concepto general de 3d

8/18/2019 cONCEPTO GENERAL DE 3D

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Rendering: OpenGl (OGL) and Adobe Ray Tracer (ART)

Introducción

Este libro es el primer volumen de su clase en publicarse que abarca todo lo relacio-

nado con los gráficos 3D en Photoshop CS5 Extended. Sus autores pertenecen al

mismísimo equipo 3D de Adobe Photoshop, o bien son profesionales respetados en

el mundo de Photoshop. El libro se marca dos objetivos principales: constituirse en

la guía de referencia definitiva para cualquier profesional creativo recién llegado al

mundo de las 3D y, por otra parte, ser fuente de tutoriales creativos e inspiradores

que sirvan para aprender en profundidad las capacidades 3D de Photoshop CS5Extended .

En la Parte I se cubren los conceptos 3D más generales, pero que resultan de impor-

tancia para luego experimentar con el diseño 3D. La Parte II cubre el funcionamiento

de las herramientas 3D en Photoshop CS5 Extended. La Parte III está constituida por

una serie de magníficos talleres sobre distintos aspectos de la creación 3D, realiza-

dos todos ellos por reconocidos profesionales de Photoshop. Por último, la Parte IV

facilita información de importancia acerca de los formatos de archivo y la interope-

rabilidad.

Es nuestra esperanza que este libro sirva para que diseñadores de todos los niveles

se atrevan a explorar todo lo que el mundo del diseño 3D puede aportar a su traba-

jo. Y lo que es igual de importante: que puedan disfrutar mientras aprenden cosas

nuevas.



1

Capítulo 1 La escena .................................................. .................................................... .... 3

Capítulo 2 Técnicas de renderizado OpenGL (OGL)

y Adobe Ray Tracer (ART) .............................................. .............................. 19

En esta parte

Este libro es acerca de Photoshop y las maneras de integrar los flujos de trabajo

en el diseño en 3D, sin embargo hemos querido dar un paso atrás y empezar con

una introducción a los conceptos básicos de las 3D. En esta parte, se explican los

conceptos 3D de una manera que cualquier persona nueva que entra en el mundo

de las 3D puede entender, de modo que tengan un marco sólido para empezar a

explorar las posibilidades que ofrecen las 3D. Además, aquellos de ustedes que ya

estén familiarizados con las 3D pueden aprender sobre las diferentes técnicas que

utilizamos y cómo se pueden añadir y optimizar sus flujos de trabajo.

PARTE I

Introducción

a losconceptos 3D



CHAPTER 1

3

Capítulo 1

1.1 La escena 3D

En una escena 3D típica podemos encontrar diversos elementos que, en conjunto,

generan una escena. Crear una escena 3D es, en gran medida, como disponer un

set en un estudio para realizar fotografías (véase la imagen superior). Primera-

mente, debemos contar con algo de lo que tomar fotografías (en nuestro caso, las

mallas poligonales). En segundo lugar, estas mallas tendrán que incorporar diver-

sos materiales, como madera, algodón o metal, en su superficie. El tercer lugar lo

ocupa la iluminación de la escena, que realizaremos con una o varias luces. Y, por

último, necesitaremos una cámara con la que adquirir las imágenes (rendering).

El término rendering (renderizado) define el acto de tomar una fotografía de la

escena a través de nuestra cámara virtual, usando para ello la iluminación, los

materiales y las mallas que hayamos definido previamente.

1.2 Mallas y vértices

1.2.1 3D frente 2D

¿En qué consiste exactamente un gráfico en 3D? A muchos les sonará de las clases

de álgebra en el instituto. Se tenían dos valores, x e y, se buscaban sus posiciones

a lo largo de los ejes de coordenadas y, partiendo de ellas, se marcaba un punto

en el gráfico. Si dibujábamos tres de dichos puntos y los uníamos sobre el plano,

La escena



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3D en Photoshop

obteníamos un triángulo. Y si añadíamos un tercer eje de coordenadas, Z, podíamos

definir puntos en cualquier lugar del espacio tridimensional para crear formas en 3

dimensiones (figura 1.1).

Todos los objetos que aparecen en una escena 3D son en realidad colecciones de

puntos en el espacio tridimensional, que reciben el nombre de vértices. Éstos se

agrupan de tres en tres para formar triángulos que, a su vez, se agrupan forman-

do mallas. Sin embargo, ya antes de que dichos triángulos se dibujen, es posible

definir mallas de diferentes maneras. La ecuación de una esfera, por ejemplo,

representa un objeto 3D. No obstante, si se debe convertir en imagen, es preciso

dividirlo primero en una malla de triángulos que se aproxime cuanto sea posible asu forma (figura 1.2).

