

Como herramientas de seleccion, tambien podemos utilizar el “lazzo”, arrastrando elraton con el boton derecho pulsado. Asimismo, en el menu asociado a la solapa “Display” seencuentra la posibilidad de seleccionar todo (Sel Conn) o de invertir la seleccion realizada(invert).

Transformaciones de objetos

Una vez elegidas las primitivas fundamentales que compondran nuestro objeto, debe-mos situarlas tomando como base el sistema de referencia, cambiar sus tamanos, girarlas,y probablemente deformar alguna de sus partes. Estas operaciones se encuentran todas enla solapa “Modify” de Modeler, en una seccion dedicada a posicionamiento (“position”).

Los desplazamientos se realizan en el boton “Move”, y numericamente se puede indicarel “offset” o distancia de traslacion. En las rotaciones con “Rotate” se debe indicar elcentro de giro, el angulo, y el eje alrededor del cual se producira el giro. Los cambiosde tamano en “Size” se indican mediante un centro desde donde se aplica el escalado,y el factor de escala a aplicar; este factor de escala se aplicara de igual manera en lastres direcciones del espacio (x, y, z). Para realizar cambios de escala diferentes en cadaeje, se utilizara “Strech”. En este caso, ademas del centro de escalado, se debe indicar unfactor de escala para cada direccion. Todas estas transformaciones pueden realizarse conmovimientos de raton, ademas de la forma numerica. El centro se fija en el punto dondese pulsa el boton izquierdo, y los cambios de tamano dependen del arrastre que se realice,a partir de dicha pulsacion.

En el caso de los cambios de tamano, debemos tener en cuenta donde situamos el centrode escalado. Si lo colocamos en el centro del objeto a escalar, este unicamente se ensan-chara. Sin embargo, si lo ponemos en cualquier otro sitio, el objeto resultara desplazado,debido al cambio de escala de la distancia del centro de escalado al centro del objeto.

Otro boton que aparece tambien en el grupo “Position” es “Drag”, que desplaza losvertices o polıgonos en las direcciones (x, y, z) respetando las conexiones que tenga la mallade hilos.


Deformaciones en los objetos.

Una vez conseguida la estructura poliedrica que compone nuestro objeto, podemosrealizar deformaciones a cualquier parte de esta estructura para adaptar mas el modeloa lo que se pretende representar. Para ello, dentro de la solapa ”Modify“ ademas de losdesplazamientos y giros, tenemos dos secciones orientadas a las deformaciones.

La primera, “flex” permite realizar flexiones progresivas en la parte seleccionada, res-pecto a lo no seleccionado, que quedara fijo. Por ejemplo “Shear” produce el efecto deestirar linealmente en una direccion; “Twist” deforma el bloque seleccionado mediantegiro de todo el conjunto respecto de un eje; “Taper” 1 y 2 genera ampliaciones o reduccio-nes progresivas en la zona seleccionada, respecto de la zona no seleccionada; y finalmente“bend” produce una inclinacion progresiva desde un punto fijo respecto de un eje. El giroque produce “Twist” afecta por igual a todo el bloque seleccionado, manteniendo su formainicial; mientras que “Bend” deforma el conjunto como si fuera elastico.

La seccion “Deform” produce efectos mas complejos en las zonas seleccionadas. Laherramienta “Magnet” puede utilizarse para crear abultamientos o baches en la superficieseleccionada; “Vortex” deforma el volumen seleccionado a modo de remolino girando sobresı mismo; “Pole” 1 y 2 son herramientas que amplıan o reducen el volumen seleccionado. Ladiferencia entre ellos, como en el caso de “Taper” es que en el primer caso la deformaciones igual en todas las direcciones, y en el segundo puede ser diferente en cada eje. Porultimo “Drag net” desplaza el conjunto seleccionado sin deformarlo.

Todas estas deformaciones pueden ser configuradas mediante el panel numerico indi-cando las distancias de desplazamiento, los angulos y ejes de giro, los centros de rotaciony ampliacion, etc. Ademas, puede configurarse el modo de la deformacion adaptandose auna curva que tambien se indica en el panel numerico. Modificando otros parametros secambia el sentido de la deformacion, o se establece un intervalo de transicion entre dospartes fijas. De esta manera la flexibilidad en las deformaciones es muy grande.

Extensiones a 3D de objetos bidimensionales

En la solapa “Multiply” de “Modeler” aparecen dos tipos de herramientas que hacenreferencia a la multiplicacion de polıgonos en los objetos. Por un lado, se pueden generarobjetos tridimensionales a partir de polıgonos planos estirandolos hacia la tercera dimen-sion. Por otro lado, se pueden generar replicas de un objeto en diferentes direcciones deespacio.

Entre las herramientas que extienden los objetos, dandoles forma tridimensional nosencontramos con “Extrude”. “Extrude” extiende linealmente un polıgono en la direccionde un eje cartesiano pudiendo convertirlo en un prisma. Una aplicacion sencilla de Extrudepuede ser para darle grosor a un texto generado con la herramienta de texto. Mediante elpanel numerico podemos indicar el eje a lo largo del cual se realiza la extension; el numerode segmentos en los que se dividira el objeto en la direccion del eje, ademas del grosor dela extension.

La herramienta “Lathe” realiza la extension siguiendo la trayectoria de una circunfe-rencia entorno a un eje. Un posible ejemplo puede ser cualquier elemento de revolucion.Entre los parametros numericos encontramos el eje y el centro de rotacion en torno alos cuales se extendera el objeto de revolucion. Puede acotarse esta extension entre dosangulos inicial y final. Si en “Extrude” hablabamos de segmentos en los que se dividıa laextension, en “Lathe” hablamos de caras.

“Bevel” es una herramienta de extension longitudinal como “Extrude”, pero en estecaso se controla el espesor a lo largo de la extension, pudiendo obtener formas piramidales


o trapezoidales en lugar de prismas. El parametro “Shift” indica el desplazamiento solidolongitudinal, e “Inset” la disminucion o aumento del volumen que se desea a lo largo deldesplazamiento. Los botones “Inner” y “Outer” muestran las posibilidades de disminuirla seccion conforme se extiende o aumentarla.

“Smooth shift” es otra herramienta de extension que desplaza los polıgonos seleccio-nados en la direccion radial. Un ejemplo puede ser implementar las letras de una taza.

Entre las herramienta de generar duplicados, “Clone” duplica el objeto seleccionadoen la direccion que se indique, y tantas veces como se desee. Ademas de un desplazamientodel duplicado, tambien se pueden rotar o cambiar de tamano.

“Array” es una herramienta para repetir un objeto en las tres dimensiones del espacio.Podemos generar un array rectangular o radial. La opcion “jitter” es muy interesante en elaspecto de poder generar arrays desordenados. Por ejemplo, si queremos implementar uncampo de cesped, poniendo todas las plantas iguales parecera poco natural. Con “jitter”podemos descolocar cada planta aleatoriamente dandole un aspecto mas real.

“Path clone” y “Rail clone” Replican objetos a lo largo de una trayectoria dada. Enel caso de “Path clone” se utilizara un fichero de desplazamiento del layout, mientras quecon “Rail clone”, la trayectoria sera cualquier lınea aparecida en una capa de referencia.De la misma manera, “Path extrude” y “Rail extrude” extienden un objeto a lo largo deuna trayectoria. “Path extrude” a partir de un archivo de movimiento de “layout” y “Railextrude”, a partir de una curva en la capa de fondo.

La herramienta “Patch” crea una superficie de malla suave a partir de 3 o 4 curvas.Finalmente, “Skin” y “Morph” realizan figuras 3D a partir de la colocacion de polıgonos

intermedios. Para utilizar “Skin” se deben crear los polıgonos de cualquier numero de lados,seleccionar por orden y aplicar. En “Morph” los polıgonos deben tener el mismo numerode lados. El parametro ”segmentos”que aparece en el caso numerico indican el numero depolıgonos que apareceran en las transiciones entre los polıgonos colocados.

Edicion de polıgonos y superficies

En la solapa “Polygon” pueden encontrarse todo tipo de herramientas para editarpolıgonos. Las primeras que tratamos aquı son las que sirven para crearlos a partir depuntos, que seran los vertices. Con el boton “Points” activado se pueden situar verticescon el boton derecho del raton. Una vez situados todos, se implementara el polıgonocon “Make” uniendo los vertices por orden de situacion en la ventana. “Remove” borraun polıgono seleccionado. Para anadir puntos a un polıgono ya creado se utiliza “Addpoints”. Se selecciona un punto nuevo, se activa “Add points” y se indica con el cursoren que arista se coloca el nuevo vertice. “Rem points” borra el vertice seleccionado delpolıgono.

En cuanto a la transformacion de superficies, quiza el primer aspecto que podemostratar es el cambio de aspecto en cuanto a color, reflectividad, brillo, etc. Esto se realizaen un editor que aparece bajo el boton “Surface”. Un datalle imprescindible a tener encuenta, es que para dar un aspecto diferente al que tiene por defecto una superficie, esnecesario darle a este polıgono un nombre de superficie distinto. Todos aquellos polıgonosque tengan el mismo nombre de superficie tendran las mismas caracterısticas superficiales.

