Modelar en tres dimensions

  • Martí Ribas

PID_00246186
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

1.Modelar en tres dimensions

1.1.Conceptes preliminars

1.1.1.Les males interpretacions del concepte tridimensional
És fàcil trobar qui busqui la tercera dimensió d'una imatge generada amb la tecnologia 3D fora de la fotografia. Com si la imatge tridimensional hagués de ser una escultura de petit format, una holografia o una pel·lícula IMAX, imatges finals totes aquestes que, o bé són per definició tridimensionals, o bé, en ser projectades, produeixen la sensació que es poden tocar els objectes representats.
La tercera dimensió en els programes 3D, estrictament parlant, no existeix en les imatges resultants, que acaben representades en formats de dues dimensions: paper o pantalla. El que sí que és tridimensional, i per això té aquesta característica, és el mètode de treball utilitzat per a construir aquestes imatges. L'escena 3D es basa en la representació dels tres eixos espacials –l'amplada, l'altura i la profunditat–, representades respectivament per les lletres, X, Y i Z.
Naturalment, si una imatge impresa sobre les dues dimensions del paper o projectada a sobre, o des de dins, de les dues dimensions d'una pantalla, ha estat generada amb metodologia 3D, la sensació de profunditat tindrà un pes notable, fins i tot característic, produït bàsicament per la utilització del clarobscur, la il·luminació. Però es tracta, una vegada més, d'una sensació i no d'una realitat. Un engany de la mirada o una convenció plàstica. Un artifici com la perspectiva o les tècniques de profunditat de camp tradicionals.
També contribueix als malentesos sobre el que és en realitat una imatge 3D, la utilització creixent de les escenes tridimensionals transitables, que fan possible la navegació per dins d'una escenografia. Aquest tècnica s'ha utilitzat molt en el camp dels jocs digitals interactius, però també per a visualitzacions museístiques i arquitectòniques. El realisme que pot assolir una escenografia 3D i el fet que es representi sobre els tres eixos, alguns programaris el relacionen amb la interacció que pot exercir l'usuari. Així, a partir d'animacions que es visualitzen en temps real, i la substitució física de l'usuari per l'enquadrament d'una càmera que en representa el punt de vista subjectiu, es reprodueix la sensació que s'està transitant "realment" per l'escenografia. La qüestió es pot resumir de la manera següent: "Estic veient a la pantalla el que els meus ulls veurien si jo transités realment per aquesta escena". Es tracta d'un artifici altament tecnològic, però, segurament, la realitat es queda curta en constatar que l'únic per on es transita són circuits virtuals preestablerts, en el decurs dels quals tan sols es veuen animacions generades a temps real.
1.1.2.La quarta dimensió
Braque i Picasso, i després tots els pintors cubistes, deien que obtenien la quarta dimensió representant els models de les seves pintures des de diferents punts de vista, integrant aquests diferents punts de vista a una sola imatge final.
El que es veu és tridimensional si està representat sobre els tres eixos de l'espai. Així passa en la realitat física. Tanmateix, si a aquesta possibilitat de les tres dimensions s'afegeix la possibilitat del moviment, el fet que es puguin veure els objectes, les figures i tota l'escena des de punts de vista infinits, potser també es pot parlar d'una quarta dimensió en la "realitat" del 3D. El correcte potser seria deixar d'afegir valors numèrics a les dimensions, per a parlar d'un espai tetradimensional.