Figura 1.2 Una esfera representada con triángulos, usados para definir la malla de la superficie.

Figura 1.1 Un triángulo consta de tres puntos en dos dimensiones (X e Y). Extendiendo esto

a un tercer eje (eje Z), resulta en un triángulo en 3D.



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La escena

Figura 1.3 La fila superior muestra una cámara de perspectiva. El coche situado en el medio está cerca de la cámara y se ve más grande que el

coche de la derecha, que está más lejos. La fila inferior muestra una cámara ortográfica. Ambos coches se ven del mismo tamaño con indepen-

dencia de la distancia que los separe de la cámara.

1.3 Cámaras

Photoshop soporta dos tipos de cámaras: ortográfica y de perspectiva. En ambas

es preciso definir su ubicación, es decir, el lugar que ocupan en el espacio 3D, y la

dirección en la que apuntan.

1.3.1 Cámara de perspectiva

Una cámara de perspectiva es aquella que se comporta como una cámara del

“mundo real”. Estas cámaras incorporan lentes con función de “zoom” que se pue-

de representar como el campo de visión en grados o como una distancia focal en

milímetros. Esta clase de lente tendrá su correspondiente distorsión de la perspec-

tiva a medida que aumentemos o disminuyamos su campo de visión.

1.3.2 Cámara ortográfica

Las cámaras ortográficas se emplean mayoritariamente en ingeniería y arquitectu-

ra, así como en el proceso de modelado 3D. Estas cámaras no introducen distor-

sión de la perspectiva. Esto quiere decir que, cuando se mueven, no modifican la

forma ni el tamaño del objeto enfocado; lo que puede resultar muy útil cuando se

trata de alinear objetos en un espacio 3D. Las cámaras ortográficas cuentan con

una escala que representa el tamaño de la porción de espacio 3D que captan. Es

preciso tener en cuenta, en este punto, que tanto acercar un objeto a una cámara

ortográfica como alejarlo de ella, o bien mover la propia cámara, no introduce

cambio alguno en el renderizado del mismo. Mientras que si se tratase de una

cámara de perspectiva, el aspecto del objeto cambiaría notablemente (figura 1.3).



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3D en Photoshop

1.3.3 Profundidad de campo

Además de la posición y la dirección de la cámara, Photoshop CS5 es capaz de

simular la abertura del objetivo mediante ajustes en la profundidad de campo.

Gracias a ellos, podemos especificar la parte de nuestra escena que vamos a en-

focar y aquélla que aparecerá desenfocada. En esencia, es muy parecido a enfocar

modificando la abertura del objetivo de una cámara al tomar una foto (figura 1.4a).

En Photoshop CS5, las cámaras disponen de dos nuevos parámetros que otorgan

al artista mayor control sobre la profundidad de campo. El control Distance deter-

mina el plano de enfoque de la escena, mientras que el control Blur configura el

grado de desenfoque de las zonas que estén por detrás y por delante del plano deenfoque (figura 1.4b).

Figura 1.4a La profundidad de campo hace que la parte frontal esté enfocada, es decir, en el plano de enfoque, y el resto, desenfocado.

Figura 1.4b Con la herramienta Camera Zoom seleccionada, podemos fijar tanto la distancia del plano de enfoque como la cantidad de desenfoque.



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La escena

1.4 Iluminación

La percepción visual es nuestra percepción de cómo la luz interactúa con la

materia. Así, la iluminación es un componente clave de toda escena 3D, en las que

tiene la misma importancia que en la propia fotografía. La interacción de la luz con

la superficie de un objeto es un proceso muy complicado. El objetivo básico del

renderizado 3D es reproducir la interacción de la luz con los distintos materiales lo

más fielmente posible. Ello es, no obstante, endiabladamente difícil, así que se han

desarrollado técnicas necesariaas de simplificación y aproximación de los cálcu-

los. Una medida interesante en ese sentido consiste en limitar los tipos de luces

disponibles.

Photoshop CS5 admite sólo cuatro tipos de luces. Las tres primeras son estándary se pueden encontrar en la práctica totalidad de aplicaciones de renderizado 3D:

omnidireccional, infinita o direccional y focal.

1.4.1 Luz omnidireccional

Conocidas como luces omnidireccionales o puntos de luz, son fuentes que emiten

luz por igual en todas las direcciones del espacio. Podemos visualizarlas como una

bombilla encendida. En este tipo de luces podemos configurar la posición, pero

carecen de dirección (figura 1.5).

Figura 1.5 Imagen de un punto de luz omnidireccional.