Otras herramientas tratan de generar mas polıgonos con el fin de suavizar las superfi-cies. Este es el caso de “Triple”, que los convierte en triangulos, y “Subdivide” que dividelos polıgonos seleccionados para obtener una mayor definicion. En cuanto a “Subdivide”existen tres modos de suavizado: faceted, smouth y metaform.

Las superficies en LightWave, ası como en la mayorıa de los programas de animacionsolo son visibles por una cara, de modo que a la hora de renderizar solo sea necesario


realizar los calculos sobre una superficie; teoricamente la que esta a la vista. Para alinearvarias superficies, se utilizan los comandos “Align”, “flip” y “unify”. De entre ellos “flip”deja como vista la cara oculta y viceversa. Los polıgonos de estos programas solo se venpor las dos partes si se definen como “double sided” en el editor de superficies “Surface”.

Otras herramientas

En la solapa “Tools” aparecen algunas opciones extra que se pueden tambien utilizarpara modelar objetos. Estre ellas las mas llamativas son aquellas que recortan el objetoque aparece en la capa de edicion con los objetos que tenemos en una capa de fondo.De este estilo son “Drill”, “Sdrill” , y “Boolean”. Entre ellos podemos distinguir los dosprimeros que toman el objeto de la capa de edicion como su corteza superficial, y booleantoma los objetos como su volumen.

Ası “Drill” y “Sdrill” recortan el objeto de la capa activa con el objeto de la capade referencia. Existen cuatro posibilidades de uso: “Core”, elimina lo que queda fueraquedandose con el corazon; “Tunnel” elimina lo que queda dentro estableciendo un tunel;“Stencil” hace las funciones de un hierro de marcar, y “Slice” simula el corte con uncuchillo sin eliminar ninguna parte.

El caso de “Boolean”, como se ha dicho trata los objetos como volumenes tambien encuatro modalidades: “Union”, une los objetos de las capas activa y de fondo; “Intersect”se queda con el volumen de interseccion; “Substract” actua como tunnel pero dejandocubierto el agujero como si fuera volumen; “Add” realiza la fusion de los dos objetos.

En cuanto al manejo de puntos en los objetos aparecen tambien varias herramientasdentro de la seccion “Points”. “Merge” elimina puntos que ocupan un mismo espacio. Esnecesario que los puntos esten exactamente en las mismas coordenadas; si no, no habra eli-minacion. “Weld” Unifica dos o mas puntos en uno. En este caso sı pueden estar separadosfısicamente. Todos los puntos se van al lugar que ocupa el ultimo seleccionado.

Por otra parte “Quantize” realiza un movimiento con precision, con un desplazamientonumerico en (x, y, z). “Jitter“realiza un movimiento aleatorio de todos los puntos seleccio-nados. “Smooth” suaviza lıneas 2D y 3D, y “Set value” coloca los puntos seleccionados enlos puntos (x, y, z).

En cuanto a curvas podemos encontrar en esta solapa “Tools” varias posibilidades.“Make” genera una curva mediante los puntos seleccionados; “Make closed” genera unacurva cerrada; “Start CP” y “End CP” establece puntos de control en el inicio y el fin;“Smooth” suaviza lıneas en vertices creadas con “Merge”; y finalmente “Freeze” convierteuna lınea o superficie curva en rectas o polıgonos con muchos puntos de paso.

2.3.4. Texturas

La escena representada como objetos en modo malla de hilos ofrece muy poca sensacionde realidad. La sensacion de realidad se consigue mediante las texturas que aplicaremos alas superficies.

Una textura es una imagen bidimensional de cualquier tipo, que aplicada a un objeto,representa su capa externa o corteza, dando una idea de su naturaleza: madera, metal,piel, etc. Las texturas incluyen distintos colores y formas, un nivel de brillo o reflectividadfrente a la luz, un grado de transparencia, y otras caracterısticas superficiales.

Algunas aplicaciones permiten aplicar dos o mas texturas en capas superpuestas, condiferentes niveles de transparencia, para que mezcladas proporcionen el aspecto deseado.A cualquier superficie del universo se le puede dar una apariencia metalica, de madera,mediante una o varias texturas superpuestas. Ademas en la visualizacion de texturas se


pueden aplicar filtros antisolapamiento para suavizar el efecto de pixelado propio de lasimagenes digitales.

En LightWave 5.6, la aplicacion texturas, la escenografıa y la animacion se realizabaen el “Layout”. Esto ha cambiado a partir de la version 6.0 ya que se desarrollo un editorde superficies compatible, tanto con el modelador, como con el programa de escenografıa.Todos los programas de animacion, generalmente, disponen dentro del entorno de modela-do de una coleccion o librerıa de texturas, o de materiales visuales. Pero si no encontramosla que nos guste, debido a la naturaleza de las texturas como imagenes bidimensionales,podemos implementar cualquier textura mediante programas de retoque fotografico comoAdobe Photoshop, etc.

El panel de edicion de texturas se vera en la parte de la escena, ya que para las practicasse hara ası.

2.4. Consideraciones sobre personajes

Cuando veamos la animacion de personajes, al final del temario observaremos que sepodran definir partes de los objetos rıgidas y partes articuladas, en base a la creacionde un esqueleto. Los huesos de este esqueleto tendran un radio de accion limitado, pero apesar de esto, en muchos casos el movimiento de un hueso del brazo provoca el movimientode parte del costado, lo que deforma considerablemente al personaje. Por esta razon sehace aconsejable modelar por separado cuerpo, piernas y brazos. Tanto las piernas comolos brazos deberan hacerse suficientemente largos para que entren dentro del cuerpo y nopueda aparecer ninguna separacion entre cuerpo y extremidades

Posteriormente, en la fase de escenografıa, se podran definir jerarquıas entre los objetosde forma que cualquier efecto producido sobre un objeto en un nivel alto de la jerarquıa,afecte a todos los objetos de las jerarquıas inferiores. Si estamos modelando una avionetacon su piloto, ambos pueden ser modelados por separado, y posteriormente colocar alpiloto jerarquicamente por debajo de la avioneta de manera que los movimientos delavion afecten tambien al piloto con un movimiento de raton, pero no al reves. En el casode un personaje, si ponemos como ”padre.al cuerpo y como ”hijos.a las extremidades,los movimientos realizados sobre el cuerpo seran seguidos por brazos y piernas, pero losmovimientos de las extremidades no afectaran en ningun caso al cuerpo.

Para modelar personajes es imprescindible, al menos en la version de LightWave queutilizaremos para las practicas, que los personajes contengan uno de los planos coordena-dos. Generalmente, se utiliza el plano z=0 como referencia, ya que el modelado se suelehacer en posicion vertical, y se hace que el personaje este centrado en este plano. Estoes ası, porque cuando se situan los huesos en el Layout, se utilizara una de las vistasnormalizadas (alzado, planta o perfil) y se posicionan los huesos contenidos en el planocoordenado asociado a esta vista. Si el personaje no contiene ningun plano coordenadoapareceran problemas a la hora de situar los huesos.

2.4.1. Creacion de objetos redondeados con MetaNURBS

MetaNURBS es una herramienta interna de LightWave que permite trabajar con ob-jetos redondeados. La forma normal de representar un objeto en LightWave es mediantearistas y vertices, dando un aspecto poligonal a los objetos. Con esta herramienta sesuavizan y se redondean las aristas y vertices, para dar a los objetos formas redondeadas.

Una aplicacion muy util de esta herramienta es el modelado de caras. MetaNURBStrabaja sobre volumenes rectangulares. Suele iniciarse el trabajo con esta herramienta

2.4. CONSIDERACIONES SOBRE PERSONAJES 33

a partir de un prisma. La activacion de MetaNURBS se realiza mediante el tabulador opulsando las teclas ctrl-i. De esta forma se suavizaran las aristas del prisma redondeandoselas esquinas.

Cuando se requiere mas precision, es decir, el prisma dividido en mas polıgonos paratener mas posibilidades de modelado se aplica ”subdivide / metaforms”. Una vez divididoel prisma redondeado en cuantos trozos se desean, se pasa a obtener las facciones de unacara. Para ello se utiliza el comando ”Bevel”sobre polıgonos, o ”Move”, sobre puntos.

Los modelos MetaNURBS no son modelos poligonales. Por eso, en la version 5.6 deLightWave no se pueden utilizar en ”Layout”. Para convertir una estructura MetaNURBSen modelo poligonal de ”Modeler”debe utilizarse el comando ”Freeze”. Con ello la estruc-tura pasa a ser poliedrica, con muchos polıgonos como caras, y se puede animar en nuestraescena.

2.4.2. Otros “plug-in”

Los “plug-in” son herramientas desarrolladas por otros programadores distintos de losque crearon el programa, pero que se pueden usar dentro de el. Por nombrar algunos deellos, a continuacion aparece una lista con los efectos que se consiguen. Existen muchosmas.

Metaballs.- Genera bolas con un revestimiento en forma de cacahuete. Activaciondel plug-in (tools / custom / add metaball plug.in.

Math motion.- Movimiento de un objeto con una trayectoria matematica.

Prim.- Caja cilındrica de curvas spline.