El primer que gaudeix d'aquesta tetradimensionalitat és el modelador i l'animador 3D, per la definició de l'escena en què treballa. D'una manera relativa, tanmateix, perquè la complexitat d'orientació en un espai tridimensional és tan considerable que el nombre més gran d'operacions es fa des de visors 2D de l'escena, els visors de caràcter tècnic, arquitectònic: plantes i alçats. Però sí que, durant tot el procés de modelatge i d'animació, el que s'està fent es comprova, es visualitza i es viu com una realitat tridimensional que participa contínuament del moviment. Malgrat que l'espectador visualitza les imatges resultants del 3D dins dels límits dels suports bidimensionals, també participa de la tetradimensió, a partir de la riquesa extrema dels moviments de càmeres sobre l'escena que permet el 3D. No en va, la manera d'utilitzar les càmeres caracteritza en gran manera l'estètica de les animacions tridimensionals.
06518_m4_01.jpg
1.1.3.La complexitat del realisme
A la pràctica del 3D, tot convida el realisme. Després, en la realitat artística i/o comercial, la fusió de les tècniques tridimensionals amb els diferents conceptes expressius crea uns productes relativament realistes, però que rarament contradiuen aquest afany inicial de realisme.
Per exemple, la indústria cinematogràfica, encara ha produït poques pel·lícules obertament realistes, i en canvi és molt prolífica en animacions de personatges i ambients estilitzats. En general, s'han fusionat les estètiques heretades de l'animació tradicional, especialment l'estètica Disney, amb els recursos del realisme 3D. Per molt estilitzat que pugui arribar a ser un personatge o un escenari 3D, el modelador cedeix gairebé sempre a dotar-lo de detalls hiperrealistes, l'iris dels ulls per exemple, les textures, els cabells, el comportament de la roba, etc. I igualment el tractament del moviment, amb recursos creixents d'utilització de moviments reals i d'esquelets intel·ligents. D'altra banda, el comportament dels llums, les atmosferes i els recursos de l'enfocament fotogràfic. I finalment, els efectes i filtres que s'orienten a dotar d'una credibilitat més gran els entorns i els personatges protagonistes de les pel·lícules 3D.
Les actualitzacions dels programes tridimensionals ofereixen a cada nova versió millores en els recursos ja existents i noves propostes orientades a aconseguir una imatge d'aparença hiperfotogràfica.
La base de la imatge 3D és el realisme. La seva metodologia ofereix les mil formes d'apropar-s'hi. L'ús d'aquests potencials depèn dels projectes, dels gustos i de l'habilitat dels modeladors i animadors.
06518_m4_02.jpg
1.1.4.Les parts del 3D
Tots els processos que es duen a terme en el 3D es fan en la mateixa interfície. Normalment la pantalla es divideix entre els diferents visors de l'escena, els diferents punts de vista dels plans de treball, el de càmera, etc. L'única diferència existent en l'escena quan s'utilitza per a modelar objectes, i quan s'utilitza per a animar-los, és el botó d'animació (Animate) en vermell, obert o apagat. Les pistes d'animació, els diferents editors, els visors d'efectes especials, etc., tots apareixen superposats a la mateixa escena. Tot està integrat a la mateixa interfície, de manera que es poden compaginar els processos, alguns dels quals fins i tot es poden fer simultàniament.
06518_m4_03.jpg

