Història i aplicacions 3D

  • Andreu Gilaberte Redondo

    Andreu Gilaberte Redondo

    Nascut a São Paulo (Brasil) el 1971. Enginyer d'Arts Aplicades i Disseny per la Universitat Oberta de Catalunya (UOC) i màster en Aplicacions de seguretat i salut. Director d'una empresa de consultoria dedicada a l'arquitectura i l'enginyeria, també és formador de tècnics en diferents àrees relacionades amb l'arquitectura. Autor d'aplicacions multimèdia per a projectes desenvolupats i de programaris específics en entorns de Visual Basic i SQL.

    Ha estat finalista de diversos concursos públics relacionats amb l'arquitectura i les tecnologies multimèdia i dels premis Lletra de Comunicació (2002), en l'apartat de comunicació visual i imatge.

    Actualment col·labora amb la Universitat Oberta de Catalunya com a consultor de l'assignatura de Fonaments de fotografia i imatge digital.

PID_00246183
Els textos i imatges publicats en aquesta obra estan subjectes –llevat que s'indiqui el contrari– a una llicència de Reconeixement-NoComercial-SenseObraDerivada (BY-NC-ND) v.3.0 Espanya de Creative Commons. Podeu copiar-los, distribuir-los i transmetre'ls públicament sempre que en citeu l'autor i la font (FUOC. Fundació per a la Universitat Oberta de Catalunya), no en feu un ús comercial i no en feu obra derivada. La llicència completa es pot consultar a http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/es/legalcode.ca

Índex

1.Inici i actualitat del 3D

1.1.Introducció

Per mitjà d'exemples pràctics i petits passatges per la història, farem un viatge en el temps i descobrirem les personalitats principals que van contribuir al desenvolupament del 3D i acabarem el viatge en l'actualitat, on farem una breu conclusió del que hem vist.
Una vegada acabat aquest apartat, l'estudiant tindrà una visió més àmplia dels principis de la tecnologia 3D i serà capaç d'entendre breument el perquè de diverses preguntes. Un dels objectius d'aquest capítol és desenvolupar el sentit de capacitat d'interpretació de les tecnologies sense caure en els tecnicismes que aquesta aporta atesa la complexitat dels seus continguts. L'estudiant podrà completar la seva formació en cada subapartat d'acord amb la seva inquietud, que anirà creixent a cada nou descobriment.
Per tant, i sense més embuts, tots a bord!

1.2.Introducció. Passeig per la història del 3D

Quina relació hi ha entre els inicis de la tecnologia en tres dimensions i la multinacional Boeing? Es pot prendre un te i pensar en la introducció del 3D? Doncs més del que molts podrien pensar. L'enllaç entre totes aquestes situacions, fins i tot altres de quotidianes, ens apropa als principis del 3D, que des de la dècada dels seixanta s'ha estat desenvolupant de manera sorprenent, ja que cada vegada és més habitual trobar-nos la tecnologia 3D en diversos camps d'aplicació: des de la nostra feina fins a les nostres hores de lleure al cinema, les nostres compres al centre comercial de costum, l'ensenyament, la medicina o els llocs que menys podríem pensar.
En aquest apartat ens introduirem una mica en la història del món 3D, fent un breu repàs dels experiments i projectes que van contribuir a l'avenç d'aquesta tecnologia.
En finalitzar aquest apartat, l'estudiant tindrà una altra perspectiva quan generi el seu primer model tridimensional o quan faci la seva renderització. Moltes de les personalitats descrites aquí han contribuït enormement a poder fer el que avui és possible, el 3D actual.
Començarem el nostre viatge per la dècada dels quaranta i acabarem en l'actualitat.
Figura 1. Línia cronològica dels fets més destacats del 3D
Figura 1. Línia cronològica dels fets més destacats del 3D

1.3.Els hologrames (1947)

Comencem aquest subapartat d'una manera diferent, sense parlar directament de la tecnologia informàtica connectada amb el 3D, sinó d'una tècnica que es remunta als anys quaranta i que, sens dubte, serà un referent en un futur no gaire llunyà. El 3D com a element innovador ja es va utilitzar en diferents mitjans, en aquest cas concret, com una extensió de l'art de la fotografia. L'espectacularitat dels resultats continua essent avui objecte d'admiració per a un variat tipus de públic. Parlem de l'holografia!
El nom holografia ve del grec holos ('tot, sencer') i graphos ('senyal, escrit').
El professor José J. Lunazzi, de la Universitat de Campinas (São Paulo, Brasil), defineix l'holografia com una tècnica de formació d'imatges tridimensionals a partir d'un suport pla, que poden ser vistes sense necessitat de cap accessori per a l'observador, i en què aquest es pot moure al voltant del suport veient l'objecte, sense discontinuïtats, dins d'un angle en què se li ofereixen totes les perspectives.
Per a generar les imatges hologràfiques, el principi de funcionament es basa en la utilització d'un raig làser, que grava microscòpicament una pel·lícula fotosensible. Aquesta, en rebre la llum des de la perspectiva adequada, projecta una imatge en tres dimensions.
Aquesta percepció va ser definida al principi pel físic i enginyer electrònic hongarès Dennis Gabor, deixeble d'Albert Einstein. Dennis Gabor té un lloc destacat com a inventor de l'holografia l'any 1947. Les primeres projeccions hologràfiques no tenien la qualitat suficient, com la coneixem avui; tant era així, que fins a l'any 1963 no es va presentar un objecte hologràfic de prestacions òptimes, aquesta vegada als Estats Units, a les mans d'Emmett Leith i Juris Upatnieks. Paral·lelament, a l'extingida Unió Soviètica, per mitjà de Yuri Denisyuk, es presentava el mateix experiment amb característiques de qualitat molt similar. A partir d'aquí, el desenvolupament de la tècnica es va perfeccionar i es va estendre, sobretot en el mercat del lleure, amb l'entrada de pel·lícules i material de publicitat.
La recompensa a Dennis Gabor per tota la feina de l'estudi de l'holografia li va venir el 1971 en forma de premi Nobel de física.
Figura 2. Holograma
Figura 2. Holograma
El futur de les holografies passa per una reestructuració de les seves aplicacions i una nova manera d'aplicar aquesta tècnica, amb una tecnologia renovada i orientada a diferents camps. Per tant, no serà difícil veure en un futur pròxim alumnes de medicina fent pràctiques amb models tridimensionals, o l'estampida descontrolada de l'última pel·lícula d'acció dins del menjador de casa nostra, o fins i tot una visita virtual al nostre museu favorit sense ni tan sols sortir de casa.
Aquestes i altres tecnologies emergents les explicarem detalladament en un altre capítol.

1.4.Els primers passos amb el 3D (1959)

El 1952 General Motors (GM) ja tenia una forta implicació amb les noves tecnologies. Utilitzava un sistema innovador format per una sèrie de targetes perforades per a l'elaboració de diversos càlculs, amb l'última tecnologia informàtica del moment. Per tant, no era gens estrany que, amb la tecnologia aplicada i les ganes d'innovació, la direcció de GM decidís apostar per un nou sistema dins del camp de les representacions, que tampoc no deixava de ser un aliat important en els càlculs i el disseny dels seus productes, i també una eina important per a gestionar millor la feina dels seus enginyers. El 1958 neix així un nou projecte denominat DAC-1, que podríem comparar amb la representació d'elements en tres dimensions.
Van començar a utilitzar aquesta tecnologia per a fusionar les fresadores amb els equips informàtics; és el que avui denominem CNC (1) . És una tècnica que utilitza un dispositiu capaç de dirigir el posicionament d'un òrgan mecànic mòbil mitjançant ordres elaborades de manera totalment automàtica a partir d'informacions numèriques en temps real. Per a construir una peça s'usa un sistema de coordenadas que especificaran el moviment de l'eina de tall.
General Motors es va associar amb IBM per a poder desenvolupar de manera més concreta el projecte DAC-1 i millorar així de manera exponencial les representacions tridimensionals.
El 1963, després de diversos anys d'estudi, finalment GM aconsegueix que el disseny d'un element d'un dels seus vehicles, més concretament una tapa (que havia estat elaborada a la seva màquina IBM per mitjà de les famoses targetes perforades) pogués ser llegida, interpretada i executada en una fresadora.
Va ser en una conferència de 1964 a Detroit quan per primera vegada GM enlluerna tots els visitants amb una demostració o performance tridimensional d'uns dels seus models de vehicles. L'operador podia crear diferents vistes, i en diferents angles, d'un model. Era una de les primeres passejades tridimensionals de la història.
Figura 3. Rotació i imatges en diferents angles
Figura 3. Rotació i imatges en diferents angles
Però no tot va ocórrer com estava previst i, després d'una llarga inversió econòmica i d'uns resultats no esperats, la direcció, de GM conjuntament amb IBM, decideixen tancar el projecte DAC-1 el 1967.

1.5.L'home Boeing (1964)

William Fetter (1928-2002), dissenyador i director d'art, el 1964, treballant per a l'empresa Boeing, estudiava un model ergonòmic que pogués complir els protocols de confort i practicitat dels components de les aeronaus; estava estudiant l'eficiència en la distribució dels tripulants d'una cabina de control d'una de les aeronaus de la companyia. Per poder analitzar i donar resposta a tots els condicionants de disseny de la cabina, William Fetter va fer un dibuix que simulava la perspectiva humana vista des d'angles diferents; el que denominem perspectiva ortogràfica.
La perspectiva és la manera de dibuixar volums (objectes tridimensionals) en un pla (superfície bidimensional) per a recrear la profunditat i la posició relativa dels objectes. En un dibuix, la perspectiva simula la profunditat i els efectes de reducció dimensional i distorsió angular, tal com els apreciem a simple vista.
Si hagués plasmat la seva creació en un full de paper, com ja es feia des de molts anys enrere (ja que aquesta tècnica era profundament coneguda a l'època), William hauria passat desapercebut i mai no hauria aportat res de nou al 3D; però el fet d'haver introduït el seu model en un espai tridimensional en un ordinador va fer que fes un dels primers passos en la tridimensionalitat. En aquest moment, William Fetter acabava de crear l'"Home Boeing", que per a l'època va ser una veritable revolució, ja que simulava un model humà en les seves diferents coordenades i angles.
Figura 4. Model tridimensional "Home Boeing"
Figura 4. Model tridimensional "Home Boeing"
El que va sorprendre William va ser l'entusiasme i l'interès davant d'aquella nova tècnica per part dels que tenien algun contacte amb el seu "Home Boeing". Llavors el creador del personatge va decidir anar més enllà de les seves creacions purament tècniques, que únicament estudiaven l'ergonomia, i s'aventurés a crear un ventall de possibilitats més ampli. La publicitat va ser el primer esglaó de William; el seu personatge es va convertir en el protagonista principal del primer anunci televisiu elaborat amb tècniques 3D. Es tractava d'un anunci d'una màquina d'afaitar, per a l'empresa Norelco, en què el model tridimensional gaudia de les carícies de la nova màquina d'afaitar; era l'any 1970.
Figura 5. Model tridimensional per a l'anunci de Norelco
Figura 5. Model tridimensional per a l'anunci de Norelco
Més endavant es van unir a la cerca d'informació i noves tecnologies altres noms destacats que van treballar al costat de William Fetter durant un període de temps llarg, com és el cas d'Ivan Sutherland (Nebraska, 1938), que va col·laborar en diferents projectes relacionats amb el 3D i va transformar un insípid departament de ciències de la computació de la Universitat de Utah en un dels centres d'investigació de 3D més importants de l'època. En l'actualitat continua essent així.

1.6.Corbes Bézier i Nurbs (1970)

Quan dibuixem una corba amb el nostre programa de 3D preferit, no ens imaginem l'estudi i les hores que han dedicat els científics a crear el que avui coneixem de manera gairebé automàtica. Amb uns quants punts definits a l'eix de coordenades, el programari automàticament ens genera la corba. A partir d'ara, i després d'haver vist aquest punt en el nostre viatge a través del temps, també podrem ser capaços d'entendre una mica més el que passa als bastidors del 3D.
Parlar de corbes Bézier és parlar de Pierre Etienne Bézier, que l'any 1962 va difondre aquest model de manera més àmplia. Però abans comentarem alguna cosa de Paul de Casteljau.
Hi ha un denominador comú referent a la tecnologia 3D: la indústria automobilística. Aquest sector, emergent i en ple desenvolupament a les dècades dels seixanta i setanta, va contribuir de manera molt important a crear diversos elements matemàtics que actualment estan molt difosos en els diferents programes de modelització 3D. Paul de Casteljau és un exemple d'això. Aquest físic i matemàtic va crear un algorisme (1959) mentre treballava a Citroën que utilitzaria àmpliament Bézier. Aquesta contribució de Paul de Casteljau és tan important per a la creació de les corbes Bézier que seria injust no esmentar el treball d'aquest científic.
Bézier, que també estava vinculat al sector de l'automòbil –va treballar a Renault durant més de quaranta anys–, va utilitzar les seves corbes per a crear formes no rectilínies emprades sobretot en el disseny de diferents elements dels prototips dels models de cotxes.
Avui dia la utilització de les corbes de Bézier i les Nurbs és la base per a la modelització 3D. Podrà ser objecte d'un altre debat, ja que hi ha partidaris de les corbes Bézier en entorns bidimensionals que prefereixen treballar amb Nurbs en tres dimensions (creuen que són més adequades) i hi ha grups que s'aferren de manera indiscutible a les Bézier en superfícies 3D.

1.7.Ombres/suavitzat Gouraud (1971)

Tots els objectes reflecteixen llum; per tant, generen ombres. Aquesta afirmació simple però eficaç segurament va ser insistentment estudiada una vegada i una altra pel Sr. Henri Gouraud, que l'any 1971 va presentar un dels seus projectes més ambiciosos: les ombres de Gouraud.
Informàtic de professió, fill d'un famós general francès (general Henri Gouraud), i amb un doctorat a la Universitat de Utah, Henri Gouraud va treballar al costat d'altres col·laboradors il·lustres del món 3D, com Dave Evans i Ivan Sutherland (ja esmentat anteriorment). El mètode utilitzat per Henri Gouraud es basava en una reducció notable de càlcul, amb la qual cosa dotava el model poligonal d'una il·luminació suau. Més de trenta anys avalen aquest mètode que continua viu en el camp de la modelització 3D.
Els estudis que van portar aquest científic a concloure el seu mètode van passar per diferents fases de proves fins a aconseguir el que mundialment es coneix com el primer model que es va aplicar amb el mètode de Gouraud.
Figura 7. a) Model sense aplicació de suavitzat; b) model amb aplicació de suavitzat
Figura 7. a) Model sense aplicació de suavitzat; b) model amb aplicació de suavitzat
Per a poder aplicar el seu mètode i comprovar els resultats, Henri Gouraud va utilitzar com a model humà la seva dona, Sylvie Gouraud, que va quedar immortalitzada com el primer model digital en el qual es va aplicar la tècnica de l'ombrejat/suavitzat Gouraud.
Figura 8. Model humà del mètode Gouraud
Figura 8. Model humà del mètode Gouraud

1.8.La tetera de Utah (1973)

Parlar de la tetera de Utah és retre un tribut al 3D. Segurament molts desconeixen la transcendència d'aquest objecte (sens dubte el tenim més a prop del que ens pensem). Fins i tot avui dia, la tetera de Utah continua viva i compartint protagonisme amb personatges tan entranyables i actuals com el cas del protagonista de la sèrie The Simpsons, Homer Simpson. Però perquè arribem a l'actualitat haurem de pujar una vegada més a la nostra màquina del temps i remuntar-nos als remots anys setanta.
És probable que quan el Sr. i la Sra. Newell van adquirir una preciosa tetera en uns grans magatzems a Salt Lake City, denominats magatzems ZCMI, mai no haurien pensat que l'objecte en qüestió deixaria un petit llegat i una gran aportació a la història de la informàtica; però va ser així.
1.8.1.El naixement d'un clàssic
Com a bons britànics, una tarda qualsevol de 1974, Martin Newell i la seva dona Sandra Newell prenien un relaxant te i discutien, entre tassa i tassa, sobre la necessitat de Martin de concebre un model tridimensional que fos objecte d'estudi i que pogués respondre a tots els paràmetres tècnics que havia de complir. Sandra va trobar la solució: la mateixa tetera que tenien al davant reunia tots els requisits discutits; seria un model perfecte. Les seves superfícies còncaves i convexes, la capacitat de reflectir la llum i les ombres, les línies clarament definides i una textura immillorable van ser raons suficients perquè, allà mateix i en el mateix instant, Martin comencés a dibuixar-la en un full de paper.
Un cop dibuixada, Martin Newell va tornar al seu laboratori i va començar a carregar les dades de manera manual al seu ordinador; dades geomètriques amb els valors de les corbes de Bézier. El resultat final va ser un objecte pràcticament perfecte, tal com el buscava Martin.
Figura 9. Tetera de Utah
Figura 9. Tetera de Utah
Els seus companys investigadors no van trigar a adonar-se que Martin havia creat un model ideal per a desenvolupar diversos experiments, des d'anàlisis matemàtiques fins als estudis de reflexos de llum o modelització de superfícies. En aquell moment la tetera de Utah saltava a la immortalitat.
Des que es va crear, la tetera de Utah ha estat protagonista de diversos episodis, i continua essent un veritable referent en el món 3D. Si encara queden dubtes, prosseguirem amb una sèrie d'exemples en què podrem veure aquest clàssic.
3D Studio Max
Mai no us havíeu preguntat per què la icona de la renderització del programa 3D Studio Max és una tetera? Doncs d'ara endavant podreu entendre una mica més aquest petit detall, que innombrables vegades passa desapercebut per a molts usuaris d'aquest programa.
Figura 10. Renderització de 3D Studio Max
Ampliació
Figura 10. Renderització de 3D Studio Max
Les sèries televisives
En la sèrie creada per Matt Groening, Los Simpsons, la tetera de Utah també és present, més concretament en el capítol "Especial Noche de Brujas" de Los Simpsons ("La Casa-Árbol del Terror VI"), que ret un homenatge al món 3D en transformar el seu protagonista en un model tridimensional. La tetera està amagada entre tubs i connexions al món tridimensional de Homer Simpson.
Figura 11. Episodi de The Simpsons
Figura 11. Episodi de The Simpsons
Microsoft
El gegant Microsoft tampoc no ha deixat de rescatar la tetera i amagar-la en alguns dels seus programes o accessoris, com l'estalvi de pantalla del Windows 95: hi està amagada entre l'embolic de canonades.
Figura 12. Estalvi de pantalla del Windows 95
Figura 12. Estalvi de pantalla del Windows 95
La pel·lícula Toy Story
Com és lògic, el cinema tridimensional també ha posat el seu petit gra de sorra pel que fa a homenatjar el creador del famós objecte. A diverses pel·lícules de Pixar, si l'espectador està atent, veurà algunes imatges en què es pot apreciar la tetera de Utah. Sens dubte, és una manera de perpetuar el treball i l'esforç d'un grup d'estudiosos i col·laboradors que van fer possible el desenvolupament i avenç de les tecnologies actuals.
Figura 13. Fotograma de la pel·lícula Toy Story
Figura 13. Fotograma de la pel·lícula Toy Story
Si algun dia passegeu pel Boston Computer Museum, trobareu l'objecte original, que difereix una mica del model matemàtic en virtut d'alguns ajustos necessaris a l'eix Z del model. Us animo a buscar aquesta diferència.