AIIBG layer.- Situa todas las capas como capas de fondo.

Next empty layer.- Activa la siguiente capa vacıa.

Power texture.- Multiplicacion del tamano en tiempo real.

Efector.- Ej. La serpiente que se traga una bola.

Capıtulo 3

Escenografıa virtual

Una vez que se han modelado los elementos que compondran la escena a animar,hemos de cambiar de filosofıa en cuanto al objetivo de nuestras acciones. Si anteriormenteel objetivo de nuestras acciones eran cada uno de los vertices, aristas y superficies quecomponıan el objeto a modelar, ahora se hace necesario tratar el objeto como un todo,sin posibilidad de manipular los polıgonos que le dan forma. Por eso, aplicaciones comoLightWave utiliza programas diferentes para modelar y para realizar la animacion. Elprograma de escenografıa y animacion en LightWave se llama “Layout”, que se puedetraducir como plan o esquema.

En “Layout” se tiene control sobre los objetos completos, no sobre los polıgonos quelos componen. Aunque, mas adelante veremos que algunas herramientas del Layout nospermitiran mover y deformar partes de los objetos, con el fin de darles vida.

En este programa de escenarios tambien se va a disponer de un sistema de referencia(x, y, z), en el que situaremos todos los objetos que componen la escena, incluyendo elsuelo y el techo, que en general tambien habra que modelar. Asimismo, el programa nosofrecera la posibilidad de obtener diferentes vistas de la escena para facilitar al maximo eltrabajo con los objetos.

Si en una pelıcula la iluminacion es un elemento fundamental para crear ambientes, enlas animaciones virtuales la iluminacion tambien sera un punto importante. La iluminacionde la escena en una animacion la podremos configurar colocando, y orientando, distintostipos de luces en los puntos adecuados del sistema de referencia.

El disenador, dentro de los programas de animacion, va a disponer de una camaravirtual, que podra situar en el escenario y orientarla de manera adecuada, para conseguirla perspectiva final de la escena. A partir de esta perspectiva se compondra la secuenciade imagenes resultado de la animacion. A lo largo de la animacion sera posible cambiar laposicion de la camara, ası como sus caracterısticas de zoom, profundidad de campo, etc.

Diversas herramientas incluidas en este programa nos permitiran tambien configurarla evolucion en el tiempo de la escena: movimientos de los objetos, cambios en las luces,panoramicas de las camaras, etc. El resultado final de la animacion sera una secuencia deimagenes, que visualizadas a la velocidad adecuada nos daran la sensacion de movimientopropia de las pelıculas.

3.1. Sistema de referencia y control de visualizacion

Al entrar en el programa “Layout”, lo primero que podemos ver es una rejilla a modode suelo. Esta rejilla forma parte del sistema de referencia (x, y, z) en el que deberemossituar todos los objetos que conforman la escena, ası como la camara y las luces. Esta

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36 CAPITULO 3. ESCENOGRAFIA VIRTUAL

rejilla del sistema de referencia desaparece al renderizar. Por lo tanto no podemos contarcon ella como si fuera el suelo de la escena. Para el suelo hemos de crear otro objeto.

Este sistema de referencia permitira construir todo el “universo” tridimensional de laescena. En el, cada objeto tendra una posicion con las coordenadas (x, y, z), sin lımites detamano, y una orientacion (a, b, g), concretas.

Los entornos de diseno 3D nos suelen ofrecer, en su ventana principal, varias vistasde la escena. Entre ellas podemos encontrar la vision de un plano general de todo elescenario, “Perspective view”, en el que apareceran no solo todos los objetos de la escena,sino tambien la camara con las que se tomaran las imagenes, y los focos que iluminan. Algoası como si estuvieramos subidos a una grua de nuestro plato, y fueramos los directoresde la pelıcula. Tambien se pueden utilizar las vistas normalizadas de planta (top), alzado(front), y perfil (side), ası como la vista desde la perspectiva de la camara, y desde cadauna de las luces que tenemos en el escenario.

En el modo de visualizacion de la perspectiva, el programa nos permite centrar lavista sobre un objeto seleccionado pulsando el boton “Centre” que aparece en la esquinasuperior derecha de la pantalla. Tambien podremos aplicar rotaciones, traslaciones y zoomde toda la escena en diversos botones de este grupo.

Las vistas planta, alzado, y perfil, tambien permiten utilizar las herramientas zoom ytraslacion. Estas vistas se utilizaran ineludiblemente para colocar los huesos del esqueletoa los personajes.

De todas estas vistas, tenemos que prestar un cuidado especial a la vista de la camara,ya que en el momento del renderizado, del rodaje final, el universo virtual pasa a unsegundo plano, y lo que realmente se convierte en imagenes es aquello que se recoge conla camara (nuevamente, como en las pelıculas). Este detalle es muy importante tenerlo encuenta, y antes de renderizar, debemos dar una pasada a la secuencia con la vista de lacamara, para hacernos una idea del resultado final.

El panel de “opciones / visualizacion” permite configurar algunos detalles relacionadoscon las vistas de la ventana principal de layout. Por ejemplo permite cambiar el tamano derejilla, y la cantidad de cuadrados que la componen; permite tambien poder visualizar o nolas trayectorias de los objetos mientras estan en movimiento (motion paths), y finalmenteindicar el modo de visualizacion: Wireframe, OpenGL y Direct3D.

El boton “File”, como es habitual, esconde las opciones de menu “limpiar escena”,“cargar” o “guardar” una escena, y salir del programa, entre otras cosas.

3.1.1. La generacion de escenarios

El escenario va a ser el entorno virtual en el que se va a desarrollar la animacion. Comoes normal, en el habra que situar cada objeto, cada luz, y por supuesto la camara con laque rodar. Una vez situados todos los objetos en el escenario, tendremos que realizar losmovimientos apropiados a cada uno, para ir configurando el desarrollo de la accion.

Toda la informacion de una escena se puede almacenar en los “ficheros de escena”que tienen una extension LWS. Un fichero de escena es un fichero de texto ASCII quedescribe los ajustes de la camara, enumera los objetos que se utilizan, su situacion y susmovimientos, ası como las luces y sus caracterısticas. Los ficheros de escena, sin embargo,no contienen informacion sobre el modelado de los objetos. Esta informacion solo apareceen los ficheros del modelador, de extension LWO. En los ficheros de escena solo se hacereferencia, para cada objeto, al fichero LWO que le corresponde. De esta manera, paraalmacenar toda la informacion de una escena es necesario tener, ademas del fichero de laescena, todos los ficheros de objetos que la componen.

3.1. SISTEMA DE REFERENCIA Y CONTROL DE VISUALIZACION 37

Para la ejecucion de las escenas de ejemplo que aparecen con el programa, debemosconfigurar el control “content directory” que aparece en el panel de “opciones / opcionesgenerales”. Los objetos incluidos en estas escenas de ejemplo estan localizados a partir deeste directorio, con lo que al programa le es imprescindible conocer este dato para poderrecuperarlos. Ası, este control debe contener el nombre de directorio completo donde resideLightWave, con el fin de que el programa encuentre dichos ficheros de objetos, texturas,etc.

3.1.2. Carga de objetos

Todo el control sobre los objetos se logra a traves del panel “objects”. En este apartadose veran algunas de las opciones mas sencillas, dejando otras para verlas mas adelante.Por ejemplo, la carga de objetos se realiza a traves del boton ”Load object”que nos guıapor los directorios del disco duro para encontrar el “fichero objeto” deseado. Ademas delos objetos que el disenador desee crear, todos los programas de edicion 3D disponen deuna librerıa de objetos comunes, que puede ser muy util para implementar gran parte delos escenarios.

El panel de objetos dispone de otra opcion al menos llamativa que es el anadir “objetosnulos”. Los objetos nulos son puntos situados en el sistema de referencia y que se identificanpor una estrella. Su utilidad se basa en la posibilidad de marcar objetos, luces, camaras, ytambien para establecer objetivos de cinematica inversa, herramienta que se estudiara masadelante.

A menudo, puede ser util cargar objetos directamente de una escena. Los huesos delesqueleto de un objeto no se guardan en los ficheros de objetos de modeler, sino que seguardan en los ficheros de escena de layout. Para cargar un objeto y todo lo relacionadocon el de una escena ya creada se utiliza el boton “Load from scene”.

Finalmente, si necesitamos guardar un objeto en un fichero de objeto despues de haberrealizado alguna transformacion sobre el, podemos utilizar el boton. “Save transformed”

A todos los objetos modelados en LightWave les podemos aplicar distintas caracterısti-cas superficiales como color, brillo, reflexion, etc. ası como imagenes bidimensionales detodo tipo que llamaremos texturas.

Caracterısticas superficiales

Para definir distintos tipos de superficies, en LightWave debemos dar a cada tipo desuperficie un nombre diferente. Los nombres de superficie se dan en “Modeler” a conjuntosde polıgonos seleccionados, tal y como se vio en el tema de modelado. En “Layout”, todoslos polıgonos que tengan el mismo nombre de superficie tendran el mismo aspecto visual,el mismo color, la misma reflectividad, o la misma textura si es el caso.