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3D en Photoshop

1.4.2 Luz infinita o direccional

Una fuente de luz infinita o direccional es aquélla que emite luz en paralelo a una

dirección dada. Resultan muy útiles para simular la luz que llega de fuentes muy

lejanas, como por ejemplo la luz del Sol. En este tipo de luces podemos configurar

la dirección, pero carecen de posición definida (figura 1.6).

1.4.3 Luz focal

Las luces focales son similares a las de los reflectores en fotografía o a los faros de

un coche. Se puede configurar su posición, dirección y la anchura del haz de luz

(figura 1.7).

Figura 1.6 Una fuente de luz infinita, representada por el elemento de color amarillo, con su dirección indicada por la flecha.



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La escena

Figura 1.7 Una luz focal representada por el elemento amarillo, que apunta en la dirección de la luz.

1.4.4 Luz ambiental

En Photoshop CS5, este tipo de luces basadas en imagen proporcionan una atmós-

fera de luz, en la que la fuente no es un punto ni un rayo, sino un mapa de textura

aplicado sobre una hipotética esfera que rodease la escena (panorama esférico).Una forma de visualizar este tipo de luces consiste en imaginar un conjunto de

diminutos puntos de luz instalados en la superficie de una esfera que rodease

nuestra escena. Cada uno de ellos se correspondería con uno de los píxeles del

mapa de textura aplicado en la esfera. En situaciones reales, es muy raro que los

objetos reciban luz de una sola fuente. Por ejemplo, pensemos en un objeto en

el interior de una habitación vacía con una única lámpara en el techo. Sin duda,

la lámpara iluminará la estancia y al objeto de forma “directa”, pero parte de la luz

será reflejada por las paredes y llegará en último término a la superficie del objeto

de forma “indirecta”. De forma similar, un objeto en una escena al aire libre no sólo

recibe la luz del Sol, sino también desde el cielo y el suelo. Por lo tanto, una luz

basada en imagen facilita enormemente la creación de entornos con una ilumina-

ción realista. Así, nuestro enfoque no será iluminar la escena con múltiples fuentes

básicas de luz, sino emplear una única luz basada en imagen mediante un mapade texturas aplicado a la superficie (interna) del panorama esférico (figura 1.8).

1.5 Materiales

Los materiales definen la apariencia del objeto. Sus parámetros incluyen: difusión

(color principal), especular (brillos), transparencia, reflexividad, etc. El enfoque

conceptual de todo esto es que si configuramos todas las propiedades de una

determinada manera, podemos crear la impresión de que el objeto renderizado



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3D en Photoshop

está hecho de alguna sustancia reconocible a simple vista, como plástico, metal o

cristal. Asimismo, los materiales suelen incorporar texturas (figura 1.9).

Figura 1.8 Mapa de luz basado en imagen empleada para iluminar la esfera. Esta fuente de luz aparece

representada por la pequeña esfera de la derecha que tiene aplicado el mapa de luz y que muestra los

controles que nos permitirían rotar el mapa y cambiar la posición de la luz.

Figura 1.9 Materiales de ejemplo que podemos encontrar en las muestras de la biblioteca Materials de Photoshop CS5.



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La escena

1.5.1 Propiedades de los materiales soportadas por Photoshop

La mayoría de las propiedades de los materiales en Photoshop tienen un valor

base, que puede ser un color o un valor simple, y un mapa. Si no se especifica

dicho mapa, el valor base se emplea para toda la superficie del material. Si, por el

contrario, definimos un mapa, los valores de éste invalidan el valor base. El canal

alfa se emplea sobre el mapa para fusionar (multiplicar) el valor de cada uno de sus

píxeles contra el valor base.

Difusión (diffuse)

El color de difusión es aquél que un objeto muestra cuando refleja la luz que lo al-

canza de forma directa (buena luz), ya sea luz natural o artificial, y que nos permite

verlo con facilidad (figura 1.10). Este color se ve igual desde cualquier dirección,como una pintura mate (tanto los brillos como los reflejos dependen del lugar

desde el que miremos la superficie).

Figura 1.10 La imagen de la izquierda es un mapa de luz difusa con el patrón de un tablero de ajedrez. A la derecha, lo vemos aplicado sobre

una esfera 3D. Cada píxel de la imagen izquierda se corresponde con una posición en la superficie de la esfera.



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3D en Photoshop

Mapas de entorno (environment)

Similar a la iluminación basada en imagen que mencionamos antes, un mapa de

entorno especifica colores en una esfera que envuelve nuestra escena. En un mapa

de entorno, dichos colores se emplean para los reflejos (figura 1.11).