1.9.La pel·lícula Tron (1982)

El món del cel·luloide també es va deixar estimar per les innovacions i les noves tecnologies de la tridimensionalitat; tant és així que, des dels primers passos de la modelització 3D i remuntant els anys seixanta i setanta, el cinema va veure una indústria de futur i va trigar menys de dues dècades a llançar el que en el seu moment es va pensar que seria l'estrena més esperada després de la sonorització de les pel·lícules: la pel·lícula Tron.
Els números de taquilla i el poc ressò que va tenir el laboriós projecte van fer que, una vegada més en la història, el 3D comencés un nou repte d'una manera com a mínim discreta. Els efectes especials de l'època no van arribar a impressionar i l'argument semblava massa de ciència-ficció. Gustos a banda, Tron és mundialment reconeguda en els entorns 3D per ser la primera pel·lícula que es va atrevir a incorporar aquests efectes generats per ordinador. Avui dia continua essent una referència en aquest camp i és objecte d'idolatria per a molts aficionats al 3D.
Entre quinze i vint minuts d'animació digital avalen la pel·lícula de la factoria Disney i destaca tota la tasca dels programadors i artistes digitals.
No es pot parlar de Tron sense esmentar els seus tres principals creadors digitals: Jean Giraud, Syd Mead i Peter Lloyd.
Figura 14. Fotograma de la pel·lícula Tron
Figura 14. Fotograma de la pel·lícula Tron
Més de 500 professionals van treballar en la postproducció de la pel·lícula; la qual cosa ens dóna una idea de la complexitat en el seu moment.
Encara que la pel·lícula té un fort component tridimensional, no totes les imatges virtuals són generades per ordinador; també es van utilitzar tècniques tradicionals. Però fins i tot amb un nombre escàs de fotogrames o frames totalment digitals, Tron pot presumir de ser el primer projecte cinematogràfic que va utilitzar els gràfics 3D per a la indústria del cinema.

1.10.El Mental Ray (1986)

Què és el Mental Ray? Doncs bàsicament un motor de renderització d'última generació, que actualment està integrat als paquets de programari de modelització principals.

El Mental Ray® és un programari de prestació que genera imatges de qualitat excel·lent i realisme insuperable. Combina la simulació física correcta del comportament de la llum amb tota la programabilitat de la creació de fenòmens visuals imaginables. El programari utilitza una acceleració avançada i patentada i tècniques de mostreig més ràpid per a fer, fins i tot els detalls més petits, amb un sol processador. Alhora, el Mental Ray aconsegueix un rendiment escalable òptim per mitjà de l'explotació del paral·lelisme en dues màquines multiprocessador amb xarxes.

Pàgina oficial del Mental Ray: http://www.mentalimages.com/products/mental-ray.html

I per què parlem del Mental Ray i no d'altres aplicacions amb resultats tan espectaculars com aquesta? Doncs la resposta és que el Mental Ray va provocar una ruptura de l'homogeneïtat de la indústria americana en el món 3D, amb l'aportació d'un producte 100 % tecnologia europea, la qual cosa corrobora el que hem estat dient en aquest apartat: l'aportació de diversos professionals del 3D europeus a empreses i centres de recerca nord-americans.
Els inicis del Mental Ray es registren l'any 1986, quan per primera vegada es parlava d'un motor potent de renderització que tenia una orientació clara: el fotorealisme. El 1989 surt al mercat la primera versió comercial del Mental Ray. El 1999 passa a ser un component integrat dels programes 3D Max i Softimage.
El Mental Ray va guanyar un Oscar l'any 2003 per la seva contribució a la producció cinematogràfica.
L'empresa desenvolupadora del motor Mental Ray és Mental Images, amb seu a Berlín, Alemanya. És filial de NVIDIA Corporation des de 2007.
Figura 15. Imatge Mental Ray Artistes 3D: Rob van den Bragt, Tomás Pastor, Yann Mabille i Koji Morihiro, Ben Smith
Figura 15. Imatge Mental Ray
Artistes 3D: Rob van den Bragt, Tomás Pastor, Yann Mabille i Koji Morihiro, Ben Smith

1.11.Doom, el videojoc (1993)

En la dècada dels noranta, la proliferació dels videojocs bidimensionals, combinat amb els descobriments i les aplicacions del 3D recents, va fer que grans gegants del lleure digital apostessin amb força, una vegada més, per la tridimensionalitat dels seus productes.
La història del 3D havia deixat una estela una mica agredolça, ja que, des dels seus inicis fins llavors, els projectes involucrats en el 3D eren encara difícils d'absorbir per una societat poc informatitzada. Eren els anys noranta, i l'eclosió de les noves tecnologies va ser un fet suficient perquè l'aposta estigués garantida. La indústria automobilística feia passos enormes en la renovació i la investigació de nous programes de modelització; la indústria cinematogràfica, fins i tot després del poc èxit de l'estrena de Tron, també apostava de manera molt contundent pel món 3D. Un públic ansiós d'experiències virtuals noves i unes previsions econòmiques immillorables van ser punts decisius per a la consecució d'un nou producte 3D, que llavors sí que va ser un èxit rotund. Parlem d'un dels primers jocs 3D de la història. Us presentem Doom (2) . Encara que no és el primer joc 3D de la història, en aquell moment va ser el que millor havia modelitzat els personatges.
Figura 16. Caràtula del joc Doom
Figura 16. Caràtula del joc Doom
Doom estava pensat per a jugar sobre una tecnologia FPS (joc de trets en primera persona o first person shooter), i el seu motor d'acceleració 3D generava polígons i textures de manera molt satisfactòria.
Perquè es tingui una idea de la tecnologia aplicada al seu dia en la consecució del joc, Doom funcionava sobre un sistema operatiu MS-DOS, necessitava un processador matemàtic de 386 a 33 MHz, amb una memòria de 4 Mb. Tot i el poc processador i la memòria requerida, si el comparem amb els actuals, Doom continua essent un referent en els gràfics 3D.

1.12.Toy Story. La revolució del cinema d'animació (1995)

Abans de Toy Story, altres pel·lícules es van aventurar en el món 3D amb resultats molt satisfactoris i amb una bona acceptació del públic. Es va crear un públic objectiu o target bastant variat, ja que les històries estaven fetes per a un públic infantil, pel que fa a l'animació en si mateixa, però amb guions per a adults. D'aquesta manera, la indústria del cinema d'animació va anar creixent, guanyant espectadors i es va posar en el punt de mira de les grans indústries del cinema.
Va ser llavors quan Pixar es va responsabilitzar d'elaborar el primer llargmetratge 3D de la història. El procés d'animació era inèdit per a aquestes característiques i Pixar va decidir crear processos propis, ja que el mercat encara mancava de productes específics.
La modelització dels personatges es va fer amb el programa Marionette, un programari de llicència de Pixar, del qual poc es coneix fins avui, ja que el gegant de l'animació no ha volgut oferir una llicència de venda (la competència podria aconseguir un programa que fa veritables meravelles). D'aquesta manera, Pixar continua utilitzant el mateix programari amb modificacions afegides, d'acord amb les característiques de les diferents pel·lícules que s'estiguin rodant. Una mostra del seu èxit és l'extensa llista de pel·lícules que van utilitzar poc o molt aquesta tècnica.
Si la modelització dels personatges de Toy Story és un secret guardat amb set claus, la renderització no ho és. Pixar també va desenvolupar un programari propi per a renderitzar les escenes de la pel·lícula i, al contrari que amb el programa de modelització, aquesta vegada sí que el va fer públic. Es diu RenderMan i encara s'utilitza per a diversos treballs.
Figura 17. Fotograma de la pel·lícula Toy Story
Figura 17. Fotograma de la pel·lícula Toy Story
Per a la realització de la pel·lícula es van utilitzar ni més ni menys que 110 animadors; els personatges es van elaborar amb tècniques tradicionals d'argila i després van ser escanejats i treballats amb Marionette. Es van utilitzar prop de 400 models per a animar tots els personatges. El més complex era Woody, que necessitava més de 720 controls de moviment. Es van utilitzar prop de 300 ordinadors per a la renderització de la pel·lícula, i es parla d'unes 800.000 hores de processador, amb més de 114.200 fotogrames; tot un luxe de tecnologia per a l'època.

1.13.Revolució del 3D a les sales de cinema (2009)

El cinema sempre ha fascinat totes les generacions, des de la seva creació a finals del segle XIX, a les mans dels germans Lumière, passant per mestres del cinema mut com David Griffith o l'incomparable Chaplin. El cinema, a la recerca constant d'innovació i captació de públic, sempre ha estat innovant: primer amb les imatges, després amb la incorporació del so (El cantant de jazz, 1927) i així de manera constant fins a arribar a la tecnologia dels dies actuals.
No és objecte d'aquest curs l'estudi del cinema, tema que també està íntimament lligat amb el 3D, però aquesta introducció ve a donar lloc a un pensament de present i futur de les projeccions 3D, que veurem a continuació. Però abans parlem de percepcions i les seves relacions amb el 3D, per a després endinsar-nos en el cinema 3D en si mateix.
L'ésser humà percep el món i les seves sensacions per mitjà de cinc sentits:

  • Audició

  • Visió

  • Olfacte

  • Gust

  • Tacte

Ens centrarem en els dos primers, ja que és on el 3D ha arribat revolucionant la manera de visionar el cinema.
1.13.1.Audició
Fins fa molt poc, el sistema de so al cinema era un sistema bàsic, en què la font de projecció del so estava centralitzada en un determinat punt, amb la qual cosa no tenia la quantitat de variacions del món real. L'evolució del so va arribar amb la introducció del so 3D a les sales de cinema. Però què és realment el so 3D i què va arribar a revolucionar a les sales?
De manera no exhaustiva i sense tecnicismes, podríem descriure el so 3D com un conjunt de tècniques que permeten distribuir el so en l'espai i generen un espai envolupant d'ones, que simulen els diferents sons en diferents punts.
Hi ha dos grans grups de so 3D:
1) Diversos altaveus, on cadascun reprodueix un so diferent i independent dels altres.
2) Transformació d'un so per funcions HRTF, amb la qual cosa el so és barrejat en un punt i la percepció del 3D es produeix quan el mateix ésser humà és capaç de trobar una font de so a l'espai per mitjà d'impulsos captats a totes dues orelles.
Reflexió
En aquest punt seria interessant que el mateix alumne investigués sobre això, ja que és una tècnica molt interessant i en un futur molt pròxim, quan estigui prou avançada, formarà part del multimèdia (avui dia ja s'utilitza aquesta tècnica en diversos camps, com per exemple els videojocs).
Una manera d'endinsar-se en aquest tema és buscant per Internet el topònim Holofonia.
Com a exemples de tipus de so 3D trobem diversos formats summament coneguts pel públic en general i que ja són realitat en els cinemes actuals:
Exemples del primer grup

  • DTS (digital theater system/sound/surround)

  • Dolby Digital o Dolby 5.1. Va aparèixer per primera vegada als cinemes l'any 1992.

  • Dolby EX (dolby extended sound)

  • SDDS (Sony dynamic digital sound)

Exemples del segon grup

  • DirectSound3D (DS3D)

  • Amphiotik synthesys

  • Amphiotik Enhancer

  • Llibreria Fmod

  • OpenAL

1.13.2.Visió
Sense cap dubte, és on el cinema ha evolucionat i revolucionat, sobretot en aquesta última dècada, en què hem passat de percebre les imatges en dues dimensions (imatge plana) a experimentar el tercer eix, és a dir la dimensió Z o l'eix que dota de profunditat les imatges.
La tècnica de generació d'imatges 3D no és recent, es remunta a l'any 1840, quan ja s'experimentava una tècnica denominada estereoscòpia, que bàsicament es pot definir com la tècnica de superposició d'imatges fins que aquestes generen una sensació de tridimensionalitat. Les primeres incursions en aquesta tècnica són de Sir Charles Wheatstone.
L'inici de les pel·lícules tridimensionals en el cinema està marcat per una tècnica molt simple, que consistia a fer que l'espectador, per mitjà d'unes ulleres de doble color (vermell i blau), un per a cada ull, pogués interpretar les imatges dobles de la pantalla que estaven superposades. El cervell era l'encarregat d'ajuntar-les i interpretar-les com una imatge 3D.
Avui dia, la tecnologia està més avançada i les tècniques són més sofisticades, amb la qual cosa la sensació de tridimensionalitat ha millorat considerablement.
1.13.3.Avatar
Nominada per a diversos Oscar®, la pel·lícula de James Cameron ha fet un pas important en la consolidació del visionament 3D a les principals sales de cinema del món. El trepidant sistema 3D ha aconseguit arrossegar el públic a experimentar aquesta tècnica, amb resultats més que satisfactoris. Avatar s'emmarcarà en la història del 3D com la primera pel·lícula que realment ha consolidat aquesta tècnica.
Figura 18. Avatar
Figura 18. Avatar
Avatar ja es pot considerar com un exercici de treball 3D, amb independència del guió o de la narrativa; és un document viu imprescindible per a tots els tècnics o estudiants implicats en el món 3D que vulguin fer un salt qualitatiu en la seva perspectiva de tridimensionalitat.
1.13.4.Pròximes actualitzacions del cinema 3D
Perquè l'experiència del 3D sigui encara més real i les sensacions, més autèntiques i naturals (dins de la metàfora tridimensional), el cinema té davant seu un repte important: associar l'audició i la visió 3D amb el tacte i l'olfacte.
En un futur no gaire llunyà, les sales estaran dotades de petits aspersors que, connectats al guió de la pel·lícules, emanaran diverses aromes que, complementades amb les tecnologies 3D d'imatge i so, faran gaudir d'allò més els amants del 3D.
Les possibilitats són moltes; n'hi ha prou d'esperar que la tecnologia avanci de manera incessant en aquesta direcció.

1.14.Programari 3D

En l'actualitat coexisteixen diversos programes dedicats al 3D en el mercat, uns de més coneguts que uns altres, que divideixen el segment del mercat d'acord amb diversos fronts oberts: facilitat d'aprenentatge, modelització professional, èmfasi en les textures i materials, millor motor de renderització, millor il·luminació, etc., entre altres determinants que permeten que, segons el públic i el tipus de feina, se seleccioni un programari o un altre. Conjuntament amb els diversos programes, hi ha tota una indústria dedicada als connectors o plugins, que en alguns casos són específics per a programes determinats. Amb el programari actual, és possible crear treballs que arriben a representacions excel·lents de la realitat.
Per a arribar a aquest nivell de qualitat, han passat molts anys, moltes versions beta i, sobretot, diferents equips de desenvolupadors han fet un esforç impressionant que en les últimes dècades han revolucionat una tecnologia que ha guanyat adeptes i un segment important del mercat en gairebé tots els àmbits.
Per familiaritzar-nos amb la diversitat de l'oferta del mercat i poder treure conclusions més concretes sobre les diferents opcions per a cada cas concret, farem un petit repàs dels programes 3D més utilitzats des dels seus orígens, fa més de tres dècades.
En l'actualitat l'oferta de 3D és diversa i es compon de diverses opcions:

Nom

Companyia

Enllaç

Maya

Autodesk (abans àlies Wavefront)

http://www.autodesk.com/maya

SOFTIMAGE|XSI

Autodesk (abans propietat d'AVID i abans de Microsoft)

http://www.softimage.com

3D Studio MAX

Autodesk

http://www.autodesk.com/3dsmax

LightWave

Newtek

http://www.newtek.com/

Blender

Blender (OpenSource)

http://www.blender.org/

Cinema 4D

Maxon

http://www.maxon.net

Houdini

Side Effects

http://www.sidefx.com/

Rhinoceros

Rhino

http://www.rhino3d.com/

Pov-ray

Povray

http://www.povray.org/

Cheetah 3D

Cheetah 3D

http://www.cheetah3d.com/

Sketchup

Google

https://www.sketchup.com
Cadascun té les seves particularitats i un públic determinat. A banda d'aquests programes, que són distribuïts al mercat amb llicències, també hi ha els programes desenvolupats especialment per a una finalitat determinada, com és el cas comentat anteriorment Marionette, un programari específic de Pixar per a les seves creacions internes que no està distribuït com a llicència.
De la llista de la taula anterior, i sense caure en els tòpics de preferències, podem esmentar els quatre programes més destacats i més distribuïts avui dia:

  • Maya

  • SOFTIMAGE/XSI

  • 3D Studio MAX

  • LightWave

1.14.1.3D Studio Max
A continuació, farem un recorregut cronològic del 3D Studio Max, que continua essent líder en diversos segments del mercat i que té una quota d'usuaris molt elevada, la qual cosa fa que existeixi una millora constant i una infinitat d'aplicacions externes auxiliars, que comporten un ampli ventall de possibilitats.
Ens remuntem a l'any 1990, quan per primera vegada va sortir al mercat la versió definitiva del primer programa de tres dimensions d'Autodesk, denominat 3D Studio. Des de llavors, el famós programari de 3D va passar per diverses versions i va canviar de fabricant i de nom.
Ara bé, un fet curiós, i potser no conegut per gaires persones, és la procedència de la primera versió del 3D Studio, cap a 1990. Aquesta versió està basada en una aplicació 3D que treballava sobre una plataforma d'Atari. Per a aquells que desconeixen la famosa videoconsola dels anys vuitanta, Atari va marcar un inici del lleure informàtic molt important per a diverses generacions i alhora va contribuir a crear un dels programaris de 3D més importants del mercat actual.
La primera versió del 3D Studio va ser creada pel grup de desenvolupadors Yost Group. Es basava en el programari CAD 3D, que funcionava sobre una plataforma Atari.
El CAD 3D va ser creat per Tom Hudson; es tractava d'un programa de modelització 3D basat en malles de base poligonal. Des de diferents punts de vista, l'usuari podia muntar escenes 3D amb primitives geomètriques, ajustar il·luminacions, posar càmeres i fins i tot fer petites animacions amb seqüències animades. Era la primera versió d'un programa 3D que englobava un conjunt complet i ampli d'aplicacions.
A partir de la introducció d'una sèrie de coordenades, es creava una estructura de filferro, que després era tractada de manera variada.
Figura 20. CAD 3D
Figura 20. CAD 3D
La idea de dividir la pantalla de visualització del model en quatre seccions (avui encara es conserva) ja havia estat implementada en aquesta versió de CAD 3D, amb la qual cosa ens podem imaginar l'avenç que van representar les idees del creador ja en aquella època.
Es tractava de quatre finestres, tres de les quals compartien diferents projeccions ortogonals: vista superior, vista frontal principal i vista lateral. L'última finestra estava reservada a una perspectiva axial del model.
Figura 21. Finestres del CAD 3D
Figura 21. Finestres del CAD 3D
Es podien carregar models de disquets de 3,5" o utilitzar el menú de primitives existents, la qual cosa possibilitava crear esferes, tors, falques, sòlids rectangulars, etc.
La plataforma Atari tenia una paleta de colors molt reduïda; per tant, el CAD 3D també es va haver d'adaptar a aquestes prestacions.
Les maneres de representació de les modelitzacions generades podien ser quatre:

  • Filferro (wire frame)

  • Malla sòlida (hidden)

  • Sòlid (solid)

  • Sòlid amb filferro (outline)

Figura 23. Representació
Figura 23. Representació
El CAD 3D, l'avi del 3D Studio (si el podem anomenar així afectuosament), va tenir una versió 2.0 i després es va transformar en 3D Studio d'Autodesk, programa que en l'actualitat continua viu i cada vegada amb més aplicacions.
Figura 24. 3D Studio d'Autodesk. Any 1990
Figura 24. 3D Studio d'Autodesk. Any 1990

1.15.Repàs i actualitat

Hem vist que la tecnologia 3D, des del principi, tenia un camp de treball molt concret: el sector de la indústria; i, si som encara més concrets, podem afirmar que ha estat una eina utilitzada sobretot en la indústria del transport –primordialment l'automobilística, ja que ha passat de manera més discreta per la indústria aèria i la marítima.
Després, va anar guanyant força i adeptes en altres sectors, com en el cinema i la televisió, que hi van veure un element de summa importància per a generar efectes que tradicionalment eren costosos i difícils d'aconseguir i amb els quals obtenien resultats indesitjats. La indústria, juntament amb la indústria automobilística –com hem comentat abans–, va ser la impulsora principal de les recerques. Es va posar damunt la taula una sèrie d'arguments positius que van fer que valgués la pena continuar treballant molt per millorar i implantar cada vegada més la tecnologia 3D.
Les tres dimensions van abraçar una infinitat de sectors i en l'actualitat es poden veure aplicades en camps tan diversos com la medicina, l'esport, la moda, la televisió, l'arquitectura, els perifèrics, l'oci, etc.
El breu recorregut per la història del 3D que acabem d'efectuar en aquest apartat ha tingut un enfocament bàsic perquè ens situéssim als pilars principals d'aquesta fantàstica tecnologia i que entenguéssim l'ardu treball d'una infinitat de personalitats de la història. Volem destacar que ens hauria agradat retratar altres noms de prestigi, que també han contribuït de manera grata a la consecució del que avui és el 3D; per tant, donem també les gràcies a tots aquells que no s'han vist retratats en aquest material.

2.Actualitat

2.1.Introducció

L'actualitat del 3D ens brinda un conjunt molt extens d'aplicacions que ens poden ajudar en diferents camps. La idea d'aplicació del 3D en uns quants sectors ja està superada. El 3D ha deixat els ordinadors personals i s'ha implantat en sistemes auxiliars sofisticats, i per això parlem ja d'una nova era tridimensional amb sistemes múltiples, que combinen diferents tecnologies sobre una base concreta de 3D.
En primera instància, aquesta és una afirmació una mica volàtil, però especifiquem més. Quan es fa referència a un conjunt múltiple, el que es vol transmetre és la fusió de diversos components en un sistema obert, per exemple –i el desenvoluparem més endavant– els simuladors. Hi ha simuladors virtuals amb què la tecnologia 3D és absoluta i l'experiència és més reduïda, però amb una funcionalitat d'acord amb els seus objectius. Ara parlem d'un mateix sistema, simulació, però amb la introducció d'elements externs que interactuen de manera conjunta amb l'usuari; és el cas, per exemple, dels simuladors de poda d'elements vegetals. Alguns d'aquests estan formats per braços mecànics que interactuen amb la resposta de l'usuari a un programa específic dissenyat per a situacions determinades, una realitat ajustada a les necessitats de l'operador. Això és el que anomenem un sistema múltiple: la combinació d'elements basada en 3D.
Tota aquesta gamma de noves oportunitats caracteritzades per la tridimensionalitat fa que no sigui difícil trobar exemples per a explicar de manera més detallada com aquesta tecnologia ens ajuda a millorar processos. Per tant, com és constant al llarg d'aquesta matèria, us animo a buscar, en acabar de llegir aquest apartat, altres sistemes múltiples.
En aquest apartat parlarem de projectes que són presents en àmbits diferents i als quals la majoria de nosaltres mai no tindrem accés; però és molt important conèixer fins a quin punt el 3D s'ha estat implantant en àmbits tan diferents, perquè nosaltres també puguem aplicar-lo un dia a les nostres necessitats.
S'han seleccionat per a aquest apartat dos exemples molt específics en què la tecnologia 3D ha servit per al perfeccionament i entrenament de professionals, amb la qual cosa ha afegit un valor a l'aspecte de la seguretat i a la disponibilitat de maneres d'entrenament en els moments necessaris.
Els camps d'actuació que descriurem són la medicina i la realitat augmentada.

2.2.Medicina

No és cap novetat que la medicina "pateix" un mal durador: la falta de material de suport (cossos, òrgans, etc.) per a la realització de pràctiques dels futurs metges i per a la investigació.
Citació

El "culto al cuerpo" y problemas de "tipo cultural", son algunos de los impedimentos para la donación de cuerpos para la investigación y docencia en las facultades de medicina, así como su uso para la formación de los que serán nuestros futuros médicos.

Así lo asegura el catedrático del Departamento de Anatomía y Embriología Humana, Francisco Soriano, quien ha señalado que frente a otros países como Reino Unido, en España "no está muy extendida" la cultura de donar el cuerpo para la investigación.

"En España no existe la mentalidad de donar el cuerpo que tienen, por ejemplo, los británicos o los nórdicos", opina Martínez Soriano, quien ha señalado que es necesario que la gente "se dé cuenta de lo importante que es disponer de cuerpos, sobre todo quirúrgicamente, porque la demanda de cursos es cada vez mayor".

La Facultad de Medicina de Barcelona es una de las que más donaciones anuales reciben, un centenar, seguida de la de Miguel Hernández de Elche con ochenta. Estas donaciones se contrarrestan con las que recibe la Universidad de Valencia, que son tan sólo entre quince y dieciséis al año.

Aunque antiguamente la Facultad se nutría de personas indigentes que no eran reclamadas, la legislación obligó a hacer autopsias a éstas, lo que impide que sus cadáveres sirvan para la docencia e investigación. Este hecho provocó un grave problema respecto al número de cadáveres para ser utilizados, y por ello la Sociedad Anatómica Española puso en marcha en 1993 un dispositivo para hacer posible la donación de cuerpos.

Extret d'http://www.genboot.com/2008/03/18/faltan-cadaveres-en-las-universidades/

L'arribada de la tecnologia 3D als hospitals va ser un veritable "baló d'oxigen" –valgui l'anacronisme– per a aquest greu problema. És veritat que la tecnologia tridimensional mai no substituirà la realitat, però les tècniques de perfecció de cirurgians i estudiants de medicina es faran més suportables amb l'aplicació d'aquesta tecnologia.
Es tracta d'una tecnologia emergent que des dels anys noranta està evolucionant de manera prometedora. Els primers simuladors van ajudar de manera molt substancial a la falta de material, amb una millora considerable en les tècniques i un camp d'aplicació més gran.
Els simuladors de llavors no tenien una tecnologia punta 3D i eren més aviat com petits jocs; avui en dia, els potents motors 3D en temps real estan sent aplicats en diversos projectes. Un d'ells, i amb un percentatge d'acceptació en el camp de la medicina, és el Mentor GI, de l'empresa Simbionix. Es tracta d'un simulador per a intervencions de l'aparell intestinal, i la seva utilització és cada vegada més comuna a hospitals i centres d'ensenyament.
Figura 62. Mòdul d'endoscòpia ultrasonogràfica
Figura 62. Mòdul d'endoscòpia ultrasonogràfica
El programari té una biblioteca de fins a vuitanta pacients; cada un amb el seu historial clínic i els seus diferents diagnòstics, uns de més complicats que uns altres. Fins i tot es poden sentir els seus laments quan l'estudiant fa una cosa que no ha de fer!
En aquest tipus de simuladors cal destacar una nova manera d'interacció possible gràcies als dispositius hàptics. Definim la paraula hàptic:

Háptico, estrictamente hablando, significa todo aquello referido al contacto, especialmente cuando éste se usa de manera activa. La palabra no está incluida en el diccionario de la Real Academia Española, y proviene del griego háptõ (tocar, relativo al tacto). Sin embargo, algunos teóricos como Herbert Read han extendido el significado de la palabra háptico, de manera que con ella hacen alusión por exclusión a todo el conjunto de sensaciones no visuales y no auditivas que experimenta un individuo.

Wikipedia

En termes de tecnologia aplicada a la tercera dimensió, els dispositius hàptics es descriuen com el conjunt d'interfícies tecnològiques que interaccionen amb l'ésser humà mitjançant el sentit del tacte.
Generalment, aquests dispositius nous transmeten els moviments i forces aplicades a un entorn tridimensional; amb la qual cosa traslladen una sensació de presència en viu a l'usuari. L'experiència de tocar, sentir, crear, manipular o canviar són característiques d'aquest mètode, que treballa amb objectes virtuals en 3D.
Figura 63. Exemple de dispositiu hàptic
Figura 63. Exemple de dispositiu hàptic
La interacció de l'usuari amb la màquina virtual és completa. L'usuari passa una ordre al sistema que la interpreta i torna a enviar un impuls d'acord amb l'ordre de l'usuari; per això es diu que és un entorn de 3D en temps real.
Les parts del cos sobre les quals l'usuari rep la interacció amb la màquina són aquelles on estan mecànicament connectades; és a dir, si hi ha artefactes de connexió 3D només al braç, l'usuari interactuarà d'aquesta manera; d'altra banda, si té un vestit virtual, la interacció serà completa.
Figura 64. Exemples d'aplicacions
Figura 64. Exemples d'aplicacions
En un futur no gaire llunyà podrem parlar de les cirurgies obertes a distància: des d'un lloc determinat (pot ser a quilòmetres de distància) trobarem el nostre pacient, que té un quadre molt delicat d'apendicitis; a l'altre costat del planeta hi haurà el nostre cirurgià, especialista en apendicitis. Amb una sèrie d'elements auxiliars connectats al pacient, el metge es connectarà al seu entorn virtual de quiròfan i, per mitjà de la interacció de tipus hàptic, podrà donar ordres a un robot, que farà el treball quirúrgic de manera autònoma. I tot això monitoritzat amb el programari 3D.

2.3.Realitat augmentada

Quan el 1999 es va estrenar la pel·lícula Matrix, els seus directors no imaginaven que aquella fantasia virtual no trigaria més de deu anys a fer-se realitat, encara que d'una altra manera, sens dubte. Encara no som esclaus dels ordinadors i molt menys som reclusos en un món subterrani. Però l'essència de la virtualitat de Matrix comença a ser present en la nostra quotidianitat. El 3D ha estat un impulsor d'aquest nou canvi; i no seria estrany que, d'aquí a poc temps, ens succeís el que li ocorria al traïdor de Matrix en aquella famosa escena en què demana un filet suculent i apetitós a un restaurant virtual. Ell és conscient que el que veu, sent, olora i mastega no és un filet, sinó un engany tridimensional, per dir-ho d'alguna manera.
Els "enganys" d'aquesta dècada estan centrats en la tecnologia de la realitat augmentada, que en paraules simples es pot definir com la fusió del món real amb imatges virtuals tridimensionals.
Si el que busquem és una descripció més tècnica, encara que introductòria, recorrem a la Wikipedia, ja que l'Insititut d'Estudis CAtalans encara no recull aquest terme.

"La realidad aumentada consiste en un conjunto de dispositivos que añaden información virtual a la información física ya existente. Ésta es la principal diferencia con la realidad virtual, puesto que no sustituye a la realidad física, sino que sobreimprime los datos informáticos en el mundo real."

Wikipedia

2.3.1.Com funciona?
El funcionament de la realitat augmentada es basa en dos aspectes primordials:
1) La localització espacial constant dels elements implicats.
2) La generació de models tridimensionals que es barregen amb l'entorn real.
Per a experimentar amb la realitat augmentada, només és necessari tenir una càmera web, un monitor LCD o estàndard, el programari instal·lat (connector o plugin) i la impressió d'un suport per a aplicar la realitat.
La càmera web reconeix els punts espacials del full imprès i traça un quadrant de treball on recrearà l'entorn virtual. D'aquesta manera, i segons una tecnologia de tipus GPS, la càmera web reconeix el moviment de l'usuari i passa les coordenades de treball al motor de construcció 3D, que automàticament i en fraccions de segon envia les noves coordenades al constructor virtual. Tot aquest maremàgnum de càlculs es veu reflectit a la pantalla de l'ordinador, on es pot visualitzar l'objecte 3D i interactuar-hi.
Figura 65. Funcionament de la realitat augmentada
Figura 65. Funcionament de la realitat augmentada
2.3.2.Altres aplicacions
Són molts els camps d'aplicació d'aquesta nova forma d'interacció, però una vegada més, pel seu alt índex de popularitat, podríem destacar els llibres de realitat augmentada.
Fa anys els famosos llibres desplegables causaven furor, sobretot entre els més petits, que veien de manera tridimensional els seus dibuixos preferits sortint literalment dels fulls.
Figura 75. Llibres desplegables
Figura 75. Llibres desplegables
La realitat augmentada substitueix aquests llibres complicats i dota d'una interacció millor i més alta de l'usuari amb l'edició.
Ja podem comprar llibres d'arquitectura en què els edificis surten dels fulls, fotografies 2D de jaciments arqueològics, que, una vegada col·locades davant de la càmera web, guanyen tridimensionalitat i ens transporten a èpoques passades. Interpretar les restes arqueològiques està a l'abast de tots; o fins i tot consultar l'enciclopèdia i, entre terme i terme, veure la descripció en 3D. Totes aquestes aplicacions ja són reals però en petita escala.
Figura 76. a) Catàleg de productes IKEA, en què els mobles cobren vida. b) Atles amb realitat augmentada a les pàgines, el cosmos a casa nostra. c) Podem escoltar fins i tot els sons d'aquest animal prehistòric.
Figura 76. a) Catàleg de productes IKEA, en què els mobles cobren vida. b) Atles amb realitat augmentada a les pàgines, el cosmos a casa nostra. c) Podem escoltar fins i tot els sons d'aquest animal prehistòric.

3.Camps d'aplicació

3.1.Introducció

Les assignatures de 3D que s'ofereixen en els estudis de Multimèdia capaciten l'estudiant per aconseguir fer realitat pràcticament tots els projectes en 3D que se li presentin; però, moltes vegades, fins que no us enfronteu a casos pràctics en l'entorn professional no us adonareu del potencial i les possibilitats d'utilització del que heu après en les diverses assignatures.
Avui en dia el 3D contribueix de manera activa en casos pràctics de simulacions que tenen com a meta objectius diversos, com l'estalvi de materials, el comportament de les estructures, la gestió i l'anàlisi de l'impacte ambiental, les maniobres amb índexs elevats de perill i una infinitat d'aplicacions que comencen a ser utilitzades freqüentment, ja sigui pel seu índex elevat de seguretat (simulació) o pel seu estalvi econòmic. De qualsevol manera, la tridimensionalitat està acaparant un mercat important i és imprescindible conèixer les múltiples possibilitats d'aquest mitjà.