Para las superficies de los objetos, LightWave permite configurar distintas caracterısti-cas superficiales que a continuacion se enumeran:

Luminosidad (Luminosity): Es la medida en que la superficie parece iluminar conluz propia. No indica propiedades de emision directamente, sino un mayor o menorefecto de la propia sombra. Con el 100% los objetos se ven por el lado de la sombraigual que por el lado de la luz. Un ejemplo practico de objeto con luminosidad altapuede ser una bombilla encendida. Asociado a la luminosidad de un objeto apareceel control “Aditive” que anade el color propio a los objetos que estan detras. Esteserıa el caso de las llamas de una hoguera.


Difusion (Diffussion): Es la cantidad de luz que dispersa una superficie. Con valoresaltos, la superficie es mas brillante; con valores bajos, parece mas oscura y produceuna impresion metalica.

Nivel especular (Specular level): Cantidad de reflexion que se produce en superficiessuaves y brillantes. Este parametro lleva asociados dos parametros mas que son“Highlights” y “Glossiness”. “”Highlights” permite conservar el color de la superficieiluminada, evitando que la zona brillante aparezca blanca y “Glossiness” (Lustre)indica lo extensa que es el area del reflejo. Con valores altos, el area es mas pequena.

Reflectividad (Reflectivity): Determina cuanto reflejo muestra la superficie de losobjetos que existen en sus alrededores. Un espejo es un ejemplo de una superficiemuy reflectante.

Transparencia (Transparency): Nivel de transparencia del objeto.

Indice de refraccion (Refraction index): Para superficies transparentes, efecto dedesviacion de la luz cuando atraviesa un objeto transparente.

Mapas de protuberancias (Bump map): Rugosidades en la superficie.

Angulo maximo de suavizado (Max smoothing angle): Permite ofrecer un aspec-to mas o menos poligonal. Este parametro esta orientado al suavizado de objetosredondeados, que en LightWave se aproximan en su representacion poliedrica

Dentro de las opciones avanzadas, entre otras cosas se puede renderizar el objetocomo si se tratara de una estructura de hilos, mediante la activacion de la opcion“Render outline only”. Ofrece la misma impresion como si se representara en modowireframe.

La opcion “Glow Effect” crea un efecto de incandescencia en las superficies apare-ciendo una halo de luz alrededor de los objetos a los que se les aplica.

Texturas

Las texturas, como se han visto en anteriores comentarios, son imagenes bidimensio-nales, o secuencias de imagenes que se aplican a las superficies de los objetos, con el fin dedarles una apariencia determinada. El hecho de que un objeto virtual parezca de madera,de granito, de marmol, etc. se debe a la aplicacion de una imagen como textura, que simu-la el aspecto de estos materiales. Cualquier imagen, por ejemplo creada con Photoshop yguardada en formato TGA, puede ser utilizada como una textura.

Existen distintos modos de aplicar texturas en LightWave. Si utilizamos una imagende fichero para aplicarla sobre la superficie, tenemos distintos modos de proyeccion sobreella; como por ejemplo de forma plana, esferica, cilındrica, o proyectada desde un punto.Otros tipos de texturas se elaboran de modo procedural, por ejemplo mediante una fun-cion matematica. Son el caso de tableros de ajedrez, rejillas, puntos, imitacion a marmol,madera, aguas agitadas, pompas de jabon, ruido aleatorio incrustaciones, etc

Las imagenes que componen nuestra textura pueden ser adaptadas a la forma de nues-tros objetos configurando el tamano de estas, y su punto de aplicacion, tambien se le puededar una velocidad de desplazamiento, y una distancia de decaimiento.

Las texturas se pueden utilizar como dibujos de color, como caracterısticas super-ficiales de brillo, reflectividad, etc. y como mapas de protuberancias. En los mapas de


protuberancias, las partes mas claras de la textura aparecen como bultos. Con una ima-gen aplicada como mapa de protuberancias, desplazandose a una determinada velocidad,se puede simular el ondear de una bandera.

Para utilizar imagenes como texturas o como fondos de pantalla, antes deben cargarseen memoria. Para ello se utiliza el panel de imagenes. En ”Load Imagecargamos unaimagen, y en ”Load sequenze”se carga una secuencia. El boton Replace imagereemplaza laimagen actual por otra. Finalmente, el boton ”Loop Sequenze”enlaza la secuencia actual deimagenes, convirtiendose en un bucle infinito, y el control ”Loop sequenze lenght”establece,a partir de que fotograma se repite la secuencia.

3.1.3. Camara

En el escenario virtual disponemos, como se ha visto anteriormente de una camara, querepresenta al visor por el que se obtendra el resultado final de la animacion. Este detallees muy importante tenerlo en cuenta, ya que, la vista de perspectiva, la de las luces, y losplanos coordenados dejan de tener valor alguno, obteniendose como salida final la vistade la camara. Es conveniente trabajar los movimientos a traves de la vista de la camarapara tener una idea, lo mas ajustada posible, del resultado final.

La camara es editable en todas sus propiedades, de la misma forma que lo serıa unacamara real, e incluso mas. Puede jugarse con el factor de zoom para ampliar o reducir elangulo de vision, y por tanto acercar o alejar los objetos de la escena. Puede modificarse eltamano del film. Esto afectara a la lente equivalente de la camara y por tanto al campo devision. Se permiten distintas resoluciones basicas, unas fijas, indicadas como alta, media,y baja, y otras Custom”definidas por el usuario. Se puede indicar la relacion de aspectode los pıxeles, si son cuadrados o rectangulares.

Considerando que el dominio de generacion de imagenes es el dominio discreto, nosencontraremos con el problema clasico del solapamiento espectral. Para minimizar esteproblema, el panel de control de la camara permite forzar el suavizado (antialiasing) delos bordes. Ademas pueden conseguirse algunos otros efectos como la borrosidad de losobjetos en movimiento (“Motion blur”), “Dithered motion blur” intensifica aun mas estaborrosidad, y “Depth of field” configura la profundidad de campo o distancia de desenfoqueatendiendo a parametros de las lentes.

Todas estas caracterısticas de la camara pueden irse modificando a lo largo de lasecuencia. Para ello se utilizan las envolventes que veremos cuando abordemos la evolucionen el tiempo de la animacion.

La camara, al igual que los objetos podremos moverla, rotarla, etc. a lo largo de lasecuencia, pudiendo obtener movimientos de avance, retroceso, panoramicas o travelingparalelo a gusto del disenador.

LightWave tambien permite el renderizado de modo estereoscopico con dos camarasparalelas situadas a una distancia indicada por el control “Eye separation”. De esta manerapueden generarse distintas imagenes de ojo derecho y ojo izquierdo para aplicaciones deverdadera realidad virtual.

3.1.4. Iluminacion

La iluminacion es uno de los elementos mas importante en el resultado artıstico de unapelıcula. Una mala iluminacion puede dar al traste con una buena pelıcula. En el caso delas animaciones 3D tambien hay que escoger con cuidado la iluminacion mas apropiadasegun el efecto que se quiera lograr: alegrıa, tenebrosidad, intimidad, interrogatorio, etc. La


utilizacion de distintos tipos de luces generara diferentes ambientes, y dara como resultadola existencia de reflejos y sombras.

Luces

En los programas existentes en la actualidad se pueden colocar multiples luces dedistintos tipos en cualquier punto del espacio. Se les puede dar cualquier orientacion ydirectividad, se les puede dar un color, e incluso algunos programas permiten poner curvasde intensidad de las luces con el tiempo. Con esto, se pueden lograr escenas realistas yefectos impactantes.

En LightWave, se parte de una luz ambiental predefinida, y se pueden ir anadiendodistintos tipos de luces mediante el panel “Lights”. El boton “Add light” anade una nuevafuente de luz con una intensidad del 50 % y un color blanco.

Los tres tipos mas importantes de luces que se pueden crear son la luz ambiental, laluz puntual, y la luz dirigida o de foco.

La luz ambiental (“distant”) ilumina la escena de una manera uniforme hacia todaslas direcciones del espacio, estableciendo la luminosidad media de la escena. Serıa el equi-valente a la luz que se tiene en un dıa nublado, en el que no existen sombras

Las luces puntuales (“point”) proporcionan una iluminacion muy concentrada desde unpunto del espacio, y la esparce en todas las direcciones. Este tipo de luz es muy utilizadopara la creacion de reflejos en los objetos.

Las luces dirigidas o focos (”spot“) tambien se situan en un punto concreto del espacio,pero en este caso se orientan en una direccion concreta con un ancho de haz determinado.Este tipo de luz puede utilizarse tambien para crear reflejos, pero sobretodo se utiliza parailuminar una zona de la escena y resaltarla del resto. Segun el angulo de orientacion delas luces dirigidas respecto a las superficies, en estas pueden producirse ovalos iluminados

Para todas las luces puntuales y dirigidas, LightWave permite configurar diversas op-ciones. Los controles “Ambient Intensity” y “Ambient color” permiten asociar una can-tidad de luz indirecta, y un color para esta luz, a cada una de las luces de tipo point ospot que se utilice. En la realidad, todos los focos de luz dirigidos crean, ademas de laluz concentrada, una cantidad de luz ambiente. De esta manera, LightWave permite jugartambien con la intensidad de la luz ambiente, al mismo tiempo que se varıa la intensidadde una luz puntual

El control “Intensity falloff” indica a que distancia desde la posicion de la luz disminuyesu intensidad. La opcion “No diffusse” hace que los colores de los objetos no quedenafectados por la luz, y por tanto los brillos no aparezcan de color blanco. Para que laluz no provoque reflejos ni brillos en los objetos a los que afecta, se utiliza el control“No specular”. Pueden configurarse reflejos de lentes o brillos de luces mediante la opcion“lens flares”. La envolvente “global flare intensity” configura una envolvente para todoslos brillos de la escena.