1.2.El modelatge

Els recursos que ofereix el 3D per a obtenir models tridimensionals de personatges, objectes, escenografies, són d'allò més rics, i sovint, combinables entre ells, la qual cosa en multiplica les possibilitats.
No existeix un únic mètode per a modelar en 3D. Cada modelador utilitzarà la seva pròpia tècnica per obtenir, al final, un mateix model, i tots els mètodes seran igualment vàlids. Cada tècnica permet solucionar diferents problemes, i conèixer una àmplia gamma de tècniques farà que us convertiu en modeladors més eficaços. D'aquesta manera, sabreu, intuïtivament, quina eina heu de fer servir exactament per a cada tasca.
Cada model 3D està compost per una sèrie de punts situats a l'espai anomenats vèrtexs (vertices), que es connecten per formar arestes (edges), que, al seu torn, donen origen a les diferents cares de l'objecte (polygons). El conjunt que formen tots aquests elements reunits es denomina malla (mesh).
Per qualsevol modelador és vital observar tot el que l'envolta. Sense tenir referències reals és impossible fer una bona feina. Ningú és capaç de recordar tots els detalls d'un objecte real i plasmar-los fiant-se només de la seva memòria. Perquè un objecte o un ésser semblin reals, hem de tenir com a referència alguna cosa real. Un bon exercici per a algú que s'inicia en el modelatge en 3D és copiar objectes reals. Però no n'hi ha prou a copiar exactament la forma, amb tots els seus detalls, sinó que cal «entendre» l'objecte, saber per a què serveix, com s'ha de fer servir, si té defectes per l'ús, si forma part de la naturalesa o si ha estat creat per l'home…
1.2.1.Creació i modificació
Creació i modificació són els dos conceptes bàsics que intervenen en l'obtenció de models tridimensionals, tant amb relació a l'escenografia i als objectes estàtics que componen l'escena, com per als personatges i altres elements mòbils. El procés habitual consisteix en la creació de formes geomètriques simples en les quals es van introduint modificacions fins a obtenir la forma final. Aquests dos grans conceptes, que es troben clarament diferenciats en la interfície del programa, en realitat són els dos grans contenidors de recursos del 3D i es reparteixen totes les eines de modelatge.
1.2.2.Els vèrtexs
Els vèrtexs són els elements més bàsics de l'objecte 3D. Són els punts clau que defineixen l'objecte i estan dotats de tres coordenades (X, Y, Z), que els situen dins de l'espai tridimensional de l'escena. El programa utilitza els vèrtexs d'un objecte per a fer la majoria dels seus càlculs.
06518_m4_04.jpg
Les cares constitueixen el pla resultant d'una relació tancada de vèrtexs. Per exemple, tres vèrtexs equidistants entre ells formen un triangle; quatre vèrtexs equidistants entre ells formen un quadrat. Quatre vèrtexs no equidistants, llevat que se situïn en línia recta, formen un trapezi. Les cares comparteixen vèrtexs entre elles, es relacionen entre elles pels vèrtexs en la seva situació X, Y, Z. Les superfícies definides per la relació de tres vèrtexs són els polígons. El polígon més simple és un triangle, format per la relació de tres vèrtexs. Per sota ja no hi ha superfície, només una línia recta es pot definir per a dos vèrtexs.
06518_m4_05.jpg
1.2.3.Les primitives
Les primitives. Es tracta d'objectes tridimensionals, bàsicament geomètrics, que el programa genera sense necessitat de modelatge: cub, esfera, cilindre, piràmide, tub, etc. En els seus valors per defecte són formades per un nombre tan petit com sigui possible de vèrtexs: per a una piràmide seran cinc vèrtexs, quatre per a la planta i un per a l'alçat; per a un cub, vuit; per a una circumferència i per a una esfera, els mínims per a ser entesos com a tals en les seves rodoneses. Els objectes creats per primitives són immediatament editables, de manera que se'n poden modificar les característiques inicials i multiplicar les cares fins a la sacietat, en totes les seves superfícies, de manera que es fa més atapeïda la malla i més arrodonida, la forma definida per les corbes.