3.2.Cas pràctic 1. Urbanisme (Plaça d'El Médano, Tenerife. Per Andreu Gilaberte Redondo)

3.2.1.Pròleg
Per a poder entendre millor l'aplicació del 3D en aquest cas, cal fer una petita pausa i introduir-nos de manera resumida en el món de les enginyeries i la seva dinàmica de treball. Amb aquesta base es podrà entendre una mica millor l'aplicació d'aquest treball.
Els estudis de projectes, tant d'arquitectura com d'enginyeria, treballen de dues maneres diferents: o tenen una cartera de clients fixa o han de presentar-se a concursos públics o privats, amb la qual cosa la base proposada ha de ser més elaborada que en el primer cas. D'aquesta manera, l'"estoig" de la proposta ha de ser elaborat i ha d'estar obert a una comprensió clara del projecte, tant si és per a un públic objectiu professional com per a un públic general, que pot tenir pes en el moment de puntuar les propostes presentades.
Quan el licitador tingui totes les dades per a començar a concursar (dades del terreny, tipologia de la construcció, pressupost orientatiu, etc.), s'elaboren diversos documents, d'acord amb la complexitat de l'obra o les exigències de l'òrgan que fa la contractació.
Una vegada acabat el procés de redacció de l'oferta, amb tots i cada un dels requisits presentats anteriorment, s'imprimeix tot i s'envia al destinatari. Llavors esperarem amb els dits creuats que l'oferta hagi estat seleccionada entre moltes altres de presentades.
Un fet important és que justament es presenten moltes empreses a concurs i cal elaborar alguna estratègia que faci que la proposta destaqui en comparació amb les altres. És aquí on s'apliquen les tècniques 3D, per a donar més definició a les idees i dotar el projecte d'un valor afegit, que serà considerat de manera molt positiva.
El gener de 2008, l'Ajuntament de Granadilla de Abona, a Tenerife, va publicar en el Diari Oficial el concurs d'idees per al projecte de remodelació de la plaça d'El Médano.
Objecte
L'objecte de la convocatòria del concurs era el disseny i projecte de remodelació d'una de les places d'El Médano.
Descripció de l'àmbit
La descripció de l'àmbit responia a dues places. La plaça amb la superfície més gran era de forma irregular i es tractava d'un espai totalment obert al mar, distribuït en diverses plataformes. S'hi accedia per dos carrers diferents. S'hi situaven un quiosc, un parc infantil, una oficina de turisme, diverses zones poblades d'arbres i una plataforma que s'utilitzava habitualment com a escenari. També presentava una part pavimentada al lateral oest que servia per al pas restringit de vehicles, tant per a aquells que anaven cap als garatges dels edificis com per a ambulàncies, bombers o altres serveis.
La plaça amb la superfície més petita també tenia forma irregular i es trobava envoltada per vies de trànsit rodat. Tenia una zona poblada d'arbres i una part destinada a aparcaments.
La via de rodolament que quedava entre totes dues zones servia de comunicació rodada entre la zona de La Trinchera i el casc antic d'El Médano, i s'hi ubicava una parada de taxis.
Objectius de la proposta
El que es pretenia amb aquesta proposta era habilitar un espai lliure públic, on convisquessin simultàniament zones enjardinades i zones urbanitzades, destinat a l'estada i l'esbarjo de la població, així com l'ornamentació i la millora de la qualitat estètica i ambiental del medi urbà.
Atesa la proximitat al mar, les propostes que es presentessin havien de cuidar la integració d'aquest espai amb la platja i intentar proporcionar els serveis mínims que poguessin ser demandats pels usuaris (lavabos, dutxes, vestidors, etc.).
Les propostes urbanístiques que es presentessin havien de tenir, si no tots, la major part dels components bàsics següents:

  • Jocs infantils. Formats per elements de mobiliari i àrees de sorra o materials adequats.

  • Jocs per a preadolescents. Formats per mobiliari i àrees de joc no estandarditzats i àrees de sorra o materials adequats.

  • Jocs lliures i àrees esportives. Camps de jocs i esports a l'aire lliure, sempre que la superfície global ho permetés, sense detriment de la finalitat genèrica que hauria de complir segons la seva categoria.

  • Àrees de plantació i enjardinament.

  • Illes d'estada. Llocs condicionats per al repòs i l'esbarjo passiu.

  • Zones de defensa ambiental, mitjançant arbratge i enjardinament, per a la protecció de sorolls i la retenció de contaminants.

Per a això, s'admetien edificacions destinades a ús dotacional cultural, els serveis propis del manteniment dels parcs o jardins i les instal·lacions descobertes per a ús dotacional complementari d'activitats esportives; espais oberts per a l'organització d'exposicions, fires, festivals, concerts o un altre tipus d'esdeveniments, sempre que la superfície ocupada per aquestes no sobrepassés el 10 % de la superfície de la plaça. L'altura màxima de les edificacions seria de cinc metres, equivalent a una sola planta.
A més, s'admetria expressament l'ús comercial o d'hoteleria en la categoria de parades de venda o quioscos.
Era imprescindible resoldre adequadament els problemes d'accessibilitat per als vianants entre el carrer i el passeig, i també la comunicació vertical interna (si n'hi hagués) entre els diferents espais de la proposta.
El disseny proposat hauria d'atendre els criteris de qualitat arquitectònica, de sostenibilitat i de durabilitat, entre d'altres; també la integració adequada en el teixit urbà, amb una consideració especial a la incidència global en l'entorn, la qualitat dels espais que es generessin, la integració de noves tecnologies i totes les mesures que contribuïssin a la preservació i la millora del medi ambient.
Figura 79. Plànol de l'estat anterior de la plaça facilitat per l'Ajuntament
Figura 79. Plànol de l'estat anterior de la plaça facilitat per l'Ajuntament
3.2.2.Plantejament
Amb aquesta informació i un plànol en planta, el primer que vam fer va ser agafar un avió fins a Tenerife, fer un reportatge fotogràfic extens, parlar amb la gent del carrer, escoltar les seves inquietuds en relació amb la plaça, consultar els organismes oficials i recopilar tota la informació necessària. Una vegada al despatx, vam donar ales a la imaginació fins a arribar a la proposta de disseny definitiva.
Sense entrar en els detalls arquitectònics de la proposta, el disseny definitiu es va basar, en línies generals, en l'intent de fusionar part de l'estructura existent amb un projecte innovador més concorde amb la realitat del creixement de la regió. La remodelació seria total; només s'aprofitarien els dos nivells altimètrics de l'estructura actual de la plaça.
La plaça estaria dotada amb tres edificis més importants, que agruparien tots els serveis necessaris:

  • Edifici 1: aula ambiental i informació

  • Edifici 2: policia i salvament marítim

  • Edifici 3: restaurant

Com a edificis auxiliars, es van proposar un quiosc de revistes, diaris o gelats i una caseta de manteniment, que serviria per a guardar i gestionar els treballs de jardineria i afins.
Figura 80. Estat abans del projecte. a) Vista aèria. b) Punt d'informació. c) Punt de salvament marítim. d) Vista general
Figura 80. Estat abans del projecte. a) Vista aèria. b) Punt d'informació. c) Punt de salvament marítim. d) Vista general
La distribució de la plaça també estava pensada segons uns criteris de confort per al visitant i la ubicació dels edificis. A la part baixa de la plaça s'ubicaven la zona de vigilància i control de la línia marítima, la zona de condicionament físic per a joves i gent gran (a prop de la platja, on el clima és més agradable i convida a la pràctica esportiva) i una zona dedicada exclusivament al descans (a prop del quiosc) amb elements arquitectònics que generessin un clima d'ombra per mitjà d'una pèrgola de disseny i frescor, amb un talús vegetal d'aproximadament dos metres d'altura. Finalment, en aquesta zona baixa s'ubicava també la part dedicada als esdeveniments d'espectacles i similars: una graderia de quatre nivells amb capacitat per a més de tres-centes persones, de de cara al mar, amb la qual cosa es garantia un element més de lleure per a la regió.
A la part alta de la plaça ens trobàvem amb diversos elements per a diferents tipus de públic. L'aula ambiental, juntament amb el jardí de les Sensacions, era el punt culminant d'aquesta zona, on l'objectiu d'aprendre amb la interactivitat van ser factors constants. Amb una superfície total aproximada de 1.640 m2, seria el punt de trobada amb les escoles, els col·lectius de la zona i els professionals del medi ambient.
El jardí estava projectat per a ser un centre d'experimentació psicomotor i sensitiu, per mitjà de la interactivitat dels objectes que el visitant trobaria en el seu recorregut. També era objecte d'aquest espai el coneixement de la vegetació autòctona de la zona, la integració paisatgística de les espècies i un centre de qüestions relacionades amb la botànica i el medi ambient.
A l'altre extrem de la plaça es trobava la zona destinada als jocs infantils, un espai d'aproximadament 182 m2, on s'habilitaven jocs per a nens d'entre dos i dotze anys.
El perímetre de la plaça també va ser canviat de manera substancial. Dos carrers passarien a ser parcialment per als vianants, amb la qual cosa es donava més protagonisme als vianants. La urbanització d'aquests carrers responia a un caràcter mediterrani, en què prevaldria el confort dels vianants amb la inclusió de bancs i arbres, que generarien ombra a totes les hores. El mateix nivell de paviment, entre vianants i vehicles, feia que la velocitat de trànsit en aquests carrers fos reduïda; per tant, es disminuïa la contaminació per CO2.
L'accessibilitat de la plaça estava garantida en tot el seu conjunt per mitjà de rampes d'accés, canvis de paviment per a les persones amb discapacitat visual, elements urbans posats a l'altura de cadires de rodes, senyals acústics en els trams d'encreuament de carrers que convergien a la plaça, paviments especials a les zones destinades a nens i esportistes i edificis sense barreres arquitectòniques.
Tota aquesta informació escrita no era suficient per a la interpretació correcta de la proposta; per tant, també es van fer diverses làmines en 2D per a cada zona en concret, detallant superfícies, usos i materials.
Figura 81. Planta general de la proposta
Figura 81. Planta general de la proposta
Figura 82. Planta, alçat i detalls de l'edifici d'aula ambiental
Figura 82. Planta, alçat i detalls de l'edifici d'aula ambiental
En total es van escriure més de seixanta pàgines en format A4 per a descriure la proposta; es van dibuixar tretze plànols en format DIN A1 amb cada un dels edificis i l'àmbit general de la plaça; més de vint fulls A4 per a justificar econòmicament la proposta, i una sèrie d'annexos, com un reportatge fotogràfic, estructures bàsiques, etc.
Ja al principi del plantejament de la proposta, abans fins i tot dels primers esbossos, es va decidir construir el disseny en tres dimensions, tractar-lo en un programa de modelització i texturació i finalitzar amb un vídeo de recorregut virtual i diverses imatges estàtiques en 3D. Aquesta decisió es va prendre per a millorar la qualitat de la presentació i facilitar als components de la taula del jurat la interpretació de la proposta. El valor afegit d'un 3D, per si sol, justificava la despesa econòmica i les dificultats a l'hora d'implementar el disseny.
3.2.3.Eines
Bàsicament, es van utilitzar dos programes per a l'elaboració del 3D i alguns més per a la postproducció de la pel·lícula.
Per a l'estructura en malla dels edificis i de tots els elements nous de la plaça, es va utilitzar el programa Autocad. Es va optar per aquest programari per la simplicitat de les ordres, el coneixement de la interfície i la compatibilitat entre aquest i 3D Studio Max.
Figura 83. Malla general de la proposta de disseny
Figura 83. Malla general de la proposta de disseny
Després, amb la malla completament definida, es va exportar el dibuix d'Autocad a 3D Studio Max, on es van aplicar les textures, els materials i la il·luminació, processos que seran explicats en el pròxim punt.
Figura 84. Importació a 3D Studio Max
Ampliació
Figura 84. Importació a 3D Studio Max
Per a fer la postproducció es van seleccionar tres programes que responen a diferents tipus d'actuació:

  • Premiere: per a transicions, efectes especials, caràtules, etc.

  • QuickTime Professional: per a edicions més senzilles, amb resultats satisfactoris.

  • Flash: per a la integració i l'empaquetat del conjunt de l'aplicació.

La selecció de QuickTime ha estat valorada per la dimensió dels canvis que el projecte sol·licitava, per la fàcil comunicació i uns resultats finals molt acceptables.
S'han utilitzat diversos programes diferents per a la realització dels diversos elements del projecte; per això, una de les preocupacions va ser estar atents perquè tots i cada un dels elements fossin compatibles amb el contenidor final, en aquest cas, Flash MX. A continuació veiem una taula amb tots els programes i elements utilitzats:

Programes

Flash (contenidor)

Corel Draw

Autocad

3D Studio

Swish

Adobe Reader

Elements

Flash (contenidor)

Imatges

Sons

Autoexecutables
3.2.4.Desenvolupament
Construcció del model
Explicarem de manera resumida i amb els passos principals el procés de construcció del model, des de la realització dels objectes com la malla fins al vídeo final. Per tal de no estendre'ns massa, cada etapa es resumirà amb els principals problemes i solucions que trobem en aquest projecte.
En relació amb el temps, una de les parts més costoses de tot el procés va ser, sense cap dubte, l'aixecament (dibuix) de tots els elements amb Autocad. Tot aquest treball es podria haver fet directament amb 3D Studio, però la facilitat i el coneixement previ del programa 2D ens van portar a decidir fer l'estructura amb aquest programa i després exportar-la a 3D Studio. Es van utilitzar prop de vuitanta hores per a crear la malla de tots els edificis i elements singulars de la proposta. Es van separar tots els elements en capes individuals per a poder treballar especialment amb el programa 3D.
La importació des de 3D Studio va ser perfecta. Tota la geometria es va importar sense dades corruptes, amb la qual cosa es va poder començar la texturització de tots els elements de manera gairebé immediata.
Figura 85. Importació a 3D Studio Max
Figura 85. Importació a 3D Studio Max
Materials i textures
Perquè el material aplicat pogués "llegir" l'objecte de destinació, es van aplicar mapes UVW a tots els elements que tenien una geometria definida. Aquests mapes van generar vectors de lectura que permetien que els materials fossin més realistes, d'acord amb el tipus de geometria que s'apliqués: circular, plana, etc.
El pas següent va ser buscar els materials que més s'adaptessin a la realitat de la zona, de manera que fossin integrats en el disseny i que tinguessin nivells de reflexió satisfactoris, ja que, per a la zona de Tenerife, la idea era vendre una proposta de frescor i climatització adaptada a la zona, que té una incidència solar accentuada al llarg de tot l'any.
Es va descartar immediatament la compra de materials, models i textures, ja que l'aposta que es feia tenia un control pressupostari important; com ja hem esmentat, era una aposta, un concurs que podria ser adjudicat o no. Aquest control de despeses va suposar més dedicació a la recerca de llocs web de material lliure i biblioteques d'elements també lliures de distribució.
Perquè semblessin més reals, algunes textures es van fer directament al carrer amb una càmera de fotos digital i després es van tractar amb Photoshop.
Figura 86. Exemples de textures: a) fusta, b) gespa, c) paviment i d) sorra
Figura 86. Exemples de textures: a) fusta, b) gespa, c) paviment i d) sorra
Il·luminació
El capítol d'il·luminació va ser tractat amb especial atenció, ja que, com s'ha comentat anteriorment, la presentació virtual no quedaria correcta si la llum seleccionada no fos gaire semblant a les característiques de la zona del projecte. Per tant, i perquè la simulació fos tan real com es pogués, es va decidir utilitzar una font de llum única, tipus llum de dia o daylight, i configurar-la d'acord amb les coordenades de la zona de Tenerife.
Figura 87. Configuració de la zona geogràfica
Figura 87. Configuració de la zona geogràfica
A banda de configurar la zona geogràfica, també es va ajustar l'hora del dia perquè els llums coincidissin amb les primeres hores del matí d'un dia qualsevol de juny, a l'estació estiuenca.
Figura 88. Configuració de la zona horària
Figura 88. Configuració de la zona horària
Es van configurar altres paràmetres, com les ombres activades o la mateixa intensitat de la radiació solar, amb la qual cosa, a partir de diverses proves, es va establir un sistema d'il·luminació ideal per a accentuar el protagonisme de les construccions noves amb el caràcter fresc de la zona del projecte.
Figura 89. Resultat de la il·luminació amb sistema geogràfic
Figura 89. Resultat de la il·luminació amb sistema geogràfic
Vídeo
Amb tot ja a punt, el treball es va centrar a elaborar el guió del vídeo de presentació.
Figura 90. Croquis del recorregut virtual
Figura 90. Croquis del recorregut virtual
Per a la presentació de la proposta, es va pensar a utilitzar dos tipus de tècniques de visualització:
1) Vols a l'altura dels ulls, per tenir una bona perspectiva dels edificis més petits i els detalls més importants.
2) Una visió de tipus vista d'ocell, en què s'apreciava generalment el conjunt de la plaça. Es van barrejar alguns plans picats per a donar una altra perspectiva al vídeo.
Es va seleccionar una càmera de tipus Target, amb moviment de càmera i d'objectiu independents, amb una focal de 35 mm per a l'angle d'obertura.
El guió ajustat, el tipus de càmera seleccionat, i tot ja estava a punt per a "rodar"; només esperàvem l'inconfusible: "Silenci, càmera... acció!".
Però abans de començar amb el rodatge mateix, es va pensar en dos punts definitius perquè el vídeo fos satisfactori: el format final i el càlcul de renderització.
Aquests dos últims punts van ser considerats molt importants, ja que el format final havia de ser una cosa atractiva, moderna i amb un aire de pel·lícula d'"estiu"; i el temps utilitzat per a la renderització exercia un paper essencial en l'èxit del projecte, ja que, com a empresa no dedicada al 3D, la maquinària existent tenia algunes deficiències tècniques i calia deixar un marge per a possibles problemes que poguessin sorgir en el moment de generar el vídeo.
El format 70 mm Panavision (1.024 × 465 cinema) era preferible a altres formats. Primer, per l'ampli radi de la focal, que abraçava molta més superfície que un altre format. També s'ha tingut en compte que era més interessant trobar una lent que no destaqués la part superior dels edificis, ja que en el moment del modelització no s'havia fet cap detall del cel o edificis més enllà de l'entorn de la plaça. Un format que donés més importància a la proporció vertical que a l'horitzontal faria que es perdessin molts més detalls. La profunditat de camp amb la lent seleccionada és bastant més eficaç que en altres formats.
Es van fer algunes proves de renderització per a comprovar si el sistema de compressió de vídeo era adequat (SORENSON VIDEO) i també per a estimar el temps total de renderització. En total, es van muntar 1.001 fotogrames i es va fer una renderització de 20 fotogrames per segon, alterant una mica el sistema tradicional de 25 fotogrames per segon. Això es va dur a terme després d'esbrinar que la mitjana de renderització de cada fotograma presentava valors superiors als 3 minuts, amb la qual cosa, s'exigiria molt més càlcul del processador, ja que es podria donar el risc que la màquina no aguantés i tinguéssim una parada a mig lliurament de la proposta.
Figura 91. Configuració dels fotogrames
Figura 91. Configuració dels fotogrames
Finalment, després de més de 110 hores seguides de renderització, vam tenir a les mans la primera maqueta del vídeo, amb 50 segons de recorregut virtual. Passàvem a una de les últimes etapes del projecte: la postproducció.
Postproducció
La veritat és que va ser bastant més senzill del que es va pensar en un inici. El vídeo va tenir pocs problemes tècnics, el recorregut va ser perfecte per a donar el protagonisme al que realment es volia donar i només ens va quedar fer uns petits ajustos a Premiere i encaixar la banda sonora.
3.2.5.Entrega final
Amb el projecte 2D, el projecte 3D i la resta de la documentació totalment acabats, l'únic que ens va quedar per fer va ser introduir tots els elements diferents en un contenidor final (en aquest cas, Flash) i empaquetar el projecte.
El format de lliurament, per les característiques del maquinari del client i per la mida final després de la compilació, va ser el CD de 700 Gb.
3.2.6.Dades d'interès
Van ser molts els fronts oberts des de la decisió de concursar fins al lliurament de la proposta, moltes hores de feina i diverses reunions de plantejament del projecte. Les dades tècniques que es poden considerar de més rellevància van ser:

  • Inici de la renderització: 25 d'octubre, a les 16.25

  • Final de la renderització: 28 d'octubre, a les 9.45

  • 1.001 fotogrames

  • Temps total de renderització: 114 h 8' 40''

  • Mitjana de fotogrames: entre 3' i 11', d'acord amb les seqüències amb més o menys detalls.