En cuanto a la configuracion de las luces dirigidas, el control “Spotlight cone angle”indica el ancho de haz del foco de luz, y “Spotlight edge angle” establece un angulo detransicion entre la zona iluminada y la sombra.

Sombras

Derivadas de la iluminacion aparecen las sombras. Los modos de sombreado en estosprogramas de diseno, se refieren a la forma en que se produce la transicion entre la parteiluminada de un objeto y la parte de sombra. La iluminacion tendra un maximo en ladireccion de la luz, y sufrira un decaimiento conforme nos vamos alejando del foco.


Existen diversas formas de resolver el calculo del sombreado en los objetos. Cada unade estas formas se caracterizara por un tiempo de calculo y un nivel de realidad diferente.

Con el sombreado plano, a cualquier polıgono que forma la corteza exterior de unobjeto se le aplica un color uniforme, ya sea iluminado o en sombra. Si una esferailuminada posee pocos polıgonos, el resultado no sera realista, puesto que la esferaparecera un mosaico de luces.

El sombreado Gouraud, cada polıgono posee una zona de maximo brillo, que sera lamas cercana a la fuente de iluminacion, y despues va disminuyendo hacia la partemas oscura. Los resultados son bastante buenos.

En el sombreado Phong, el nivel de brillo se calcula de forma independiente paracada pixel de los que componen los polıgonos. El resultado es muy realista. Existe untipo de sombreado metal, que trata de simular objetos con propiedades metalicas:con alto contraste entre las zonas iluminadas y las ensombrecidas.

Asociado a un metodo de renderizado denominado “trazado de rayos”, aparece elmetodo de sombreado que produce los resultados mas realistas en grafismo. En estaforma de renderizacion, el brillo de cada pıxel se calcula a partir de la intensidadde los rayos de luz que inciden sobre el. Como este metodo tiene en consideraciontambien las trayectorias reflejadas, produce el mayor realismo posible en la ilumina-cion. Esta opcion es, por supuesto, la mejor en escenas que contengan gran numerode superficies especulares donde existen multitud de autoreflexiones. Los resulta-dos son espectaculares, pero el inconveniente es que el tiempo de calculo aumentavertiginosamente, ya que cada objeto puede reflejar varias veces su propia imagen.

El programa permite configurar las caracterısticas de las sombras que se producenen los objetos. La opcion “Shadow map” trata de producir sombras con bordes suavesy realistas, ampliando la zona de transicion entre la parte iluminada y la sombreada.“Shadow map size” indica el tamano de la sombra, y “Shadow fuzzyness” la borrosidad odesenfoque de los bordes.

Asimismo, para cada objeto se puede configurar el efecto que produce la propia sombrasobre sı mismo, y sobre otros objetos; ası como el efecto que producen las sombras de otrosobjetos en el. De esta manera con la opcion “Cast Shadow” Activada el objeto proyectasombras sobre otros objetos. Con “Receive Shadow” desactivado no recibe sombras deotros objetos. Y finalmente, con “Self Shadow” activado, el objeto puede proyectar sombrassobre sı mismo.

3.1.5. Movimiento de objetos, camara, luces y huesos

Para desplazar o rotar un elemento del escenario, primero es necesario seleccionarlo.Existen dos modos basicos de seleccionar un objeto. El primero es mediante el raton,situando el cursor encima del objeto y pulsando con el boton izquierdo. Este primer meto-do, es el mas sencillo generalmente; pero en ocasiones en las que los elementos son muypequenos, o estan superpuestos unos delante de otros, resulta poco practico. Para estoscasos, mediante en el selector “Edit” situado en la columna izquierda de la pantalla, pode-mos indicar el tipo de elemento que queremos seleccionar (Objeto, Hueso, Luz o Camara).Una vez elegido el tipo de elemento, por ejemplo una luz, en el boton “Selected Item” nosaparecera una lista, con todas las luces definidas en el escenario, para elegir una. Una vezelegida, su nombre aparecera en la superficie de dicho boton y quedara seleccionado.


Para realizar los desplazamientos de los elementos del escenario, debemos activar laopcion “Move” y posteriormente utilizar el raton para realizar el desplazamiento manual.Los desplazamientos paralelos al eje X del sistema de referencia se realizan con el botonizquierdo del raton pulsado y moviendo el raton a izquierda y derecha. Los desplazamientosparalelos al eje Y se realizan pulsando el boton derecho y moviendo el raton adelante yatras. Finalmente, los desplazamientos paralelos al eje Z se realizan pulsando el botonizquierdo y moviendo el raton adelante y atras.

Las rotaciones de los objetos se realizan respecto de un centro de rotacion o de pivoteque puede desplazarse. Para rotar un objeto debemos primero activar la opcion “Rotate”.A continuacion, las rotaciones respecto del eje X se denominan “Pitch” y se realizanpulsando el boton Izquierdo hacia adelante y atras. Las rotaciones respecto del eje Y sedenominan “Heading” y se realizan pulsando el boton izquierdo hacia los lados. Finalmentelas rotaciones respecto del eje Z se denominan “Bank” y se realizan pulsando el botonderecho hacia adelante y atras.

Para desplazar el centro de giro de un objeto, por ejemplo desplazar el eje de giro deuna puerta, debemos activar la opcion “Move Pivot Point”. Con esto se traslada el puntode pivote del objeto seleccionado a la posicion que se quiera. Esto es muy practico. Porejemplo para modelar el movimiento de puertas, que en vez de girar desde su centro, girandesde un extremo. Para realizar este movimiento del punto de pivote, el programa necesitaque vuelva a su punto original, por eso pide que se pulse el boton Reset”despues de activar“Move Pivot Point” y antes de realizar el desplazamiento.

Mediante el boton “Numeric” podemos indicar todos los movimientos de modo numeri-co, por distancias, por angulos etc. El boton de “Reset”, comentado para el caso del des-plazamiento de los centros de rotacion, de forma general se utiliza para situar el objetoseleccionado en su posicion y orientacion originales. Si se selecciona un objeto, se le cambiala orientacion, y se le pulsa “Reset”, este objeto volvera a la orientacion original.

3.1.6. Efectos de fondo, primer plano y niebla

Como objetos de la escena, se deben contemplar, el suelo, las paredes (si existen) yel cielo o techo. No obstante, para animaciones muy sencillas, algunos programas comoLightWave ofrecen algunos efectos que pueden ser utiles. Un efecto son los diferentesmodelos de fondos, y otro efecto es el llamado ”Efecto niebla”que produce un desenfoqueen aquellos objetos que se encuentran a una determinada distancia de la camara

Por defecto, LightWave tiene configurado el color negro solido como color de fondo deuna escena. Si los objetos de la escena cubren toda la imagen de la pantalla, este colorde fondo no se vera. Este es el caso de poner paredes o suelo. El efecto niebla tambienesta desactivado por defecto.

Como fondo, algunos programas permiten simular un horizonte mediante dos degra-dados, uno para la tierra y otro para el cielo. En el caso de LightWave el panel “Effects/ Backdrop and Fog” permite cambiar el color negro de fondo a otro color solido (“Back-ground color”), o simular ese horizonte eligiendo cuatro colores que definen los dos de-gradados de cielo y tierra, a ambos lados del horizonte virtual (“Background gradient”).Estos colores se indican en los campos “Zenith color” (parte alta del cielo), “Sky color”(parte baja del cielo), “Ground color” (parte alta del suelo hasta el horizonte) y “Nadircolor” (parte baja del suelo).

El efecto niebla (“Fog”) produce un desenfoque con la distancia. En dicho panel sepuede configurar la distancia mınima a la que no se observa el efecto de desenfoque, yla distancia a la que el desenfoque sera maximo. Tambien se configura la espesura de laniebla en estos dos extremos.


El panel “Efects / Compositing” permite situar imagenes en formato TGA o secuenciascomo telon de fondo de la escena (“Background image”) y como primer plano (“Foregroundimage”) de la camara. Ambas imagenes se mueven solidarias con la camara, con lo quesolo se pueden utilizar con naturalidad cuando la camara esta estatica y son los objetoslos que se mueven. Este efecto no sirve para realizar panoramicas con la camara.

Para la imagen de primer plano, tenemos que considerar que al colocar una imagenopaca entre la camara y la escena, esta imagen taparıa la escena. Para utilizar estasimagenes de primer plano se permite la posibilidad de utilizar una imagen “alfa” (recordarlos canales alfa de Photoshop) para recortar la imagen y abrir un hueco transparente. Estehueco transparente, ası como la opacidad de las demas zonas de la imagen, se puedencontrolar mediante controles variables de este panel. En control “Foreground Key” indicala transparencia maxima (“High clip color”) y mınima (“Low clip color”) que produce laimagen alfa sobre la imagen de primer plano. El nivel de brillo del color ”High”debe sermenor que el del control “Low”.