06518_m4_06.jpg
Les formes primitives tenen un gran protagonisme en el procés de modelatge, per més que s'hagin desenvolupat mètodes més complexos. Molts d'aquests mètodes s'apliquen a partir de la creació de primitives. En el camp arquitectònic, per a la construcció d'edificis virtuals, les primitives són fonamentals, i també per al modelatge de tots els objectes de caràcter geomètric, la realitat és plena d'objectes que es poden reproduir a partir de primitives. Fins i tot les escenografies d'aspecte més orgànic solen tenir una base estrictament geomètrica.
1.2.4.Les splines
Les splines són línies i grups de línies que s'utilitzen per a generar les superfícies dels objectes, per a generar superfícies de revolució, per a definir el recorregut de moviments de personatges, llums i càmeres, i per a molts altres usos. Quan s'utilitzen per a modelar objectes, les splines s'organitzen en l'espai 3D buscant les interseccions entre elles, i es connecten per vèrtexs, de manera que dibuixin les línies bàsiques de l'objecte. Les splines es manipulen actuant sobre els seus vèrtexs, els segments de la línia o sobre tota l'spline. Els vèrtexs es poden definir amb diferents característiques, si són Bézier ofereixen unes nanses que permeten crear corbes molt precises entre els segments. Les connexions entre vèrtexs han d'establir superfícies definides com a mínim per tres vèrtexs, i com a màxim, per quatre. Un cop descrita tota la forma de l'objecte amb línies clau, s'hi aplica un generador de superfícies (Surface) que creï la malla d'acord amb aquestes línies mestres.
06518_m4_07.jpg
1.2.5.Les malles
Les malles. L'objecte 3D es defineix per mitjà d'una determinada quantitat de polígons organitzats en l'espai tridimensionalment. Aquesta organització crea la malla d'un objecte, adaptada a tots els seus detalls volumètrics. És formada per una retícula de línies, disposades en vertical i horitzontal, que uneixen als vèrtexs, cosa que defineix superfícies. Hi ha un vèrtex en cada intersecció de dues línies. La malla és l'epidermis de l'objecte, la seva superfície té la capacitat de contenir i mostrar els colors i materials de l'objecte, les seves característiques de reflexió, opacitat o transparència, les textures i mapes de bits associats i els mapes de relleu (bump-maps).
Dotant-les d'una categoria mesh, les malles són modelables a partir dels seus vèrtexs, cares, polígons i elements. Les primeres versions dels programes 3D, aplicats als ordinadors estàndard, no oferien gaires possibilitats de modelatge, de manera que el gran recurs va ser la manipulació dels vèrtexs de les formes primitives, desplaçant-los, agrupant-los o separant-los, modelant la malla com si es tractés de plastilina. El cap i la cara d'un personatge sortien d'una esfera, les extremitats, de cilindres. Aquest modelatge mitjançant la manipulació dels vèrtexs es feia de manera manual, la qual cosa obligava el modelador a una gran habilitat escultòrica i d'orientació espacial. Cal sumar a les dificultats, el fet que, en aquella època, la visualització de les formes a les finestres de treball dels programes 3D es limitava a les malles, sense la representació simple de superfícies que s'ofereix actualment, i el fet afegit que el render era molt més lent que en l'actualitat, per la poca potència dels ordinadors.
1.2.6.El modelatge per capses
El modelatge per capses (box modelling) és un mètode de modelatge basat en aquella experiència artesanal. El modificador de malla ofereix un gran nombre de possibilitats d'actuació sobre formes primitives, capses bàsicament, que duen a terme amb molta més agilitat i precisió les operacions manuals d'abans, i n'amplien molt les prestacions. Aquests mètodes de modelatge recorden d'alguna manera la idea difosa per Miquel Àngel, segons la qual:

"L'escultura ja existia dins de la pedra abans d'esculpir-la."

Miguel Ángel

1.2.7.La fusió d'objectes
Fusió d'objectes (metaballs). Durant un temps van representar un mètode de modelatge integral, revolucionari per als mitjans de l'època. Consisteix a construir la volumetria d'un objecte 3D a partir d'esferes que tenen la capacitat de fusionar-se entre elles en diferents valors de duresa, totalment determinables. D'aquesta fusió sorgeix la malla de l'objecte. Actualment s'utilitzen en alguns sistemes de partícules.
1.2.8.Nurbs
Nurbs. Segurament és el mètode de modelatge més utilitzat actualment, especialment per a la creació de malles d'aspecte orgànic o sinuós, i superfícies corbes. S'utilitza a partir de splines, per a arribar a la malla 3D mitjançant un gran nombre de possibilitats de manipulació. Un alt domini dels seus modificadors permet arribar a desenvolupar models amb uns nivells molt alts de complexitat en un temps òptim.
1.2.9.Escultura digital
Gràcies a la capacitat d'utilitzar milions de polígons, un modelador pot manipular una malla de base utilitzant un sistema de pinzells que li permeten crear malles fotorealistes, amb molt de detall. Aquest mètode resulta molt atractiu, ja que permet obtenir un gran realisme fàcilment.
Els programes d'escultura digital imiten les tècniques de modelatge tradicional. No només es fa servir en el modelatge per a cinema i videojocs, sinó que també s'utilitza per a fer joguines, joies, prototips en el món de la indústria, o en el camp de la il·lustració científica, etc. S'han popularitzat significativament gràcies a la seva aplicació en el món de la Impressió 3D.
Tot i això, és molt important tenir en compte que no és adequat crear un model només amb programes d'escultura digital si volem que acabi sent una animació, ja que els models resultants d'aquests programes no estan preparats per patir una deformació correctament.
A continuació presentem alguns programes d'escultura digital. La informació detallada de cada un dels programes la podreu trobar a la seva pàgina web:
Zbrush, desenvolupat per Pixologic el 1999, és un gran programari d'escultura i pintura digital i un dels més utilitzats en cinema i en videojocs. Ofereix un ventall enorme de possibilitats per crear diferents característiques: amb Dynamesh es pot generar base de malla, amb ZRemesher es treballa l'autoretopologia, amb Fibermesh es pot crear cabell, i moltes més opcions que fan que Zbrush sigui una eina professional completa.
Mudbox, desenvolupat per Skymatter, Inc., actualment és d'Autodesk.
3D Coat, desenvolupat per Pilgway.
Polybrush, desenvolupat per Arseniy Korablev.
1.2.10.Modelar amb textures
A partir dels models, els dissenyadors de textures donen vida als diferents personatges i objectes, creant mapes a partir de fotografies o creant imatges que simulen superfícies reals. Les textures es poden crear en un programa com Photoshop i s'apliquen al model 3D utilitzant un mapa UV (s'assigna una coordenada per a cada vèrtex de l'objecte que més endavant s'interposarà).
Quan s'apliquen aquestes imatges i textures al model, es crea un desplaçament a la malla. Això pot resultar de gran utilitat, ja que permet crear una geometria molt detallada en poc temps. Quan apliquem una textura a un objecte 3D, la textura desplaça la geometria manipulant els punts, amb la qual cosa el model adquireix una varietat infinita de formes. Així doncs, els detalls del model els dona la textura, i no la geometria. Això és molt útil per a modelar paisatges realistes, detalls de pèl, aigua, etc.
Si treballem utilitzant el desplaçament de textures, podem utilitzar malles de baixa resolució, la qual cosa agilitza bastant el treball de producció, ja que l'animador pot treballar molt més de pressa.
1.2.11.Eines per a formes concretes
A part dels mètodes més generals de modelatge, el 3D ofereix un cert nombre d'eines dirigides a resoldre, amb molta agilitat, formes concretes. Es descriuen aquí tan sols les eines més genèriques.
Extrude. Funciona a partir del dibuix d'una forma plana amb splines. Una peça d'un puzle, per exemple, definida per les corbes del seu perímetre. L'extrude converteix el dibuix pla en una forma 3D, i projecta, de manera regular i automàticament, la profunditat o l'altura segons s'utilitzin valors positius o negatius. Igualment, se li poden multiplicar el nombre d'interseccions, de cara a futures modificacions.
06518_m4_08.jpg
Lathe. Funciona per rotació de 360° sobre el seu eix, d'un dibuix pla fet amb splines, que representa el perfil de l'objecte. S'utilitza, per exemple, per a modelar una copa o un gerro o qualsevol altre objecte, la forma del qual es defineixi pel desenvolupament circular i uniforme del seu perfil.
06518_m4_09.jpg
Loft. Funciona a partir d'un cert nombre de splines i serveix per a desenvolupar formes contínues, una mànega de reg, per exemple. En aquest cas, es necessitarien tan sols dues splines, la primera seria una línia tan llarga i sinuosa com es vulgui. Imagineu que la mànega està mig enrotllada al terra. Aquesta línia funciona com a path (camí), ja que indica el recorregut que farà la segona spline, que en aquest cas seria una circumferència i determinaria, no solament la forma circular de la mànega, sinó també la seva amplada. En el cas d'una ampolla, es necessitarien tres o quatre circumferències situades al llarg del camí perquè la malla es pogués desenvolupar d'acord amb el coll i el volum de l'ampolla.
06518_m4_10.jpg
Boolean. Les operacions booleanes funcionen a partir de relacionar dos objectes tridimensionals en contacte o superposats en part. Fa entre ells tres tipus de relacions:
Cossos secants en posició de partida
Cossos secants en posició de partida

  • Unió. Els fusiona en un sol objecte, cosa que fa desaparèixer la part dels dos que estava superposada, que ocupava el mateix lloc en l'espai.

Resultat de la unió dels cossos de partida
Resultat de la unió dels cossos de partida

  • Intersecció. Té la funció contrària a l'anterior. Els fusiona igualment en un sol objecte, però fa desaparèixer les parts que no estaven en contacte, superposades.

Resultat de la intersecció dels cossos de partida
Resultat de la intersecció dels cossos de partida

  • Sostracció. Un dels dos objectes desapareix, i al que queda hi resta la part superposada. Retalla la part en contacte. Permet determinar quin dels dos objectes farà la sostracció sobre l'altre (A-B o B-A).