  • Objectes: 1.765

  • Llums: 2

  • Cares: 1.800.421

  • Format: 1.024 × 465

  • Mida final de l'arxiu abans de la postproducció: 111.659 Mb

3.2.7.Imatges virtuals definitives
Figura 92. Vista general de la plaça
Figura 92. Vista general de la plaça
Figura 93. Vista de la zona de lleure infantil
Figura 93. Vista de la zona de lleure infantil
Figura 94. Vista aèria de la plaça
Figura 94. Vista aèria de la plaça
Figura 95. Vista de la zona de descans (pèrgola)
Figura 95. Vista de la zona de descans (pèrgola)
Figura 96. Vista general del restaurant
Figura 96. Vista general del restaurant

3.3.Cas pràctic 2. Enginyeria aeroportuària (Aeroports de Barcelona, Bratislava (Eslovàquia) i Lleida Alguaire. Per Toni Navarro Sánchez)

3.3.1.Pròleg
L'ús de la producció de gràfics per ordinador en 3D està actualment tan estès que el podem trobar en qualsevol sector industrial, no solament en l'audiovisual, en què se'l pressuposa habitualment.
Moltes vegades, els gràfics en 3D semblen tan reals que no els reconeixem. Realment podem creure que alguns dels líquids, aliments i els seus envasos o els automòbils que apareixen en la publicitat són objectes reals de tal perfecció i que poden desafiar les lleis físiques d'aquesta manera?
Altres vegades, l'aplicació d'aquestes tecnologies és tan evident que reconeixem que són imatges de síntesi immediatament. Es poden veure tan fàcilment en produccions cinematogràfiques o videojocs de pressupost enorme com en un simple anunci de venda de pisos.
Quan es pensa en gràfics en 3D, ràpidament ens vénen al cap imatges de la pel·lícula Star Wars, dels llargmetratges d'animació d'un famós ogre verd, de les desaventures d'un grup de joguines, del nostre videojoc favorit o la imatge virtual que ens van ensenyar en comprar el nostre pis.
Però la veritat és que l'ús de gràfics i simulacions 3D assoleix molts altres àmbits de la producció industrial, com hem vist, i alguns d'ells mouen uns de pressuposats tant elevats com els del sector audiovisual o més.
Uns exemples d'aplicació serien:

  • Fabricació d'automòbils, avions i vaixells. Disseny industrial de prototips en 3D, proves virtuals aerodinàmiques i d'altres funcionalitats. Indústria auxiliar associada al disseny i la fabricació de components.

  • Indústria aeroespacial. Disseny d'aeronaus, satèl·lits, etc., i també en campanyes divulgatives. Tots hem vist a les notícies aquests gràfics formidables que expliquen el desplegament d'un satèl·lit, la configuració de l'Estació Espacial Internacional o les simulacions de les missions previstes.

  • Medicina i indústria farmacològica. Interpretació de dades mèdiques, aprenentatge i visualització de procediments amb models virtuals, simulació de molècules, campanyes de comunicació i màrqueting, etc.

  • Arquitectura i construcció. Simulacions d'exteriors i interiors d'edificis, d'urbanitzacions i plans urbanístics.

  • Grans obres d'enginyeria. Disseny i simulació d'infraestructures, com carreteres, obres ferroviàries, ponts, embassaments, centrals energètiques, ports, aeroports, etc.

Una de les infraestructures més grans –tant en cost d'inversió com en extensió i complexitat– en la qual podem fer un ús variat del 3D és en el disseny d'aeroports; és el que anomenem enginyeria aeroportuària.
En l'enginyeria aeroportuària trobem projectes de grans obres arquitectòniques, algunes de molt emblemàtiques i conegudes, com les noves terminals de Barcelona i Madrid, i també projectes de desenes d'edificis auxiliars, projectes d'urbanització, accessos viaris i ferroviaris, aparcaments, pistes d'aterratge i plataformes d'estacionament, sistemes tecnològics, estudis mediambientals i també produccions audiovisuals per a les campanyes de comunicació.
Veiem, doncs, que l'enginyeria aeroportuària pot arribar a reunir alhora una gran varietat de casos diferents, presents en altres àmbits industrials de manera aïllada, on l'ús de tecnologies de simulació en 3D pot ser molt útil.
Per a conèixer casos concrets de l'ús del 3D dins de l'enginyeria aeroportuària utilitzarem exemples dels aeroports de Barcelona, de Bratislava (Eslovàquia) i de Lleida Alguaire. Són projectes molt diferents, tant pel client com per l'envergadura i els objectius que cal complir.
Pel que fa a simulacions 3D, alguns han requerit feines puntuals durant uns mesos i altres, com l'aeroport de Barcelona, una varietat enorme de projectes durant més de deu anys.
Figura 97. Renderització 3D de l'aeroport de Barcelona (nova terminal 1: zona de sortides i arribades)
Figura 97. Renderització 3D de l'aeroport de Barcelona (nova terminal 1: zona de sortides i arribades)
3.3.2.Descripció de l'àmbit
Ens hem de fer una idea dels requeriments de cada projecte i del que signifiquen algunes magnituds d'una gran infraestructura com és un aeroport.
Alguns aeroports, com el de Barcelona, tenen la mida d'una ciutat petita, amb 40.000 treballadors (directes i indirectes), atenen les necessitats d'uns 150.000 passatgers i de les activitats logístiques 24 hores al dia; per això se'ls anomena ciutats aeroportuàries.
Coneguem algunes dades dels projectes exemple.
Aeroport de Barcelona. Projecte d'ampliació i noves instal·lacions d'un aeroport internacional
Figura 98. Renderització 3D de l'aeroport de Barcelona (nova terminal 1: pista)
Figura 98. Renderització 3D de l'aeroport de Barcelona (nova terminal 1: pista)
AENA, organisme públic gestor d'una xarxa de gairebé cinquanta aeroports, dependent del Ministeri de Foment, crea una oficina a l'aeroport de Barcelona, el Pla Barcelona, amb un centenar de professionals, encarregada del procés de concepció, disseny i construcció de noves instal·lacions i remodelació de les existents per a augmentar pràcticament en més del doble la mida i la capacitat operativa de la infraestructura.
Un objectiu bàsic és interferir mínimament en les operacions normals de les instal·lacions que seguiran en funcionament i complir les exigències en matèria mediambiental.
Les principals actuacions són:

  • Una tercera pista nova

  • Nova àrea terminal

  • Tres torres de control noves

  • Sistema automàtic nou de tractament d'equipatges amb uns 25 km de recorregut

  • Ampliació de les pistes existents

  • Noves plataformes d'estacionament, de càrrega i d'aviació corporativa

  • Nous carrers de rodatge

  • Millora i ampliació de terminals existents

  • Construcció d'aparcaments de superfície i elevats

  • Nous accessos viaris, desviant l'autovia existent

  • Nous accessos ferroviaris

  • Ampliació del centre de càrrega aèria

  • Nou parc industrial aeronàutic i nou parc de serveis aeronàutics, amb diferents hangars, naus industrials i edificis de suport

  • Nous sistemes tecnològics

  • Mesures correctores i compensatòries de caràcter mediambiental

  • Construcció d'una àrea de desenvolupament urbanístic dotada d'hotels, centres de convencions, oficines, locals comercials i altres equipaments

Extensió final: 1.500 ha. Equivalent a 1.500 estadis de futbol, ocupa el 50% del municipi d'El Prat, de 62.000 habitants, i parts de tres municipis més.
Inversió total: 3.000 milions d'euros. Com a referència, s'ha de saber que la inversió total és superior a la que va requerir la construcció del malaguanyat World Trade Center, les torres bessones de Nova York, que van tenir un cost de 2.400 milions de dòlars. També podem tenir en compte que un gran parc d'atraccions de la mida d'un de Disney o del de Port Aventura (Tarragona) està entorn dels 300 milions d'euros.
Nou edifici terminal: la nova terminal 1 de l'aeroport requereix una inversió de 1.260 milions d'euros i té una longitud equivalent a nou illes del centre de Barcelona.
Durada del projecte: 10 anys.
Aeroport de Bratislava (Eslovàquia). Projecte d'oferta de compra i ampliació d'un aeroport internacional
Figura 99. Renderització 3D de l'aeroport de Bratislava (Eslovàquia)
Figura 99. Renderització 3D de l'aeroport de Bratislava (Eslovàquia)
ABERTIS és una corporació privada internacional que gestiona infraestructures per a la mobilitat i les telecomunicacions a través de cinc àrees de negocis: autopistes, infraestructures de telecomunicacions, aeroports, aparcaments i parcs logístics.
L'àrea dedicada a l'àmbit aeroportuari ABERTIS AIRPORTS, amb interessos en més de trenta aeroports de nou països, presenta una oferta per a la compra i gestió de l'aeroport de Bratislava (Eslovàquia) per la seva excel·lent posició geogràfica al centre d'Europa.
El projecte presentat inclou un pla d'inversió en instal·lacions noves i millora de les existents en un termini de cinc anys.
L'objectiu final és un aeroport mitjà amb dues pistes, un nou edifici terminal molt més gran, plataformes d'estacionament per a passatgers i per a càrrega, carrers de rodatge, edificis auxiliars (central elèctrica, bombers, abastament de combustible, etc.), edificis en zona de càrrega, parc de naus industrials, àrea de centres comercials, hotels, oficines i altres equipaments, sistemes tecnològics, noves connexions viàries i ferroviàries i aparcaments elevats.
Inversió total: 360 milions d'euros.
Aeroport de Lleida Alguaire. Projecte de construcció d'un aeroport nou
Figura 100. Renderització 3D de l'aeroport de Lleida Alguaire
Figura 100. Renderització 3D de l'aeroport de Lleida Alguaire
El Govern de la Generalitat de Catalunya, impulsant el seu nou pla d'aeroports, aeròdroms i heliports, inicia el projecte d'una de les peces fonamentals de la seva xarxa: l'aeroport de Lleida Alguaire, que serà el primer que planifica, projecta i construeix.
És un aeroport petit però amb tots els elements característics d'aquestes infraestructures. Comprèn un edifici terminal singular, amb una torre de control integrada a la coberta, una pista de 3 km de longitud, plataforma d'estacionament d'aeronaus, un carrer de rodatge, edificis auxiliars (central elèctrica, bombers, abastament de combustible, etc.), planta energètica de plafons solars, sistemes tecnològics i viaris d'accés i aparcaments.
Inversió: 92 milions d'euros
3.3.3.Aplicacions d'ús de simulacions 3D. Casos habituals
En la majoria dels projectes d'enginyeria aeroportuària ens trobem amb una sèrie de casos similars, on l'ús dels gràfics, tant estàtics com animats, en 3D és una eina excel·lent de disseny i comunicació.
Pla director
El pla director d'un aeroport és un document oficial que serveix d'instrument per a planificar la infraestructura en un termini definit.
Aquest pla director sol ser un document extens, que inclou multitud de textos i plànols, i, després de la seva aprovació per l'organisme apropiat, es fa públic per al seu coneixement i per a atendre les possibles al·legacions que puguin sorgir.
Com s'ha comentat abans, estem parlant d'una infraestructura tan gran com una ciutat. En un primer pas, el pla director ha de poder ser interpretat tant pels polítics dels governs o els empresaris responsables com pel públic en general. Tots dos grups prefereixen fer-se primer una idea ràpida abans d'aprofundir en la lectura d'un document de l'extensió del Quixot, ple de plànols tècnics avorrits. Per això és vital adjuntar al pla director alguns gràfics 3D, amb vistes aèries i vistes en planta o, encara millor, un vídeo d'animació d'uns cinc minuts, de representació general del futur aeroport per a donar una idea ràpida del projecte molt millor que amb un plànol 2D de CAD.
No es tracta d'una representació realista, amb unes geometries i uns materials exactes. Es tracta més aviat d'un esbós general i simple on, per exemple, els edificis més emblemàtics com les terminals i les torres de control poden estar una mica més definits i la resta d'edificis poden ser volums simples.
Tanmateix, com que la integració en el territori i la definició dels límits aeroportuaris són molt importants, l'entorn de l'aeroport ha de quedar ben definit. Per a aquesta part del model 3D s'utilitza un model digital d'elevació del terreny, que pot comprendre un radi de diverses desenes de quilòmetres i les corresponents ortofotografies o fotografies per satèl·lit per a cobrir-lo.
Aquesta part del model, d'una geometria i unes textures detallades, juntament amb una bona programació de les condicions atmosfèriques (cel, boira, llum solar), sí que pot oferir resultats espectaculars d'aspecte molt real i, amb les animacions, ens permet oferir seqüències amb què ens apropem a l'aeroport volant.
Vegem uns exemples d'imatges adjuntes a un pla director.
Figura 101. Renderització planta 3D de l'aeroport de Barcelona. Simulació de l'ampliació màxima del projecte
Figura 101. Renderització planta 3D de l'aeroport de Barcelona. Simulació de l'ampliació màxima del projecte
Figura 102. Renderització vista 3D de l'aeroport de Barcelona. Simulació de l'estat a l'inici, l'any 2000
Figura 102. Renderització vista 3D de l'aeroport de Barcelona. Simulació de l'estat a l'inici, l'any 2000
Figura 103. Renderització vista 3D de l'aeroport de Barcelona. Simulació d'algunes ampliacions del projecte
Figura 103. Renderització vista 3D de l'aeroport de Barcelona. Simulació d'algunes ampliacions del projecte
Figura 104. Renderització vista 3D de l'aeroport de Bratislava (Eslovàquia). Simulació de l'estat inicial
Figura 104. Renderització vista 3D de l'aeroport de Bratislava (Eslovàquia). Simulació de l'estat inicial
Figura 105. Renderització vista 3D de l'aeroport de Bratislava (Eslovàquia). Simulació de la proposta d'ampliació a cinc anys
Figura 105. Renderització vista 3D de l'aeroport de Bratislava (Eslovàquia). Simulació de la proposta d'ampliació a cinc anys
Figura 106. Renderització vista 3D de l'aeroport de Lleida Alguaire. Simulació d'una vista general de l'aeroport nou
Figura 106. Renderització vista 3D de l'aeroport de Lleida Alguaire. Simulació d'una vista general de l'aeroport nou
Figura 107. Renderització vista 3D de l'aeroport de Lleida Alguaire. Simulació d'un primer plànol de l'edifici terminal de l'aeroport nou
Figura 107. Renderització vista 3D de l'aeroport de Lleida Alguaire. Simulació d'un primer plànol de l'edifici terminal de l'aeroport nou
Entorn geogràfic
Per a definir amb precisió l'entorn geogràfic virtual d'un aeroport, que pot arribar a ser una àrea de fins a 50 km, partim de tres components necessaris:

  • Un model digital 3D d'elevació del terreny DEM (digital elevation model o model digital d'elevació).

  • Fotografies satèl·lit de la zona, referenciades geogràficament amb coordenades per a recobrir el terreny.

  • Una ortofotografia de la zona més immediata a la infraestructura, obtinguda d'un vol o d'un satèl·lit.