A pesar de estos efectos, para conseguir fondos y suelos mas realistas, y sobretodocuando la camara se mueve por el escenario, deben ponerse pantallas a los lados sobre lasque situar una imagen a modo de textura.

El panel “Effects / Image processing” permite realizar algunos efectos mas avanzados.Por ejemplo el control “Ditter intensity” produce un efecto de granulado en las superficiesde los objetos. Este granulado se puede hacer que varıe su intensidad en cada fotogramaactivando la opcion “Animated dither”.

Podemos tambien apagar los colores de la escena configurando el control “Color satu-ration” obteniendo niveles de gris con el 0% de saturacion, y colores vivos con el 100%.Ası podemos simular la disminucion de la luz. Tambien se permite insertar una envolventepara controlar el valor de este parametro a lo largo de la secuencia.

Cuando vimos las caracterısticas que les podıamos poner a las superficies, en las opcio-nes avanzadas aparece un efecto de incandescencia “Glow effect”. El efecto debe activarseen la solapa “Image processing” mediante el boton “Enable glow effect”. Los parametros deincandescencia que se pueden configurar son “Glow Intensity”, y “Glow radius”; haciendoreferencia a la claridad y al tamano del halo alrededor de la superficie.

En este panel de procesado de imagenes tambien se pueden aplicar filtrados y otrosprocesamientos de los que se dispone en Plug-ins.

Capıtulo 4

Animaciones 3D

4.1. Evolucion en el tiempo de la animacion

Una vez definidos todos los detalles del escenario en el primer fotograma, o puntode partida de la animacion, queda todo dispuesto para continuar con el desarrollo de laanimacion a lo largo del tiempo. Para ir viendo y configurando el desarrollo en el tiempode la animacion tenemos varios controles entre los que destaca el deslizador de fotogramas,situado en la parte inferior de la ventana de visualizacion, para desplazarnos al fotogramaque deseemos. Tambien disponemos de controles de avance y retroceso de un fotograma,avance y retroceso al fotograma clave mas cercano, o al primer o ultimo fotograma, ası comoun modo de visualizacion sin fin de la animacion.

Para la configuracion de todos los movimientos es muy aconsejable, sobretodo en pro-yectos en los que se trabaja en grupo, antes de comenzar, elaborar un guion grafico oesbozo del resultado que se quiere obtener.

En cuanto al desarrollo de la animacion en el tiempo, un primer aspecto importante atener presente es a que velocidad van a discurrir los fotogramas en nuestra aplicacion. Sinuestra aplicacion va destinada a una serie de television, los sistemas europeos de televisionrequiere una velocidad de cuadro de 25 f/s mientras que el sistema americano requiere 30f/s. En el caso del cine, la velocidad es de 24 f/s. Esto es necesario contemplarlo paraque los movimientos de nuestros personajes en la escena durante la reproduccion de lasecuencia final sean naturales.

Conforme la animacion de la escena vaya cambiando en el tiempo, han de modelarselos cambios de cada uno de los elementos, que se iran sucediendo desde el fotograma cerohasta el ultimo fotograma de la animacion. Para ello, vamos a ver que el programa facilitamucho la tarea. Las herramientas que mas nos van a facilitar la tarea son estas cuatro:

La configuracion de diversos parametros mediante envolventes permite programarsu evolucion facilmente.

La definicion de las trayectorias a seguir por los elementos de la escena mediante elestablecimiento de fotogramas clave, permite definir unos pocos puntos por dondepasa cada elemento, y que el programa interpole entre ellos.

La posibilidad de establecer una jerarquıa padre-hijo entre los objetos de la escenahace posible relacionar sus movimientos.

Por ultimo, los huesos nos van a permitir que los personajes cobren vida, definiendopartes rıgidas y articuladas, con el fin de dotarles de movimientos mas naturales.

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46 CAPITULO 4. ANIMACIONES 3D

Dentro del control de velocidad y el manejo de los fotogramas clave es util el panel deedicion de escenas (“Scene Editor”). En este panel se listan todos los elementos de la escena,pudiendo cambiarse los colores por defecto de las mallas de hilos en la primera columna.Ademas, en este panel se define la velocidad de la secuencia en imagenes (“frames”) porsegundo; velocidad que se configurara segun la aplicacion que se vaya a dar a la secuencia.En este panel, tambien aparecen dos botones relacionados con la duracion de la escena,y con la situacion de los fotogramas clave. El boton “Scale all keys” aplica un factormultiplicativo a la duracion de una escena, o parte de ella, aumentando o disminuyendola velocidad de la accion dentro del intervalo que se especifique. Finalmente, “Shift allkeys” desplaza numericamente todos los fotogramas clave del intervalo que se indique,extendiendo el tiempo de la animacion.

4.1.1. Envolventes

Las envolventes o “envelopes” se utilizan para configurar caracterısticas de los elemen-tos de la escena que son variables a lo largo de la secuencia. Entre estas caracterısticas quepodemos variar encontramos la transparencia de los objetos. El control “Object dissol-ves” hace referencia a las opciones de aparicion del objeto al que se refiere. Puede hacersevisible e invisible un objeto, ası como gradualmente transparente.

Otros controles que llevan asociados envolventes son los que se refieren a caracterısticassuperficiales y texturas de los objetos. Propiedades como el brillo, la incandescencia, lareflexion, etc podemos hacer que varıen a lo largo de los fotogramas.

Tambien la intensidad y otras caracterısticas de las luces como anchos de haz, y angulosde la transicion entre luz y sombra, pueden configurarse a traves de envolventes.

El manejo de las envolventes se realiza en base a graficas (x,y) en las que en el eje X es eleje de tiempos, y el eje Y esta asociado al valor de la caracterıstica que se quiere modificar.En estas graficas se situan claves (“keys”) en los puntos que definen el comportamientode la caracterıstica en el tiempo.

Para animaciones complejas, es importante hacer invisibles los objetos que salen dela vista de la camara. De esta manera, se evita renderizar todos aquellos objetos que noestan a la vista, con el consiguiente ahorro en cuanto a tiempo de procesamiento. El hacerinvisible un objeto no lo elimina de la escena, pudiendose volver a hacer visible y manejarloposteriormente.

4.1.2. Configuracion de movimientos

Para disenar la evolucion en tiempo de la animacion hay que definir el recorrido quevan a efectuar las partıculas desde el cuadro cero hasta la finalizacion de la animacion.Los fotogramas clave o “keyframes” son la herramienta que nos facilita este trabajo. Ge-neralmente, los elementos de una escena no se mueven de forma aleatoria de fotogramaen fotograma, sino que describen una trayectoria, que comprende varios fotogramas, entreun origen y un destino.

Estas trayectorias en general se pueden definir mediante varios puntos de paso. Losfotogramas clave son aquellos en los que se define la posicion, orientacion, e incluso eltamano de un elemento de la escena para un instante concreto. El disenador tiene que irsituando fotogramas clave a lo largo de la secuencia, de forma que marquen la trayectoriaa realizar por el objeto, y ası, el programa interpolara dichas trayectorias a partir de ellos.

El ordenador, en base a los fotogramas clave creados calculara las posiciones y orien-taciones intermedias de todos los objetos y renderizara la escena, de forma que parezcaque el movimiento es continuo. Para ello, como se ha visto anteriormente se debe ajustar

4.1. EVOLUCION EN EL TIEMPO DE LA ANIMACION 47

la velocidad de presentacion de fotogramas a la aplicacion, generalmente por encima delos 24 cuadros por segundo. Esta velocidad de los fotogramas debemos tenerla en cuentapara que los movimientos que se realicen sobre los objetos de la escena parezcan reales.

Por ejemplo. Un coche virtual que esta en una posicion concreta A en el fotograma45, a partir del fotograma 45 se mueve en lınea recta hacia la posicion B, a la que debellegar en el fotograma 82. Para realizar este movimiento, nos situamos en el fotograma 45colocamos el coche en el punto A, y definimos el fotograma 45 como clave para el coche.Nos vamos despues al fotograma 82, movemos el coche al punto B y definimos el fotograma82 tambien como fotograma clave para el coche. De esta manera, entre los fotogramas 45y 82 el programa interpolara la posicion del coche para realizar el movimiento de formacontinua.

La colocacion de fotogramas clave puede hacerse manual o automaticamente, segun laopcion elegida en el dialogo “Opciones / opciones generales”. El modo automatico es elmodo por defecto. En el, desplazando el deslizador de fotogramas a un fotograma concretoy realizando un movimiento con un objeto, automaticamente se crea un nuevo fotogramaclave en ese instante y para ese objeto.

Para utilizar el modo manual debemos desactivar la opcion “Options / General Op-tions / Auto Key Adjust” y “Auto Key Create”. A partir de este momento, para crearun fotograma clave debemos pulsar la tecla “Create Key”. Ha de tenerse en cuenta quetambien sera necesario crear fotogramas clave para todos los objetos en el fotograma 0, yen el ultimo fotograma.