Mapas de texturas rugosas (bump maps)

La técnica conocida como “bump mapping” logra que un objeto parezca tener una

superficie irregular o rugosa (figura 1.12). Cuando renderizamos un objeto con un

material de este tipo, las zonas más claras del mapa de textura parecen elevarse,

mientras que las más oscuras aparentan estar hundidas en la superficie del objeto.

Mapas de opacidad (opacity maps)

Podemos seleccionar una imagen de forma que un objeto sea parcialmente

transparente. Los valores más altos (claros) se representarán como más opacos,

mientras que las áreas oscuras aparecerán más transparentes. Funciona igual que

la herramienta Opacity del panel Layers en Photoshop (figura 1.13).

Mapas de brillo y resplandor (shininess/glossiness maps)

Los mapas de brillo y resplandor controlan los reflejos especulares del objeto. Por

“shininess” entendemos la intensidad o brillo de los reflejos; mientras que, “glossiness”

define el tamaño o amplitud de los mismos. Así, para que el brillo tenga sentido

como efecto se debe aplicar sobre un resplandor; mientras que éste último efecto

tiene sentido por sí mismo (figura 1.14). El uso de un mapa de resplandor cambiará

de sitio los reflejos de la superficie del modelo. Por su parte, un mapa de brillo modi-

ficará la intensidad de dichos reflejos.

Notas: Si no

especificamos un

mapa de entorno

para un material, y

sí una iluminación

basada en imagen,

el color de ésta

última servirá por

defecto para calcu-

lar los reflejos.

Si fijamos el valorde los reflejos en 0,

no se observará el

efecto de un mapa

de entorno porque

no tendrá nada, ni

objeto ni superfi-

cie, desde lo que

rebotar.

Figura 1.11 Modelo 3D de una lata de refresco con la imagen de fondo configurada como un mapa de

entorno. Asimismo, los reflejos están habilitados (valor para reflejos > 0).



13

La escena

Figura 1.12 La parte izquierda de la esfera es

una textura plana, mientras que la parte derecha

muestra esa misma textura con “bump mapping”. El

mapa de rugosidad (bump) aplicado es la imagen

en escala de grises de la derecha.

Figura 1.13 La esfera derecha muestra una textura

de un tablero de ajedrez aplicada como mapa de

opacidad. Los valores de color del mapa de texturas

de la esquina superior izquierda determinan el grado

de transparencia de cada parte del objeto (el negro

se corresponde con una transparencia total).

Figura 1.14 Distintos efectos de brillos y resplandores.



14

3D en Photoshop

Mapas de iluminación automática (self maps)

La iluminación automática se añade al color resultante de computar los parámetros

“diffuse”, “highlight ” y “reflection”. Lo podemos visualizar como un pintura luminiscen-

te que se añade al color del objeto y es independiente de la iluminación (figura 1.15).

Otro modo, muy sugerente, de pensar en este efecto consiste en visualizar la lava de

un volcán y cómo su incandescencia emite luz rojiza. Podemos utilizar materiales ilu-

minados automáticamente para simular objetos como los faros de un coche. El colorblanco proporciona la máxima iluminación, y el negro la bloquea por completo. A

menudo, resulta buena idea diseñar un mapa de iluminación automática que haga

juego con el mapa “diffuse”. Éste, por ejemplo, podría incluir pequeños rectángulos

amarillos para representar ventanas, mientras que el mapa de iluminación automá-

tica estaría formado por rectángulos blancos equivalentes, contra un fondo negro,

para iluminar las ventanas amarillas.

Mapas de normales (normal maps)

Los mapas de normales son texturas empleadas para simular la iluminación de las

irregularidades de la superficie de un objeto 3D. Permiten al programa hacer más de-

tallado el modelo 3D sin añadirle polígonos, lo que aumentaría el tamaño del mode-

lo y archivo. Estos mapas resultan particularmente útiles en la generación de 3D en

tiempo real, como en los motores de videojuegos, pero se pueden emplear tambiénen escenas y animaciones renderizadas. En Photoshop, los mapas de normales son

espaciales y se definen sobre la superficie del objeto, de forma que los valores RGB

de la textura se interpretan como direcciones del espacio (X, Y, Z, respectivamente).

A menudo, los mapas de normales se utilizan para mejorar la calidad de renderiza-

do de un modelo creado con pocos polígonos (figura 1.16). Un diseñador de jue-

gos, por ejemplo, podría generar una versión con un menor número de polígonos

de un modelo ya creado. Luego, utilizaría el modelo original para generar un mapa

de normales que, por último, aplicaría al modelo con menos polígonos.

Figura 1.15 La iluminación automática proporciona efectos como el neón de

la figura o la incandescencia de la lava volcánica.

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