Tant les fotografies satèl·lit com les ortofotografies s'han obtingut des d'una distància llarga i s'han corregit digitalment per a evitar la deformació produïda per la curvatura terrestre; així representen una projecció ortogonal que encaixarà perfectament en el model corresponent de dimensions i coordenades apropiades.
Tots aquests components es poden adquirir als instituts cartogràfics corresponents. Per al model digital d'elevació del terreny se sol partir d'un fitxer de text, que conté una estructura numèrica que representa un mostreig de l'altura de la zona cada cent metres, o menys, amb les seves coordenades. Aquest fitxer de text es pot importar en els programes apropiats per a generar una malla poligonal que després exportarem al nostre programa 3D.
El nostre model de l'entorn virtual serà la base d'un model molt més complex, l'aeroport d'uns tres milions de polígons, i pot ser usat per a generar seqüències de vídeo de més de cinc mil fotogrames, per la qual cosa sempre intentarem minimitzar geometries i textures al que és justament necessari per a accelerar els processos de càlcul i així guanyarem velocitat.
L'objectiu és poder renderitzar un fotograma de l'entorn en uns quants segons. Amb un PC estàndard, avui estem parlant de deu segons, a tot estirar.
En el nostre cas, els principals programes elegits són els estàndards en infoarquitectura, és a dir, per a modelització 3D, Autodesk 3D Studio Max i per a edició d'imatges, Adobe Photoshop. Com a motor de renderització, el programa que interpreta la nostra escena i genera la imatge, utilitzarem el natiu 3D Max Scanline.
Aquest és una renderització d'exemple de l'entorn de l'aeroport de Barcelona:
Figura 108. Renderització vista 3D de l'entorn 3D de l'aeroport de Barcelona
Figura 108. Renderització vista 3D de l'entorn 3D de l'aeroport de Barcelona
I, a continuació, veiem l'escena que l'ha generat en 3D Max:
Figura 109. Model 3D de l'entorn de l'aeroport de Barcelona
Ampliació
Figura 109. Model 3D de l'entorn de l'aeroport de Barcelona
Figura 110. Objectes que componen l'escena en 3D Max
Figura 110. Objectes que componen l'escena en 3D Max
Com veiem en les figures 109 i 110, es tracta d'una escena amb uns quants objectes agrupats que sumen prop de trenta mil polígons. Veiem una sèrie de quadrants que representen l'elevació del terreny, una cúpula semiesfèrica que ens serveix de cel i delimita el final del terreny disponible, un polígon rectangular com a base per a l'ortofotografia de la zona més propera a l'aeroport, un polígon més gran per al mar, una càmera, dos llums i algunes polilínies 2D auxiliars, que ens ajudaran a situar-nos quan treballem amb el model en mode esquemàtic de filferro (wire frame).
En aquest exemple, s'ha utilitzat una malla per a representar l'elevació del terreny molt poc complexa, uns 25.000 polígons repartits irregularment en una àrea de 50 × 50 km, quan el nombre habitual és de gairebé un milió. Els vèrtexs estan separats cada 400 metres. Això ofereix molt poca resolució, però el cas de l'aeroport de Barcelona és especial, ja que se situa al delta del Llobregat, una zona que, a efectes de simulació, podem considerar plana, i el relleu el necessitem només de fons.
Com a material assignat, la pell del nostre model, a cada quadrant se li assigna i se li mapa com a textura la fotografia corresponent presa per satèl·lit. En aquest cas, cada material s'emmagatzema en dues versions diferents amb l'única diferència de la resolució de la fotografia satèl·lit. Tenim les d'alta resolució de 10.000 píxels de costat i les de baixa, de 2.000 píxels. Segons la proximitat de la càmera al model, n'utilitzarem una o l'altra.
La semiesfera del cel és un objecte d'uns 3.000 polígons, amb les normals invertides cap a l'interior a la qual s'ha mapat la imatge cilíndrica d'un cel sense costures.
El mar és un simple polígon quadrat de dues cares, amb una textura procedural que té intersecció a la cota zero amb el model del terreny.
La zona d'implantació de l'aeroport és un polígon quadrat de dues cares sobre el terreny anterior però amb el mapatge d'una textura que és una ortofotografia de 10.000 píxels de costat.
Figura 111. Materials que componen l'escena en 3D Max
Ampliació
Figura 111. Materials que componen l'escena en 3D Max
Figura 112. Imatge satèl·lit d'un quadrant i ortofotografia de la zona més propera
Figura 112. Imatge satèl·lit d'un quadrant i ortofotografia de la zona més propera
Per a la il·luminació usem dos llums estàndard sense projecció d'ombres, una llum de cel o skylight més general i una de direccional, intentant que coincideixi amb les condicions reals d'il·luminació i amb les del moment en què es van fer les fotografies per satèl·lit, especialment pel que fa a l'angle d'incidència.
Figura 113. Paràmetres de les llums de cel i direccional
Figura 113. Paràmetres de les llums de cel i direccional
Per a visualitzar l'escena utilitzem una càmera del tipus Target, amb els valors de lent desitjats, on és molt important haver definit uns valors apropiats de rang d'entorn (environment ranges). Aquests valors ens serviran per a crear unes condicions atmosfèriques (boira) que donaran més realisme a l'escena.
Figura 114. Paràmetres de la càmera
Figura 114. Paràmetres de la càmera
Finalment, indicarem que es crearan unes condicions atmosfèriques de boira que serviran per a donar una sensació de profunditat amb el característic fumat graduat blau del terreny que veiem en la distància.
Ho aconseguirem amb l'efecte Fog (boira) de la secció Environment and effects (entorn i efectes). Utilitzant els valors Near range i Far range (a prop i lluny) en l'apartat Environment Ranges (rangs d'entorn) de la càmera, aplicarà a tota l'escena un fumat exponencial del color seleccionat.
Figura 115. Paràmetres de l'efecte atmosfèric de boira (Fog)
Figura 115. Paràmetres de l'efecte atmosfèric de boira (Fog)
A continuació observem diferents usos del model digital del terreny usat en vídeos de l'aeroport de Lleida Alguaire. En la primera imatge del vídeo general veiem l'aeroport implantat en el seu entorn i en la segona veiem un fotograma del vídeo de temàtica mediambiental, que indica una zona de protecció d'aus.
Figura 116. Fotogrames corresponents a vídeos de l'aeroport de Lleida Alguaire
Figura 116. Fotogrames corresponents a vídeos de l'aeroport de Lleida Alguaire
Modelització i renderització d'aspecte real
A més dels models més bàsics per a una representació general dels aeroports en la seva totalitat, com els usats en el pla director i en els vídeos explicatius, i dels complexos models digitals del terreny, altres vegades és necessari obtenir imatges d'aspecte més real de zones concretes, com per exemple, dels edificis terminals.
En aquest cas, només un edifici pot estar modelitzat com una geometria de cinc milions de polígons, i el motor de renderització natiu del nostre programari i una il·luminació simple no són suficients.
Llavors cal recórrer a tècniques més complexes, que requereixen un modelització detallat i precís, uns materials amb més paràmetres definits (com reflexos i relleus) i, finalment, una il·luminació que comprengui ombres, il·luminació zenital global, dispersió i rebots de llum, etc.
Podem continuar utilitzant el programari 3D Max per a la generació de l'escena i motors de renderització externs, com els coneguts VRay o Maxwell Render. Aquests motors ofereixen una interpretació i un càlcul dels materials i la il·luminació tan exactes que, sobretot en el cas de Maxwell, de vegades costa distingir una renderització d'una fotografia real. El problema és que el temps de càlcul d'una imatge, com un fotograma per a un vídeo, especialment amb Maxwell, puja d'uns quants segons amb renderització nativa de 3D Max a desenes d'hores.
Així doncs, d'aquests motors només es poden generar vídeos amb VRay amb ordinadors potents o, encara millor, amb grups de desenes d'aquests ordinadors connectats en xarxa (les anomenades granges de renderització) per a reduir temps.
Tanmateix, per a imatges estàtiques, fins i tot de mida gran, es poden utilitzar en un sol PC VRay, que consumirà prop d'una hora per a una bona imatge, o el precís Maxwell, a costa de moltes més hores de càlcul.
En el projecte de l'aeroport de Lleida Alguaire, com que l'objectiu era crear diferents vídeos en un termini de temps molt breu i sense recórrer a granges de renderització, es va optar per un mètode que permetés simular il·luminació global sense motors de renderització externs. Tota la complexitat es va resoldre usant més d'un centenar de llums estàndard amb diferents ubicacions i paràmetres per a simular llum zenital i els seus rebots, radiositat, reflexos, etc. Els materials es van programar com barreges de més de quatre submaterials diferents, optimitzant els paràmetres que afectaven aspectes que consumirien molts recursos a l'hora de calcular l'escena, com ocorre amb els reflexos.
En els exemples següents veiem com es van obtenir fotogrames per als vídeos de l'aeroport de Lleida Alguaire en dotze segons, amb una qualitat tan sols lleugerament inferior a la que es podria haver obtingut en VRay però en diverses hores.
Figura 117. Fotogrames corresponents al vídeo general de l'aeroport de Lleida Alguaire
Figura 117. Fotogrames corresponents al vídeo general de l'aeroport de Lleida Alguaire
Un cas completament diferent va ser la representació del nou edifici terminal de l'aeroport de Barcelona, la T1. Es tracta d'un edifici que és l'obra emblemàtica del projecte general.
Té gairebé 1 km de longitud i més de 40 m d'altura, amb una geometria molt complexa amb cobertes corbes a diferents nivells i una sèrie de materials que es pretén simular amb tota l'exactitud possible.
Com que en aquest cas es pretén obtenir una sèrie d'imatges estàtiques i no un vídeo, s'opta per utilitzar el motor de renderització extern Maxwell i modelitzar al detall tots els objectes en 3D.
S'utilitza la il·luminació oferta pel mateix motor de renderització, basada en la posició geogràfica real de l'edifici representat, l'hora i les condicions atmosfèriques.
Els materials es creen utilitzant l'editor de materials de Maxwell, que utilitza paràmetres i valors equivalents a magnituds físiques reals, com índexs de refracció, atenuació de lluminositat en traspassar objectes no opacs, etc.
Figura 118. Estudis de geometria i materials per al model 3D del nou edifici terminal T1 de l'aeroport de Barcelona. Renderització amb Maxwell Render
Figura 118. Estudis de geometria i materials per al model 3D del nou edifici terminal T1 de l'aeroport de Barcelona. Renderització amb Maxwell Render
Vegem a continuació, en les figures 119 i 120, la complexitat del model 3D de més de cinc milions de polígons i el resultat final fruit d'una renderització en Maxwell, que va necessitar quinze hores en un sol PC.
Figura 119. Imatges de la modelització del nou edifici terminal T1 de l'aeroport de Barcelona. Més de cinc milions de polígons
Ampliació
Figura 119. Imatges de la modelització del nou edifici terminal T1 de l'aeroport de Barcelona. Més de cinc milions de polígons
Figura 120. Imatge 3D del nou edifici terminal T1 de l'aeroport de Barcelona. Rederització amb Maxwell Render en dotze hores
Figura 120. Imatge 3D del nou edifici terminal T1 de l'aeroport de Barcelona. Rederització amb Maxwell Render en dotze hores
Es podria presentar més d'una cinquantena de casos diferents relacionats amb l'enginyeria aeroportuària en els quals s'han utilitzat tècniques 3D. Alguns destacarien per la bellesa estètica de les seves imatges, com les utilitzades en les campanyes de comunicació, i altres ho farien per la utilitat i la innovació que han representat a l'hora d'aportar solucions.
Esperem que l'apartat hagi estat d'interès, i, com a comiat, us deixem imatges d'altres casos en els quals s'ha aplicat la tecnologia 3D.
Figura 121. Aeroport de Barcelona. Nou edifici terminal T1. Estudi d'interferència de grues i coberta amb la visibilitat des de l'antiga torre de control
Ampliació
Figura 121. Aeroport de Barcelona. Nou edifici terminal T1. Estudi d'interferència de grues i coberta amb la visibilitat des de l'antiga torre de control
Figura 122. Nou edifici terminal T1 de l'aeroport de Barcelona. Estudi de visibilitat dels controladors des de la futura torre de control auxiliar
Ampliació
Figura 122. Nou edifici terminal T1 de l'aeroport de Barcelona. Estudi de visibilitat dels controladors des de la futura torre de control auxiliar
Figura 123. Nou edifici terminal T1 de l'aeroport de Barcelona. Estudi de zones ocultes a la visibilitat des de la nova torre de control
Ampliació
Figura 123. Nou edifici terminal T1 de l'aeroport de Barcelona. Estudi de zones ocultes a la visibilitat des de la nova torre de control
Figura 124. Nou edifici terminal T1 de l'aeroport de Barcelona. Infografia en premsa
Ampliació
Figura 124. Nou edifici terminal T1 de l'aeroport de Barcelona. Infografia en premsa

4.Tecnologia 3D a la Xarxa

4.1.Introducció

La tecnologia 3D ha estat obrint fronteres noves a la Xarxa, habilitant millors experiències de navegació, millorant tendències i creant una manera nova d'aprofitar-ne el potencial, conjuntament amb la possibilitat de provar sensacions noves.
Podríem dir que aquesta tendència està marcant una nova fita en l'era informàtica. Igual que en dècades anteriors altres elements van ser protagonistes de la innovació informàtica –com va ser el cas de la tecnologia Flash o fins i tot l'avenç dels processadors– aquesta dècada està preparada per a assumir el repte de la implantació del 3D a les nostres llars per diferents mitjans, com la televisió, el cinema i la xarxa.
En un altre temps aquesta tecnologia estava íntimament lligada a aplicacions tancades, principalment jocs, ja que els connectors estaven fets a mida per a aquest concepte. L'arribada d'API noves, el desenvolupament de plataformes noves i una demanda emergent de 3D per part d'usuaris i empreses estan fent realitat aquesta era d'implantació de la tecnologia 3D. Pel tant, i sense més demora, submergim-nos en aquest mar d'emocions que ens espera!

4.2.Actualitat del 3D a la Xarxa

L'experiència 3D a la Xarxa camina amb llargs passos; cada vegada és més habitual escoltar veus que auguren un èxit garantit a la Xarxa. La manera de navegar i visualitzar els continguts té una tendència clara a millorar, i és aquí on entrem de ple en la implantació de la tecnologia 3D. Les sensacions seran més dinàmiques i interactives, i el ventall de possibilitats serà ampliat de manera substancial, deixant la porta oberta per a diferents possibilitats. Aquesta nova disposició obrirà nous mercats amb continguts tan diversos com espectaculars. Deixarem de pensar en l'exclusivitat gairebé absoluta dels videojocs i anirem cap a una infinitat d'aplicacions que estaran disponibles a la Xarxa, utilitzades per a finalitats tan diverses com la publicitat, els informatius digitals o els vídeos.
El que tenim més a prop en relació amb la nova manera de visualitzar continguts 3D en temps real sense la necessitat de costoses tecnologies és, sens dubte, la plataforma WebGL. Endinsem-nos una mica més en aquesta nova revolució tridimensional i experimentem-la més de prop.
APIS, Javascript, O3D, COLLADA i WebGL?
Abans de començar a introduir-nos en el món de la navegació 3D, és important conèixer el concepte bàsic d’aquestes definicions, per a entendre millor el que ja tenim present en relació amb les noves tecnologies.
4.2.1.Descripció tècnica general
API
Una API (3) és una interfície de comunicació entre components de programari o una interfície de programa d'aplicació. Es tracta del conjunt de crides a certes biblioteques que ofereixen l'accés a determinats serveis des dels processos. És un mètode per a aconseguir abstracció en la programació, generalment (encara que no necessàriament) entre els nivells o capes inferiors i els superiors del programari.
Un dels principals propòsits d'una API consisteix a proporcionar un conjunt de funcions d'ús general, per exemple, per a dibuixar finestres o icones a la pantalla. D'aquesta manera, els programadors es beneficien dels avantatges de l'API usant la seva funcionalitat, amb la qual cosa ens evitem la feina de programar tot des del principi. Així mateix, les API són abstractes: el programari que proporciona una API determinada generalment ve donat per la implementació d'aquesta API.
Font: Wikipedia
JavaScript
JavaScript és un llenguatge de programació interpretat, és a dir, que no requereix compilació, utilitzat principalment en pàgines web, amb una sintaxi semblant a la del llenguatge Java i el llenguatge C.
Igual que Java, JavaScript és un llenguatge orientat a objectes pròpiament dit, ja que disposa d'herència, si bé aquesta es fa seguint el paradigma de programació basada en prototips, atès que les classes noves es generen clonant les classes base (prototips) i estenent-ne la funcionalitat.
Tots els navegadors moderns interpreten el codi JavaScript integrat dins de les pàgines web. Per a interactuar amb una pàgina web es proveeix el llenguatge JavaScript d'una implementació del DOM.
El llenguatge va ser inventat per Brendan Eich a l'empresa Netscape Communications, que és la que va desenvolupar els primers navegadors web comercials. Va aparèixer per primera vegada al producte de Netscape anomenat Netscape Navigator 2.0.
Tradicionalment, s'havia estat utilitzant en pàgines web HTML per a dur a terme tasques i operacions només en el marc de l'aplicació client, sense accés a funcions del servidor. JavaScript s'executa en l'agent d'usuari, al mateix temps que les sentències es van descarregant juntament amb el codi HTML.
Inicialment, els autors el van anomenar Mocha i, més tard, LiveScript, però va ser rebatejat com JavaScript en un anunci conjunt entre Sun Microsystems i Netscape el 4 de desembre de 1995.
El 1997 els autors van proposar JavaScript perquè fos adoptat com a estàndard de l'European Computer Manufacturers' Association (ECMA –Associació Europea de Fabricants d'Ordinadors–, que, malgrat el seu nom no és europea sinó internacional), amb seu a Ginebra. El juny de 1997 va ser adoptat com a estàndard ECMA, amb el nom d'ECMAScript. Poc després també ho va ser com a estàndard ISO.
JavaScript és la implementació d'ECMAScript de Microsoft, molt similar al JavaScript de Netscape, però amb certes diferències en el model d'objectes del navegador que freqüentment fan que les dues versions siguin incompatibles.
Per a evitar aquestes incompatibilitats, el World Wide Web Consortium va dissenyar l'estàndard document object model (4) (DOM), que incorporen Konqueror, les versions 6 d'Internet Explorer i Netscape Navigator, Opera versió 7 i Mozilla des de la seva primera versió.
O3D
O3D, una API construïda en JavaScript de codi obert (llicència BSD) per Google per a la creació d’aplicacions amb gràfics 3D, ha estat un dels primers intents de portar l’acceleració 3D a la Xarxa. Es podia executar directament en el navegador i, així, executar jocs, anuncis, visualitzadors de models 3D, proves de productes i mons virtuals. Actualment, O3D està essent substituïda per altres motors 3D més avançats. Pel que fa a aquesta qüestió, podeu llegir l’apartat de WebGL.
COLLADA
COLLADA™ és un convertidor d'arxius que defineix un esquema basat en XML perquè sigui fàcil el transport d'actius 3D entre aplicacions. Permet autoria 3D i diverses eines de processament de contingut que es combinen en una línia de producció.
El llenguatge intermedi proporciona una codificació completa de les escenes visuals que inclouen: la geometria, els shaders i efectes, la física, l'animació, la cinemàtica i les representacions. Permet que les principals eines de creació treballin juntes d'una manera eficaç per a crear efectes d'ombra i aplicacions 3D.
WebGL
Es tracta d’un nou estàndard de representació 3D en els navegadors web. En línies bàsiques, es pot afirmar amb tota seguretat que és una nova manera de viure i interactuar amb el 3D en entorns virtuals, amb innombrables possibilitats en camps tan diferents com l’enginyeria, l’arquitectura, la ciència i els jocs, entre molts més. Destaca la possibilitat de viure experiències 3D sense la necessitat d’implementacions d’API específiques o potents motors de renderització. És una realitat que apropa més la navegació intuïtiva i rescata noves perspectives de visualització.
WebGL és una tecnologia aplicada a la visualització en navegadors d’elements tridimensionals que permet renderitzar en temps real sense sol·licitar més implementacions de màquina.
És una experiència desenvolupada per un grup de recerca formada per un consorci de tecnologia sense ànim de lucre: KhronosGroup (http://www.khronos.org).
Apple, Google, Mozilla o Opera són algunes de les empreses que participen en aquest consorci, la qual cosa assegura, d’entrada, que alguna cosa espectacular està sorgint!
La característica principal d’aquest nou estàndard per implantar en els navegadors és la completa absència d’API específiques instal·lades en la destinació, cosa que l’emmarca dins d’un context menys exigent quant a les limitacions de cada individu.
Un dels requisits mínims per a poder provar aquesta nova experiència és que la plataforma del navegador suporti Open GL 2.0 o OpenGL ES 2.0, present en navegadors com Mozilla Firefox, Mozilla Fennec, Google Chrome o SafariOS Lion 5.1.
Quant a les aplicacions, aquesta nova tecnologia ens permetrà anar un pas per davant de les actuals experiències en línia i obrir uns conceptes nous que fins al moment només podíem apreciar en aplicacions tancades.
De manera resumida esmentarem:

  • La importació d'escenes i objectes 3D

  • L'aplicació de materials i textures

  • La visualització de detalls i efecte.