Para movernos de fotograma clave en fotograma clave podemos utilizar los botones“ >> +′′ y “+ <<′′. El boton ′′ >> +′′ va al fotograma siguiente, y el boton “+ <<′′ noslleva al fotograma clave anterior. Tambien podremos borrar un fotograma clave pulsando“Delete Key”

Con los controles de “spline”, boton que se encuentra en la zona baja de la panta-lla, podemos configurar de una manera mas precisa el comportamiento de los objetos enlas cercanıas de los fotogramas consiguiendo mayor o menor velocidad de acercamiento/ alejamiento, ası como curvas mas o menos pronunciadas en ellos. Los valores de losparametros que aparecen en el dialogo “Spline Control” deben estar entre +1 y -1. Lasopciones que tenemos son:

Por un lado “Tension”, que con un valor “+1” provoca que el objeto entre o salgadespacio de un fotograma clave extremo, es decir el fotograma 0 o el fotogramaultimo. Con un valor “-1” el objeto entrara o saldra deprisa de un fotograma claveextremo.

La opcion “Continuity” afecta a los fotogramas clave intermedios y con un valor“+1” obliga a entrar y salir despacio del fotograma clave, y con el valor “-1” fuerzaa entrar y salir rapidamente de un fotograma clave.

Finalmente la opcion “Bias” ajusta la forma de la curva en el fotograma clave es-tableciendo una holgura. La holgura hara que la curva de entrada o salida de unfotograma clave sea mas abierta, o mas suave. El valor “+1” crea holgura en foto-grama clave saliente, y el valor “-1” crea holgura en fotograma clave entrante.

Otra opcion en cuanto a control de movimiento, esta vez para las luces y la camaraes el comando “Target” que aparece en el menu de la izquierda con la camara o una luzseleccionada. Seleccionando como “Tarjet”.(objetivo) un objeto, se fuerza a que la luz ocamara mantenga fija todo el tiempo su posicion relativa y orientacion respecto de dichoobjeto.


4.1.3. Jerarquıa de objetos

Para la configuracion de movimientos en la escena, puede establecerse una jerarquıaentre los objetos. Esta jerarquıa se basa en una relacion padre-hijo o nivel superior-nivelinferior, de manera que un movimiento en un objeto afecta de la misma manera a todos losobjetos que tiene asignados con un nivel inferior, mientras que no afectara a ningun objetode un nivel superior. Por ejemplo: En el modelado de un avion con su piloto, podemosestablecer una jerarquıa por la que el piloto tiene un nivel inferior que el avion. De estamanera, cuando movamos el avion, el piloto, que esta en el nivel inferior de la jerarquıa,seguira sus movimientos, y sin embargo si movemos al piloto, el avion que esta en el nivelinferior de la jerarquıa no quedara afectado. Las jerarquıas padre, hijo afectan no solo alos movimientos sino tambien a los cambios de tamano que se realicen sobre el padre.

4.1.4. Esqueleto y huesos (bones)

En la animacion de personajes, tenemos que considerar que estos poseen partes rıgidas,que se mueven en bloque, y partes deformables, que hacen las funciones de articulacion orotula entre las partes rıgidas. Un ejemplo es un brazo: cuando se modela un brazo, dospartes de el son rıgidas, que son el brazo y el antebrazo; y ambas estan unidas por el codoque es una parte flexible. Para conseguir estos movimientos, una primera aproximacionserıa unir las partes rıgidas mediante esferas, solucionando de esta forma la presencia dearticulaciones. Pero este metodo es poco natural.

Un metodo que ofrece resultados mas naturales es hacer posible definir, dentro de unelemento solido, un esqueleto, que mantiene rıgidas unas partes (las correspondientes a loshuesos), y considera como deformables las uniones entre huesos. De esta manera, la formade trabajo para utilizar los huesos es definir el objeto completo a tratar, con su forma, susdimensiones, etc, y posteriormente ir poniendole huesos a modo de esqueleto para definirsus partes rıgidas, y sus articulaciones.

Para no tener problemas en la definicion y aplicacion de los huesos, el objeto originaldebe estar centrado sobre un plano coordenado (X=0, Y=0, o Z=0) si no, la colocacion delos huesos o su aplicacion sera dificultosa. Ademas, para colocar los huesos se debe utilizarel modo de visualizacion wireframe, que permite ver el punto donde se situan y una vistaplanta, alzado, o perfil.

Entre los huesos, al igual que con los objetos, tambien se puede definir una jerarquıapadre-hijo, lo que facilitara la ejecucion de los movimientos. En el ejemplo anterior, elmovimiento del brazo llevarıa consigo el movimiento del antebrazo, pero no al reves.

Para colocar un hueso en un lugar concreto de un objeto, primero se selecciona elobjeto al que se aplicara, y despues se comenzaran a colocar huesos. Para colocar loshuesos existen cuatro posibilidades. El comando “Add bone” anade un hueso a partirdel origen de coordenadas (0, 0, 0), orientado sobre el eje x, y con un tamano estandar.La opcion “Draw Bone” permite dibujar un hueso del tamano que se desee, arrastrandocon el raton desde el punto inicial hasta el punto final. “Add child bone” crea un huesoa continuacion del anterior, con el mismo tamano, y que depende jerarquicamente (eshijo) de este. “Draw child bone” funciona de la misma manera que “Draw bone” peroestableciendo la jerarquıa padre-hijo con el anterior.

Un detalle importante a la hora de situar los huesos es conocer donde esta su centrode pivote. Este centro de giro esta sobre el extremo que aparece mas grueso.

Si se necesita cambiar por cualquier motivo la longitud de los huesos una vez dibujadosse debe utilizar “Rest length” y no “Size” ya que “Size” cambia su tamano en las tresdirecciones del espacio, mientras que “Rest Length” modifica unicamente su longitud.

4.1. EVOLUCION EN EL TIEMPO DE LA ANIMACION 49

Una vez definido el esqueleto completo, los huesos se deben aplicar uno por uno, con-formando como partes rıgidas aquellos polıgonos superficiales mas cercanos. Para ello seselecciona cada hueso, que aparece en trazo discontinuo, y se pulsa la tecla “r” para apli-carlo, pasando de trazo discontinuo a continuo. A partir de entonces, los movimientos ytransformaciones que se realicen sobre los huesos afectaran a las partes del solido mascercanas, consiguiendo el efecto que se desea en la deformacion de las articulaciones.

Los huesos mas grandes tiene preferencia sobre los mas pequenos. Asimismo, los huesosmas cercanos tienen tambien un mayor efecto que los mas lejanos.

Cinematica inversa

El panel de cinematica inversa (“IK Info”) permite limitar los giros de cualquier ele-mento de una estructura osea. Pueden limitarse tanto “Heading”, “Pitch” como “Bank”con intervalos de giro concretos.

Tambien podemos asignar un objeto del escenario, como objetivo (“Goal Object”) aun hueso, de manera que dicho hueso se desplazara de la misma manera que su objetivo.Generalmente los objetivos suelen ser objetos nulos (“Null”). El control “Goal object”marca el objetivo del desplazamiento. El desplazamiento de un hueso siguiendo a su obje-tivo afecta a los padres jerarquicos en su orientacion, excepto cuando se active la opcion“Unaffected by IK of descentents”. En este caso, el seguimiento de un hijo a su objetivono alterara la orientacion del padre. Suele utilizarse esta opcion con el “abuelo” con el finde que el movimiento de un hueso hijo siguiendo a su objetivo oriente al padre pero noafecte al padre del padre (al abuelo).

Otros plug-ins.

Existen diversos plug-ins que se pueden utilizar conjuntamente con los huesos. Algunosde ellos aparecen en la lista a continuacion:

Joint compensation.- Compensacion de los movimientos de las articulaciones paraparecer mas realistas

Joint compensation for parent.- Si se establece una jerarquıa de huesos da preferenciaa uno sobre el otro.

Muscle Flexing.- Permite seleccionar una parte que se ensanchara a medida que rotaun hueso por la articulacion.

Multiple target object morphing, o Multiple target single envelope.- Sirve para darforma a un solo objeto a traves de multiples objetos utilizando una sola envolvente.

4.1.5. Metamorfosis

El modelado en tres dimensiones no tendrıa el efecto espectacular que posee si no tu-viese animacion, y las posibilidades infinitas que la utilizacion del ordenador suponen paraanimar. Con actores u objetos reales es muy difıcil realizar algunos tipos de animaciones,y algunos completamente imposibles como el “morphing”, que es el cambio de forma deun objeto para convertirse gradualmente en otro.

Para realizar una metamorfosis, ambos, objetos, actual y destino, tienen que estar car-gados en la escena, aunque el destino no este a la vista, por ejemplo, detras de la camara.


Se escoge el objeto actual en el panel “Objects”, y se marca como objetivo de la meta-morfosis el otro objeto. Mediante una envolvente se indica el porcentaje de transformacionpara cada fotograma.