4.2.2.Importación d'escenes i objectes 3D
Amb l'entrada del 3D al món d'Internet, serà possible crear escenes i objectes amb el nostre programa preferit (Maya, 3D Studio, etc.) i després exportar-los directament amb un convertidor específic, com ara COLLADA. D'aquesta manera, enriquirem el contingut de les nostres pàgines web; es podran crear infinitat d'elements auxiliars, com pop-ups o finestres emergents, bàners, etc.; tot amb la nova experiència de possibilitar a l'usuari més interacció i un motor de regeneració potent i en temps real.
La possibilitat d'homogeneïtzar els processos i fondre els diferents aplicatius oferirà al dissenyador un mètode d'acceptació fàcil i de fort impacte. L'admissió de tecnologia preparada directament des de programes de modelització a l'entorn d'Internet serà un avenç que obrirà vies a l'experimentació.
4.2.3.Materials i textures
La introducció de la tecnologia 3D a l'entorn web possibilitarà una riquesa de detalls més gran; les textures i els materials podran ser més realistes, ja que el processament de càlcul estarà més ajustat als nivells sol·licitats per aquests processos, amb la qual cosa els efectes de tramatge difusos quedaran exclosos i les textures planes donaran lloc a textures reals i tindran com a resultat elements de més contrast.
La tecnologia 3D ja és una realitat que es pot aplicar actualment. Segurament, la millora de la sortida dels perifèrics de visualització donarà altres sorpreses quan la tecnologia estigui aplicada de manera definitiva, com podran ser les experiències tridimensionals.
4.2.4.Detalls i efectes
La possibilitat d'efectuar finestres de zoom permetrà la visualització de detalls que només l'entorn 3D pot fer possible. Aquí entra en escena el nivell més alt d'interacció de l'usuari, que descobrirà elements que, en principi, semblarien normals. D'aquesta manera, es dotarà el programador i el dissenyador d'una nova eina de creació que podrà assolir detalls que mai no han tingut lloc a la xarxa.
D'altra banda, i sense restar-li importància –al contrari–, un dels protagonistes de l'arribada imminent del 3D a la xarxa seran els efectes. Les simulacions constituiran veritables joies que actuaran en un escenari barrejades amb objectes, textures i materials, que en conjunt faran possible la creació de mons virtuals i escenes a l'altura de les principals pel·lícules animades 3D, que actualment omplen les grans sales de cinema.
En aquest punt, ja es pot entreveure, de manera tímida, el que ens espera amb l'arribada del 3D a la Xarxa. Les opcions de creació i les eines derivades d'aquesta arribada són un presagi d'una nova manera de veure, interactuar i crear dins de la Xarxa.

4.3.Aplicacions de demostració

Perquè l’experiència sigui fructífera, es recomana utilitzar els navegadors que admetin Open GL2.0 o OpenGL ES 2.0.
En cada un dels exemples que segueixen, cal fer atenció a diversos aspectes bàsics a l’hora d’avaluar la complexitat i la implementació dels motors 3D en l’entorn virtual.
Es poden analitzar diversos aspectes que són importants en l’eclosió d’aquesta tecnologia. Adoneu-vos de la velocitat de regeneració dels polígons o fins i tot de diferents angles de càmera respecte als diferents efectes (refraccions, llums, textures, etc.).
Després podeu experimentar amb zooms i apreciar detalls de textura i materials que abans tenien un èxit poc probable, i també la velocitat d’interacció que cada exemple té associada.
Les possibilitats d’articulació dels models i la interacció amb els diferents objectes de les escenes, i la resposta ràpida dels comandaments i la integració fàcil en l’entorn són aspectes que mereixen una atenció especial, no solament per la qüestió gràfica, sinó per les innombrables possibilitats que tindrem a les mans.
Dins de la senzillesa o complexitat de cada demostració, hi ha una important feina de recerca i tecnologia que farà un pas important en la renovació de la Xarxa, amb relació a l’experiència tridimensional.
És hora de provar!
1) http://madebyevan.com/webgl-water/
La interacció es fa de diverses maneres: amb tocs del ratolí es poden crear petites ondulacions a la piscina, podeu canviar la perspectiva de visualització o fins i tot fer flotar l’esfera del fons de la piscina. Feu especial atenció a la resposta dels materials (aigua en aquest cas) amb la interacció amb l’usuari.
Figura 125
Figura 125
2) http://www.playmapscube.com/
Un joc tridimensional, on la física dels elements actua automàticament amb els gràfics 3D. Intenteu portar la boleta al seu lloc, amb tocs suaus de ratolí. Viviu una experiència interactiva en un entorn 3D del més que conegut Google Maps!
Figura 126
Figura 126
3) http://www.zygotebody.com/
Eina de consulta, on podreu descobrir els racons més específics del cos humà. Ossos, músculs, òrgans, tot al toc del ratolí. Com més a prop de cada element, més podreu apreciar la capacitat del motor de renderització. Us convidem a apropar-vos fins al màxim extrem i adonar-vos de la completa absència de pixelació de cada element.
Figura 127
Figura 127
Figura 128
Figura 128
Si encara no teniu prou exemples per a un judici més determinant en relació amb la tecnologia emergent del WebGL, us proposem que visiteu aquestes altres experiències 3D:
http://nouvellevague.ultranoir.com/
http://oos.moxiecode.com/js_webgl/particles_morph/
http://cnn-ecosphere.com/
4.3.1.Google Earth
Una altra de les aplicacions en l'entorn de la xarxa és Google Earth. A hores d'ara, la gran majoria de les persones que té accés a Internet com a mínim sap de què es tracta. Però realment són conscients de les nombroses possibilitats que s'estan creant a partir d'aquesta tecnologia?
Per a un segment d'usuaris de Google Earth, aquesta eina només és un aplicatiu que recull, per mitjà de coordenades i suport de satèl·lits, fotografies de tot el planeta, inserides en una projecció superficial, amb la qual cosa tenim la sensació de visualització tridimensional. Aquesta afirmació és correcta? John Hanke ens explica què és realment Google Earth:
Figura 129. John Hanke, dissenyador de Google Earth
Figura 129. John Hanke, dissenyador de Google Earth

Partim d'un model tridimensional de la superfície del planeta fet amb les dades registrades mitjançant radar, des del transbordador espacial, fa uns anys. Sobre aquest primer nivell afegim imatges preses des de satèl·lits. Comencem amb les fotografies de Landsat (5) .

Les imatges amb més resolució normalment són fetes des d'avions –molts municipis i països prenen aquestes dades com a ajuda per a la gestió del sòl, l'agricultura o la planificació urbanística. Després també tenim imatges des de l'espai, per exemple a través de l'empresa Digital Globe, que opera el satèl·lit privat QuickBird, amb resolució de 60 centímetres.

Entrevista al diari El País del 27 de març de 2006

Fa alguns anys que Google Earth ha estat treballant sobre diferents aplicacions per al seu aplicatiu, amb l'objectiu de deixar de ser només una eina de consulta geogràfica i passi a tenir diferents usos, entre els quals podem esmentar alguns exemples, ja que en el mercat s'està treballant en moltes altres aplicacions.

  • Jocs. La utilització de l'entorn 3D de Google Earth per a crear jocs d'última generació es comença a desenvolupar.

  • Trajectes georeferenciats. Reproducció de viatges georeferenciats, amb fotografies i descripcions de cada ruta que s'implanta. La web d'@trip té un connector que es connecta amb Google Earth i des d'aquí es pot seleccionar el visionament en diferents modes, entre els quals se situa el 3D de la ruta.

    Figura 131. Rutes georeferenciades en 3D
    Figura 131. Rutes georeferenciades en 3D

  • Estudis d'impacte en el territori. L'impacte de les diferents estructures en el territori és cada vegada més un tema de discussió entre diferents grups. El dilema del desenvolupament davant de la protecció del medi sempre ha estat en primer pla. L'objectiu d'aquesta aplicació de Google no és aixecar polèmiques sobre el que era i en què es va transformar el territori; la finalitat és simplement arribar a ser una eina de consulta amb valor històric. L'ús que es va fer d'aquesta funció va més enllà de la premissa inicial.

    Figura 132. Torre Agbar. Barcelona, desembre de 2006
    Figura 132. Torre Agbar. Barcelona, desembre de 2006
    Figura 133. Torre Agbar. Barcelona, febrer de 2009
    Figura 133. Torre Agbar. Barcelona, febrer de 2009

  • Generació tridimensional del fons marí. L'estudi del fons marí i la construcció tridimensional d'aquest per mitjà de la informació i dels satèl·lits ens permetrà entendre i saber més coses d'aquest immens dipòsit d'aigua salada. Els científics veuen amb bons ulls la tecnologia 3D aplicada a la construcció de terrenys batimètrics tridimensionals. La formació del model digital permetrà estudiar aspectes fins avui poc coneguts.

    Figura 134. Imatge de vídeo promocional
    Figura 134. Imatge de vídeo promocional

  • Ciències aplicades a altres planetes. Les visites virtuals a la Lluna i a Mart ja són reals. L'aportació d'informació i les últimes sondes han permès a Google dibuixar la superfície tridimensional del planeta Mart i de la Lluna.

    Figura 135. Apollo 15 a la superfície lunar
    Figura 135. Apollo 15 a la superfície lunar

  • Simuladors de diferent índole, com els del clima o els del seguiment d'incendis.

4.4.SketchUp

La introducció a Google Earth és un punt de partida per al que realment ens pot interessar dins de l'estudi de les tecnologies 3D. Fins ara hem parlat de Google Earth per donar a conèixer diferents aspectes en què la tridimensionalitat està introduïda, però el que realment pot ser interessant per a nosaltres és el que veurem a continuació: la tecnologia de SketchUp, que és el programari específic per a les aplicacions i els dissenys 3D en l'entorn de Google Earth.
SketchUp és un programari que està orientat al dibuix tridimensional d'interpretació fàcil i conté algunes prestacions interessants. És un aplicatiu desenvolupat per al públic en general, però, en línies generals, supera els programes similars del mercat. La seva funció principal és crear models senzills en tres dimensions i interactuar amb altres elements, com Google Earth, per exemple.
SketchUp té dues versions: una de llicència lliure i una altra de pagament. Per baixar-vos-en la versió lliure, cal adreçar-se a aquest enllaç:
http://www.sketchup.com/intl/es/download/index.html
Aquest programari té una important aportació de dissenyadors que comparteixen els seus models amb la comunitat, per la qual cosa existeixen importants biblioteques de models per a importació. Els programes d'aprenentatge també són abundants. Es pot dir que la corba d'aprenentatge és realment curta; l'usuari es familiaritza de seguida amb el programa amb la visualització de dos o tres programes d'aprenentatge. La interfície és bastant intuïtiva i hi ha presents les ordres bàsiques.
Figura 136. Pantalla d'inici del programa
Ampliació
Figura 136. Pantalla d'inici del programa
La complexitat d'elements reals es pot resoldre de manera satisfactòria amb SketchUp. Presentem un exemple clar:
Figura 137. Model tridimensional del temple de la Sagrada Família
Figura 137. Model tridimensional del temple de la Sagrada Família
A la finestra de Buscar de Google Earth, escrivim Sagrada Família i, en qüestió d'instants, ens ubicarà a Barcelona, on podrem trobar aquest i altres models tridimensionals creats per diferents usuaris de SketchUp i que els comparteixen amb tota la comunitat (Hem de tenir activada la casella "Edificios 3D" a l'apartat "CAPAS").
Per a tenir una idea més clara de la facilitat de treballar amb aquesta aplicació, mirem des de la interfície del programa el model que prèviament hem baixat.
Figura 138. Model de la Sagrada Família (Barcelona) sense textures
Ampliació
Figura 138. Model de la Sagrada Família (Barcelona) sense textures
La complexitat de l'arquitectura de Gaudí se soluciona amb sòlids mixtos, sollevaments i una geometria adaptada al disseny del temple. Després, amb algunes textures aconseguides amb fotografies del temple s'ha pogut adaptar a la realitat de manera satisfactòria.
Figura 139. Model de la Sagrada Família (Barcelona) amb textures
Ampliació
Figura 139. Model de la Sagrada Família (Barcelona) amb textures
L'aplicació d'aquest programari és bastant àmplia. Es poden crear elements per a després inserir-los geogràficament en l'entorn de Google Earth, amb la qual cosa es pot preparar una ruta de viatge amb edificis tridimensionals, barrejats amb fotos de l'entorn. També es poden crear elements d'interiorisme, com cadires, taules, armaris, etc.; una varietat d'elements que es construeixen de manera ràpida i amb resultats òptims. Els estudis de volum per a futures aplicacions arquitectòniques també poden constituir una de les funcions del programa; la facilitat per a orientar volums sobre fotografies permet que la perspectiva de l'usuari sigui més realista. Les possibilitats són àmplies i la varietat d'elements inserits a la biblioteca de descàrregues és molt extensa.
No podem comparar aquest programa amb altres de similars, però cal ressaltar que els programes de nivell professional tenen totes les característiques d'aquest aplicatiu i un motor més potent, amb funcions més detallades en tot el que es refereix a la modelització 3D. Sens dubte, també són més complexos d'utilitzar. L'objectiu de SketchUp és que les primeres experiències amb el 3D siguin agradables i que el salt al nivell professional suposi un avanç gradual.

4.5.Models

A continuació es presenta un recopilatori d'alguns models 3D modelitzats amb SketchUp.
Madrid
Figura 140. Catedral de l'Almudena
Figura 140. Catedral de l'Almudena
Figura 141. Estadi Vicente Calderónpeu
Figura 141. Estadi Vicente Calderónpeu
Bilbao
Figura 142. Museu Guggenheim i pont de la Salve
Figura 142. Museu Guggenheim i pont de la Salve
Figura 143. Teatre Arriaga
Figura 143. Teatre Arriaga
València
Figura 144. Ciutat de les Ciències
Figura 144. Ciutat de les Ciències
Brasil
Figura 145. Estadi del Maracanã (Rio de Janeiro)
Figura 145. Estadi del Maracanã (Rio de Janeiro)
Portugal
Figura 146. Monestir dels Jerónimos (Lisboa)
Figura 146. Monestir dels Jerónimos (Lisboa)

5.El futur del 3D: entorns i aplicacions

5.1.Introducció

El 3D ha interpretat un paper protagonista en aquests últims anys, com hem vist, un protagonisme tímid com qui ja sap que acabarà atraient totes les mirades. Aquesta realitat s'està confirmant amb la implementació de diversos dispositius, tecnologies i aplicacions 3D, tant a nivell empresarial com en l'àmbit dels usuaris domèstics. La revolució del 3D és present en els cinemes, els perifèrics, la xarxa, la televisió i, de la manera en què va abraçant els principals canals de comunicació, en breu serà una realitat tan comuna com és avui en dia l'entorn virtual d'Internet.
Aquest apartat servirà per a aproximar aquesta nova realitat a l'estudiant, de manera que pugui descobrir el món 3D que l'envolta per si mateix. Tractarem d'exemplificar aquesta nova tendència amb diferents exemples.
La realitat de la introducció del 3D en l'entorn informàtic va experimentar el seu apogeu fa uns anys; per tant, escriure exhaustivament sobre aquest tema seria explicar una realitat ja implantada. L'objectiu d'aquest apartat és justament fer que l'estudiant pugui girar el seu punt de vista i estendre'l a altres elements dels quals, conjuntament amb la tecnologia informàtica 3D, pugui estudiar la fusió, la barreja o la relació entre ells.
Les tecnologies comentades en aquest apartat apropen l'estudiant a una utilització de la tecnologia que fa molt poc temps va iniciar la seva implantació. I aquesta és la diferència amb el que hem vist en l'apartat "Actualitat", on hem comentat tecnologies 3D que ja són una realitat en l'entorn de treball o lleure.
Pot ser que alguna de les novetats que veurem aquí mai no arribin a estar a disposició del públic en general, sigui pels motius que sigui. El que és realment important és que al final d'aquest apartat es pugui arribar a la conclusió que el 3D està en evolució constant i que els experiments i les noves tendències seran una constant.
Aprofito aquest final d'introducció per a convidar l'estudiant a fer servir, en el discurs de la lectura el seu "olfacte" curiós i que intenti per si mateix descobrir més coses respecte a tot el que aquí es comenta. Doncs a "ficar-hi el nas"!

5.2.Tecnologia de futur

Es va acabar el temps en què parlar de 3D era imaginar una pantalla d'ordinador amb un usuari modelant, imprimint en fulls de paper fotogràfic o creant una animació. En l'actualitat el 3D ha ampliat les seves possibilitats i és cada vegada més comú aplicar tècniques 3D en diversos camps d'actuació. La frontera entre el 3D tradicional i les possibilitats que s'apropen, la posa el mateix usuari, que passa a utilitzar l'entorn 3D amb més creativitat i imaginació.
En aquest subapartat farem referència a una sèrie de tecnologies emergents que tenen com a missió obrir noves portes d'entrada al 3D. Cadascú ha d'encaixar les possibilitats de cada tecnologia amb els seus propis interessos i objectius.

  • Impressores 3D

  • Vídeos 3D

  • Streaming o reproducció en temps real de pel·lícules 3D

  • Càmeres 3D

  • Projectors 3D

  • Simuladors 3D

  • Moda 3D

A tall d'introducció, detallarem només un parell d'aquestes noves tecnologies i deixarem que l'alumne descobreixi per si mateix les altres i que n'afegeixi d'altres a la llista.
5.2.1.Impressores 3D
Funcionament
Les impressores 3D funcionen d'una manera bastant senzilla d'interpretar, igual que una impressora normal, tracen línies horitzontals i treballen amb un desplaçament de carro idèntic. El que canvia, i és la novetat, és el desplaçament del carro per l'eix Z, de baix cap a dalt, que crea la tercera dimensió.
Un altre aspecte que cal destacar és la tinta i el mateix paper, que en realitat són resines en forma de pols-compòsit, que s'agreguen entre si i formen una pel·lícula en capes sobreposades.
En les il·lustracions que veiem a continuació s'explica el procés de manera gràfica.
Figura 147. Recordeu el nostre model de l'apartat "Funcionalitats del 3D"?
Figura 147. Recordeu el nostre model de l'apartat "Funcionalitats del 3D"?
Doncs si volguéssim transformar el nostre model digital en un objecte com a tal, n'hi hauria prou de carregar el model 3D en la memòria de la impressora 3D i acompanyar pas a pas la creació de l'objecte.
La primera capa impresa correspondria a una geometria semblant a la figura 190.
Figura 148. Primera capa
Figura 148. Primera capa
El carro de la impressora es desplaça passant per la cubeta de material i arrossega una capa de pols que escampa sobre la cubeta de construcció fins a cobrir-la per complet.
Es crearien tantes capes successives per a començar a obtenir l'altura desitjada de l'objecte. Les capes generalment tenen un gruix d'entre 0,089 i 0.203 mm, segons el tipus de material d'impressió.
Novament el carro es desplaça en sentit invers. injecta una solució d'aglutinant sobre la pols i solidifica la secció o capa de l'objecte, solució denominada aglutinant o binder. Aquesta és absorbida per la pols en aquells punts indicats per l'arxiu 3D.
Figura 149. Capa sobre capa fins a arribar a l'altura del model
Figura 149. Capa sobre capa fins a arribar a l'altura del model
Quan la secció està totalment impresa, el pistó de construcció descendeix lleument i una nova capa de pols és escampada sobre la superfície de construcció. Aquest procés es repetirà en cada capa fins que el model estigui totalment construït.
Arribaria a un punt que la impressora identificaria que l'altura S seria completa i llavors començaria a fer capes amb la informació de l'altura P del model.
Figura 150. Capa sobre capa fins a arribar a l'altura del model
Figura 150. Capa sobre capa fins a arribar a l'altura del model
Una vegada acabat el treball, la impressora procedeix a l'evacuació de la pols no utilitzada, que és reciclable, i la passa novament al dipòsit de material perquè sigui reutilitzada en impressions posteriors.
Les impressores 3D es classifiquen en dos tipus, segons el mètode emprat en la compactació de la pols:

  • Impressores 3D de tinta: utilitzen una tinta aglomerant per a compactar la pols. L'ús d'una tinta permet la impressió en diferents colors.

  • Impressores 3D làser: un làser transfereix energia a la pols i fa que es polimeritzi. Després se submergeix en un líquid que fa que les zones polimeritzades se solidifiquin.

Hi ha altres maneres d'imprimir amb diferents materials, com per exemple la injecció de resines líquides, però no és del cas aprofundir en la tecnologia; n'hi ha prou amb tenir una idea molt clara del que es tracta i com ens ajudarà amb els nostres experiments en 3D.
Figura 151. Model Zprinter 450
Figura 151. Model Zprinter 450
Camps d'aplicació
L'aplicació d'aquesta nova tecnologia és tan extensa com les seves possibilitats. El sector de la indústria serà el més beneficiat per la implementació de noves maneres de reduir costos utilitzant la tecnologia 3D.
A tall d'exemple, podem esmentar alguns camps específics perquè es pugui tenir una idea més clara d'on s'utilitzaran les possibilitats de les impressores 3D:

  • Indústria mecànica

  • Arquitectura

  • Topografia

  • Indústria de la moda

  • Medicina

  • Indústria automobilística

  • Entre molts altres més!

La indústria mecànica i automobilística
La indústria mecànica té com a meta assumir pocs riscos derivats dels seus models, amb l'arribada dels ordinadors a la dècada dels seixanta i amb la implementació de la tecnologia aplicada al disseny CAD-CAM, el sector va experimentar una millora més que considerable en les seves línies de producció. Les toleràncies d'error en la fabricació de matrius de producció i una millora dels motlles de sèrie van contribuir a la millora de la qualitat i a una reducció de costos derivats dels laboratoris de qualitat, per tant, a una reducció del preu de venda del producte acabat.
Tots aquests avantatges tenen un denominador comú: el 3D. El 3D va millorar de manera excepcional els temps d'estudi, proves i producció del producte. Els assajos per ordinador amb models tridimensionals van ser clau per a descobrir errors que en un altre temps només es detectaven moltes vegades en la mateixa cadena de producció. L'arribada de la maquinària CNC (control numèric amb ordinador o computer numerical control) va ser una revolució en la indústria mecànica. Les peces modelitzades en 3D en programes de CAD-CAM passaven directament a la màquina de producció i el resultat eren peces amb toleràncies d'error mínimes en un temps d'execució rècord.
El 3D una vegada més entrava en la indústria per a revolucionar les cadenes de producció.
Figura 152. Fresadora CNC
Figura 152. Fresadora CNC
Figura 153. Programari 3D per a maquinària CNC
Ampliació
Figura 153. Programari 3D per a maquinària CNC
L'estudi d'elements mecànics nous fins al moment es feia segons un model 3D virtual; després, una vegada aprovat, es feia una prova real de producció i s'ajustaven els possibles errors de disseny. Tots aquests passos implicaven la paralització d'un conjunt de treballadors i màquines que, d'una banda, disminuïen el temps de procés i, de l'altra, no permetien rebaixar costos del producte, ja que la investigació i els controls de qualitat també són costos que acaben per repercutir en el producte acabat.
Les impressores 3D, per la facilitat d'ús i els resultats excel·lents amb diferents materials, passen a permetre que les màquines destinades a produir i els operaris facin el que realment se'ls assigna, produir, mentre que les proves de disseny de producte queden restringides a l'equip de recerca i desenvolupament (R+D).
Les impressores 3D tenen un paper clau en la realització de models tridimensionals virtuals en els departaments d'investigació. A partir d'ara podran tocar, veure i corregir errors de disseny als quals abans no es tenia accés, o l'accés representava una pèrdua important de costos.
Figura 154. Model conjunt mecànic - impressora 3D
Figura 154. Model conjunt mecànic - impressora 3D
Per la seva banda, el sector automobilístic també es veu millorat principalment en els departaments de disseny i investigació. De la mateixa manera que la indústria mecànica, que està íntimament lligada al sector de l'automòbil, aquest sector veurà una millora contínua en la reducció de temps i recursos provocada per la implementació de les impressores 3D. Parlem pràcticament dels mateixos avantatges.
Figura 155. Prototip motor
Figura 155. Prototip motor
Arquitectura
L'arquitectura és un altre camp d'actuació on la tecnologia de les impressores 3D tindrà un protagonisme absolut.
El 3D va proporcionar una nova manera d'interpretar els projectes elaborats per arquitectes i ha obert una nova via de comunicació entre els professionals i el públic en general. Tot això gràcies a les simulacions virtuals, que amb una qualitat gairebé fotogràfica plasmen els elements projectats.
Figura 156. Exemple de projecte en 2D
Figura 156. Exemple de projecte en 2D
Figura 157. Exemple del mateix projecte en 3D
Figura 157. Exemple del mateix projecte en 3D
Però hi ha una altra manera de simular els projectes que encara es fa de manera manual, amb temps d'execució molt llargs, costos elevats i que la tecnologia de les impressores 3D pot substituir. Parlem de les maquetes.
Figura 158. Exemple de maqueta
Figura 158. Exemple de maqueta
Les maquetes actuals són executades completament de manera manual, els professionals d'aquest sector, d'acord amb la complexitat del projecte, triguen setmanes o fins i tot mesos a elaborar una maqueta completa i que representi els models tridimensionals de manera clara i al·lusiva a l'objectiu de la proposta.
La idea de modelitzar tot el projecte i passar directament a una impressora 3D, resol a l'instant diversos aspectes, com ara els costos de fabricació de la maqueta, la qualitat i precisió de la màquina, la rapidesa en el procés d'elaboració, la possibilitat de canvis i altres més. Els maquetistes s'estan abocant de manera massiva amb aquesta nova porta que s'obre gràcies a la tecnologia del 3D.
Figura 159. Model impressora 3D
Figura 159. Model impressora 3D
Topografia
Completament lligada a l'arquitectura, trobem la topografia, que en termes generals tècnics significa:

"La topografía es la ciencia que estudia el conjunto de principios y procedimientos que tienen por objeto la representación gráfica de la superficie de la Tierra, con sus formas y detalles, tanto naturales como artificiales. La palabra topografía tiene como raíces topos, que significa «lugar», y grafos que significa «descripción». Esta representación tiene lugar sobre superficies planas, limitándose a pequeñas extensiones de terreno, utilizando la denominación de geodesia para áreas mayores. De manera muy simple, puede decirse que para un topógrafo la Tierra es plana, mientras que para un geodesta no lo es.

Para eso se utiliza un sistema de coordenadas tridimensional, siendo la X y la Y competencia de la planimetría, y la Z de la altimetría.

Los mapas topográficos utilizan el sistema de representación de planos acotados, mostrando la elevación del terreno utilizando líneas que conectan los puntos con la misma cota respecto de un plano de referencia, denominadas curvas de nivel, en cuyo caso se dice que el mapa es hipsográfico. Dicho plano de referencia puede ser o no el nivel del mar, pero en caso de serlo se hablará de altitudes en lugar de cotas."

Wikipedia

Per tant, denominem topografia l'estudi del terreny amb les seves altures i depressions, de manera molt resumida.
Objecte d'aquesta tècnica són justament les maquetes de terreny que s'utilitzen per a planificar territoris, estudiar direccions i quantitats de pluges en una superfície, estudiar l'impacte ambiental sobre el terreny, estudiar de manera tridimensional la ubicació i la construcció d'edificis o cases a terrenys determinats, i una infinitat de finalitats més que exigeixen la caracterització del terreny en forma de model físic i tridimensional.
Figura 160. Maqueta d'un terreny
Figura 160. Maqueta d'un terreny
La feina d'un maquetista de terrenys és bastant complexa, ja que un terreny està format per diverses corbes de nivell. Cada corba de nivell, generalment i d'acord amb l'escala seleccionada, representa un metre d'altura. Per tant, per a cada capa de terreny que tingui un metre d'altura, cal traçar i anar muntant capa sobre capa fins a tenir tota l'altura del terreny en qüestió.
Figura 161. Detall d'un plànol 2D amb corbes de nivel
Figura 161. Detall d'un plànol 2D amb corbes de nivel
El que fan les impressores 3D és llegir aquestes capes una per una i traçar el model de cada altura del terreny, de manera que al final de la impressió tindrem el nostre model tridimensional perfecte i preparat per a estudiar-lo.
Moda
Entrant en un altre camp d'aplicació completament diferent, veurem com en la moda també s'utilitzen les impressores 3D.
El prototipatge de sabates i peces de roba també és un procés complex que involucra una sèrie de professionals que estan especialitzats en aspectes com la comoditat, el confort, el disseny, la producció o fins i tot la relació cost/qualitat. En aquest cas, les impressores 3D faciliten justament l'estalvi de temps per a confeccionar un model prototip. Una vegada treballat el model en el programa de modelització 3D, i segons els requisits establerts, n'hi ha prou amb posar el material més adequat a la impressora i treure una "impressió prèvia", i el resultat després d'algunes hores és un model amb què pràcticament ens podem calçar i caminar!
Figura 162. Model tridimensional sector de la moda
Figura 162. Model tridimensional sector de la moda
Medicina
Un altre sector que acaricia les possibilitats de la impressió 3D és la medicina. Les tècniques d'aprenentatge amb experiències amb models humans reals mai no seran substituïdes per la fredor del plàstic i dels materials sintètics, però estaran més units que mai.
En aquests moments, pels motius més diversos, escasseja la donació de cossos per al desenvolupament de noves tècniques i la formació de nous cirurgians, i l'arribada d'un perifèric d'aquestes característiques millorarà de manera exponencial tot el que està relacionat amb la fusió 3D-medicina. No serà estrany que en un futur no gaire llunyà l'estudiant de medicina tingui assignatures 3D en el seu expedient acadèmic.
Quan parlem de medicina, utilitzem el terme en el seu sentit més ampli, ja que podríem expandir-nos a altres camps d'actuació on la medicina representa un paper fonamental, com ara per als metges forenses i legals, que, treballant de manera conjunta amb equips d'investigació, solucionen crims i misteris a partir de l'estudi mèdic de les proves aportades. Fins i tot els protèsics trobaran en les impressores 3D una manera més ràpida i precisa de processar les peces dentals encarregades. En aquest punt ja es pot veure fins on poden arribar les utilitats de les impressores 3D. És qüestió de donar ales a la imaginació i trobar les formes més diverses d'aplicació.
Figura 163. Model tridimensional i la seva respectiva impressió 3D
Figura 163. Model tridimensional i la seva respectiva impressió 3D
Parlant ja d'una manera més futurista, els mitjans de comunicació ja comencen a parlar de restitució d'òrgans humans per mitjà d'òrgans executats per la tecnologia d'impressió 3D (bioimpressió). Utopia o realitat a llarg termini? Sincerament creiem en la tecnologia 3D com a eina del futur més pròxim i parlar d'un canvi de tinta sintètica per material d'impressió "biològic compatible" és una qüestió de temps. És qüestió de no perdre el fil de la història i continuar acompanyant els llargs passos del món 3D!
5.2.2.3D a la moda
La moda també està presentant canvis pel que fa a l'aplicació de la tecnologia 3D en la seva rutina de treball. Abans hem comentat de manera bastant escarida com la indústria del calçat, per exemple, utilitza el binomi modelització-impressió 3D per a millorar i reduir els costos de disseny de producte.
No parlarem d'impressores que "imprimeixen" vestits i esmòquings, però sí d'una tecnologia més interactiva, una experiència extrasensorial. És possible olorar o sentir textures en un entorn virtual? Continueu llegint per saber fins a quin punt això pot ser real o no.
Ja fa alguns anys que el programari específic per a aplicacions de moda és una constant en les firmes petites i grans. L'estudi de materials i la seva aplicació en maniquins virtuals ja funciona de manera habitual, amb la diferència que actualment s'està treballant en artefactes més sofisticats i individualitzats, deixant de banda l'estereotip implantat pel sector.
En algunes cases estilistes prestigioses, ja es poden deixar de banda les eternes proves de vestuari, en què treure i posar roba estava a l'ordre del dia. Ara, sensors de mesures sofisticats escanegen el client, transfereixen les dades a l'ordinador, i la recerca en una base de dades pot determinar de manera instantània quins són els models disponibles per a la figura calibrada a l'ordinador. Fins i tot van més enllà i, de manera totalment personalitzada, el mateix client, després de fer diverses proves virtuals amb el seu avatar digital, acaba seleccionant el model que més li agrada amb el color al seu criteri i el detall del botó de color taronja fosforescent. Tot això sense haver-se emprovat la peça de roba.
El que ja és una realitat més quotidiana són els programes específics de disseny de moda, totalment elaborats sobre una plataforma de modelització tridimensional. Aquests artífexs digitals són eines poderoses que, per mitjà de milions de càlculs, poden detectar fins i tot el vol d'una faldilla en el model digital. La precisió és tan gran que el procés de patronatge es veu fortificat i és més precís que mai.
Els costos d'estudi i posada en producció de diverses col·leccions s'estan revolucionant amb l'arribada del 3D al sector.
Figura 164. El 3D i la moda
Figura 164. El 3D i la moda
Però això no és tot. L'Institut Francès del Tèxtil i del Vestit (IFTV) està treballant en un sistema innovador que segurament canviarà la manera de dissenyar la moda i que visqui l'experiència tridimensional de manera mai vista.
El sector de la moda, encara que està experimentant un canvi en la manera de dissenyar els models per mitjà d'eines auxiliars, com bé hem comentat abans, demana de manera clara i contundent una millora en el sistema 3D i afegeix a les seves noves peces una tecnologia que fins fa pocs anys podria ser classificada com una veritable blasfèmia en el món digital, la sensació del tacte. És difícil imaginar que aquest sentit pugui ser implantat en els sistemes 3D, però algunes investigacions en el sector comencen a donar les primeres llums en aquest sentit.
Figura 165. El 3D amb la moda
Figura 165. El 3D amb la moda
El projecte Synergéo, dirigit pel Dr. Bertrand Colomber, tracta justament d'experimentar amb aquesta forma d'interacció, de manera que el dissenyador, o fins i tot el mateix usuari, pugui sentir la textura del teixit, saber la suavitat o sentir la sensació de calor emesa. Per a això, la investigadora del centre de recerca de l'Institut Francès del Tèxtil i del Vestit, Ivanne Soufflet, ha estat col·laborant amb l'institut per a aconseguir el desenvolupament d'algunes tècniques que encara estan en fase de proves, però que en poc temps podran ser reals i implantades en la indústria, i finalment introduir el tacte en l'experiència tridimensional.
La idea sembla bastant simple, però la seva complexitat exigeix que es complementin les investigacions amb professionals tan diversos com els tastadors de vins.
Figura 166. Noves maneres de vestir
Figura 166. Noves maneres de vestir
El que fan aquests professionals és classificar els tipus de teixits segons el seu tacte, en funció de la seva duresa, suavitat o aspror, entre altres paràmetres. Aquesta classificació donarà lloc a una escala de tactes, que quedarà reflectida en diferents diagrames, que podran ser consultats i experimentats directament des de la pantalla de l'ordinador.
El món de la moda experimenta una revolució. En aquests petits gestos que fem cada dia, podrà suposar un canvi radical de comportaments davant del monitor. Des d'aquí fins a poder implantar els cinc sentits en el món virtual, serà una qüestió de temps.
5.2.3.Conclusions
El 3D ha estat guanyant protagonisme en diversos camps d'actuació, està sent utilitzat per a millorar la qualitat de vida de les persones, ja sigui en els camps del lleure, de la cultura, de la indústria o de la salut. Estem vivint en una època de transformacions i podríem dir, fins i tot, un nou cicle revolucionari. Seria injust comparar aquest cicle amb la revolució industrial, que va ser un marc històric, però aquesta nova etapa vindrà marcada per conceptes nous que han estat estancats durant dècades; per tant, es pot esperar com a mínim una nova cultura d'entendre i interactuar amb el món tridimensional.
El 3D té una participació fonamental en tot aquest nou procés, ja que nosaltres vivim en un espai 3D i per tant les nostres sensacions i percepcions són infinitament provades a cada instant. Arribats a aquest punt, podem concloure que aquesta tecnologia ha deixat d'estar merament associada amb el món del lleure i, cada vegada més, guanya força en camps més dispars.
Metafòricament, però mai millor dit, el 3D és la nova realitat del nostre món.