Como caracterısticas de los objetos utilizados en la metamorfosis, ambos objetos de-ben tener el mismo numero de vertices. Ademas, los vertices de los dos objetos estaninternamente numerados, numeracion que se realiza conforme se va modelando. La trans-formacion que realiza la metamorfosis se basa en llevar los vertices del objeto actual a laposicion de los vertices homologos del objeto destino. Por eso, no se puede realizar unametamorfosis con dos objetos cualesquiera. Los objetos involucrados en una metamorfosisdeben modelarse a partir de un mismo objeto raız.

4.2. Visualizacion de la secuencia

La visualizacion de la secuencia es el objetivo final de la animacion por ordenador.Existen varias formas de representar en la pantalla el estado actual de una animacion,dependiendo de la calidad que se quiera obtener, y del momento del proceso en el que seeste. En la fase intermedia del desarrollo, probablemente no sera necesario ver con toda lacalidad la secuencia, quiza lo que si interesa es que la previsualizacion no tarde demasiadoen producirse. En cambio en la fase final, cuando se estan perfeccionando los detalles sisera necesaria una alta calidad aun a costa del tiempo necesario para realizar los calculos.

4.2.1. Previsualizacion

La calidad de la previsualizacion es baja en cuanto a velocidad de ejecucion, y carac-terısticas de los objetos, pero los calculos necesarios para realizarla son menores y portanto podemos obtenerla en poco tiempo. Mediante el control de previsualizacion (“Pre-view”) podemos visualizar cualquier vista, ya sea la camara, la perspectiva, las luces, o elalzado con el fin de hacernos una idea aproximada del estado actual de la animacion.

Bajo el control de previsualizacion encontramos cuatro opciones. El comando “Ma-ke preview” realiza los calculos de previsualizacion cuadro a cuadro. La opcion “Playpreview” muestra la previsualizacion calculada anteriormente. Ademas podemos salvar adisco, cargar de disco, y borrar una previsualizacion.

4.2.2. Renderizado

Una vez que se han disenado y comprobado mediante previsualizaciones los diferen-tes elementos de una escena se procede al renderizado final. El renderizado lo podemosconsiderar como el calculo de cada uno de los fotogramas que componen la secuencia deimagenes 2D, resultado de la proyeccion en el tiempo, sobre la camara, de la animaciontridimensional.

El renderizado puede realizarse para obtener un solo fotograma o toda la secuencia deimagenes, ası como un intervalo de esta. El resultado son imagenes 2D con calidad final,es decir, maxima. Este proceso requiere un calculo matematico muy largo e intenso, y porlo tanto puede durar un tiempo considerable (incluso dıas) dependiendo del tamano de laanimacion, de la resolucion, y de la complejidad de la escena.

Durante el renderizado, los fotogramas iran apareciendo a la velocidad de calculo delos mismos, que sera menor que la que posteriormente se utilizara en la aplicacion. Lonormal es renderizar una camara, pero tambien es posible renderizar dos o mas camaras,realizando efectos de estereovision, ortogonales, etc. El resultado del renderizado se debe

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almacenar en ficheros de secuencia o por fotogramas, con el fin de acceder a ellos facilmente,y a la velocidad necesaria para la aplicacion.

Fases del renderizado

El renderizado de un fotograma se compone de dos pasos: la geometrizacion y la ras-terizacion. La geometrizacion va a ocupar el 40% del tiempo de CPU y consta de variospasos.

Durante la fase de triangulacion los vertices del objeto se agrupan para formartriangulos.

En la fase de transformacion, si los grupos de triangulos cambian de posicion de unfotograma al siguiente, se realizan las transformaciones pertinentes. Para ello se vana utilizar las formulas de traslacion, rotacion, acercamiento-alejamiento, etc.

La siguiente fase es la de recorte, en la que se recortan los objetos que se salen de lapantalla o los que estan ocultos tras otro objeto.

En la fase de iluminacion se calcula la intensidad de las fuentes de luz, ası como susdistancias respecto de los objetos para iluminar la escena.

La ultima fase es el mapeado de pantalla, en la que se aplican las texturas a losobjetos.

El segundo proceso importante se denomina rasterizacion, y ocupa el resto de tiempode CPU. En la rasterizacion, a cada pıxel de cada triangulo se le aplica el color que lecorresponde, y se convierte la informacion 3D al fotograma 2D final.

Se debe decir, tambien que las interpolaciones de propiedades entre fotogramas claveson la parte mas pequena del renderizado; lo principal son los calculos geometricos y larasterizacion.

Metodos de renderizado

Podemos distinguir dos metodos diferentes de renderizado: por un lado el trazado derayos, y por otro el calculo de luminosidad y sombreado.

El metodo del trazado de rayos supone que las luces de la sala emiten rayos de luz entodas las direcciones. Estos rayos se propagan hasta chocar con los objetos de la escena taly como lo harıan los rayos reales. Los rayos se van reflejando en mayor o menor medidadependiendo de la reflectividad y el color de cada objeto. Segun se configuren ciertasopciones del renderizador, el numero de reflexiones que se calculan para cada rayo podranser mayores o menores. Cuantas mas reflexiones se calculen, mucho mas tiempo de calculose requerira, aunque los resultados seran mejores, debido a que se apreciaran los efectosde autoreflexion, etc.

Para modelar las sombras en el metodo de trazado de rayos, se generan una serie derayos de sombra, a partir de que los rayos de luz pasen por un cuerpo opaco. Con estemetodo, los objetos ocultos por otros objetos no aparecen porque sus rayos no llegan nuncacomo rayos de luz a la camara, sino como rayos de sombra.

El otro metodo de renderizado mas importante es el de calculo de la luminosidadmediante sombreado y “z-buffer”. Este metodo tiene en cuenta las luces para el calculode la luminosidad, aplicando metodos de sombreado vistos en apartados anteriores comoGouraud, Phong, etc. Con este metodo se tiene en cuenta la profundidad de los objetos


mediante el llamado “z-buffer”, para determinar si un objeto es total o parcialmente visible,o si no es nada visible. Tambien hay que efectuar el calculo de que objetos apareceran enla escena, a partir de los parametros de la camara que se esta utilizando.

El panel Render

Mediante el panel Render se puede configurar el renderizado, y la forma de almace-namiento en fichero del resultado final de la animacion. En este panel aparecen controlespara indicar el intervalo de fotogramas a renderizar, y algunas otras caracterısticas, comola habilitacion del trazado de reflexiones, las refracciones en cuerpos semitransparentes ylas sombras.

El boton “Save animation” permite guardar la animacion en el formato de secuen-cia AVI. Para poder utilizar el formato AVI necesitaremos previamente cargar plug-in“NT AVI”, que es el que lo soporta. Por otra parte el boton “Save RGB image” permiteguardar la animacion en fotogramas separados y numerados (xxxx0001.iff). Pueden utili-zarse varios formatos de imagen como JPG, o BMP, algunos de ellos necesitando tambienla carga previa de plug-ins.

En la solapa “Device control” se puede configurar el puerto serie como salida delresultado de la renderizacion. El control “Show rendering in progress” indica que se deseavisualizar el resultado de los fotogramas segun se van calculando. Y el control “Dataoverlay” permite introducir diferentes secuencias a ejecutar sobre la animacion final. Unejemplo es el rotulo final del copyright.

Finalmente un apunte sobre el panel “Network” que se utiliza para realizar ejecucionesdistribuidas de imagenes sobre una red de area local. Pueden renderizarse escenas porlotes durante la noche, en dichas redes de ordenadores.

4.2.3. Volcado a video

El objetivo de todo trabajo de animacion es la visualizacion del mismo. En el caso dela television o el cine, esta visualizacion implica el volcado de los fotogramas al soporteestandar elegido en el centro de produccion, para su disponibilidad de edicion, archivo,etc. Existen varios formatos informaticos en los que guardar una animacion: el formatoAVI esta preparado para almacenar una secuencia completa. Dicha secuencia a su vezse puede comprimir de forma que ocupe el menor espacio en disco posible. Los formatosde almacenamiento en secuencias tienen la desventaja que se necesita un programa dereproduccion de la secuencia muy avanzado para que sea capaz de servir los fotogramas ala velocidad en que el vıdeo o el telecine los necesita.

Debido a esto, generalmente para un volcado de calidad se suele utilizar los formatosde fotograma en fotograma. En estos cada fotograma se almacena en un fichero distintocon nombres correlativos. De esta manera, puede accederse a cualquier fotograma de lasecuencia en cualquier momento. Este modo de trabajar implica, que el vıdeo o el telecinedonde se esta grabando la secuencia sean capaces de grabar fotogramas sueltos.

El formato de grabacion en video puede ser cualquiera de los formatos estandar co-mo Betacam, DV, e incluso VHS, para baja calidad. Para conseguir esta tarea, debemosobtener una secuencia de la longitud que deseamos mediante una salida digital en com-ponentes, a partir de los fotogramas de la animacion grabados en formato AVI, TGA,u otro. Otra posibilidad es utilizar un disco duro convirtiendo este tipo de fotogramaso cuadros directamente en senal digital. Desde este momento, se podra utilizar la senalcomo si proviniese de un magnetoscopio. Una vez conseguido el paso de la animacion al

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formato de produccion deseado, todo esta listo para la insercion de este en el lugar de laprogramacion que le corresponda.

Bibliografıa

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