Resultat de sostreure l'esfera del cilindre
Resultat de sostreure l'esfera del cilindre
Resultat de sostreure el cilindre de l'esfera
Resultat de sostreure el cilindre de l'esfera
Partícules. Es podrien descriure també dins dels apartats dedicats a l'animació o el dels efectes especials, perquè s'utilitzen amb diferents finalitats. Són objectes que es repliquen a si mateixos en formes diminutes, i fan la seva acció en la línia de temps per a simular efectes concrets: neu, pluja, pols, fum, aigua, etc. Funcionen a partir de l'emissió d'un flux de formes geomètriques, planes o tridimensionals, més o menys diminutes: partícules.
L'emissió, el recorregut i altres característiques d'aquestes partícules es controlen amb diferents paràmetres, com, per exemple, la potència del flux, la dispersió, la direcció (que pot ser determinada per un path), les col·lisions, els impactes entre elles i amb les altres superfícies, la fricció, etc. També són animables amb moviments preestablerts i amb paràmetres de gravetat i d'aleatorietat. Es poden combinar amb materials per a produir fluxos d'aigua, de foc, de fum, explosions, etc.
Biblioteques. No tots els elements de l'escena s'han de crear necessàriament de nou. Hi ha a disposició dels usuaris del 3D moltes biblioteques d'objectes ja modelats, texturats i a punt de ser animats, de qualitats i prestacions molt diferents.
Buscar models totalment satisfactoris sempre costa temps i al modelador amb una habilitat mitjana li surt més a compte fer-se'ls ell mateix. De tota manera, hi ha elements típics d'una escena que gairebé sempre s'utilitzen procedents de biblioteques especialitzades, com, per exemple, els arbres que, si es necessiten realistes, són molt costosos de fer, sobretot de manera raonable quant al pes, imagineu-vos un bosc. Els arbres de biblioteca han d'haver resolt d'entrada aquest problema del pes. O bé els cotxes, sobretot si no tenen un paper protagonista en l'animació.
Els mateixos programes 3D acostumen a incloure biblioteques més o menys extenses al paquet. El problema que comporta la utilització sistemàtica d'objectes de biblioteca és que es poden acabar veient objectes que s'utilitzen en animacions pròpies en les animacions dels altres, de manera que les animacions s'homogeneïtzen.
1.2.12.Classificació dels models
Podem establir dues classificacions per als models 3D:

  • Orgànics

  • De superfície dura

A grans trets, aquestes serien les característiques que ens permeten classificar els models:
Models de superfície dura:

  • Objectes que estaran estàtics.

  • Malles que integren vores dures o formes senzilles que s'uneixen a vores definides.

  • Atributs com la pedra, el metall, etc.

  • Es poden crear a partir de menys polígons.

Models orgànics:

  • Objectes que s'hauran de moure.

  • Malles que es poden transformar suaument per adquirir altres formes.

  • Atributs de teixit vivent, com animals, plantes o persones.

  • Usen malles orgàniques amb més polígons i subdivisions.

Aquesta diferenciació entre els dos models no es pot seguir al peu de la lletra, ja que moltes vegades es combinen característiques de tots dos, però si generalitzem, podríem dir que els personatges, animals i plantes (els que hi ha a la natura) els podem catalogar com a orgànics, i els models per a arquitectura, vehicles, productes mecànics, etc. (els que ha fabricat l'home) són de superfície dura.
1.2.13.Recompte de polígons
Per poder arribar a controlar el modelatge en 3D, cal saber controlar el nombre de polígons de les formes, no només perquè així serà més fàcil treballar-hi de cara a poder fer animacions o aplicar-hi textures, sinó principalment perquè els temps de càlcul per a la renderització disminuiran, un detall realment important si estem parlant de renderitzar a temps real, com passa en els videojocs. Si el nostre model no s'ha de fer servir per a videojocs, el nombre de polígons que tingui no té tanta importància.
Tots els motors de renderització treballen amb polígons triangulars. Així doncs, quan parlem de nombre de polígons, ens referim al nombre de triangles. Si la malla és de polígons de 4 punts, el motor de renderització realitzarà una conversió a temps real fins a convertir-los en polígons de 3 punts (un quadrat es converteix en dos triangles).
Cada polígon ha de tenir un propòsit, i si no el té, cal descartar-lo.
Com sabem quants polígons necessitem?
Depenent del nivell de detall que necessitem, utilitzarem més o menys polígons. Només utilitzarem una geometria detallada quan sigui imprescindible. Per exemple, quan modelem un personatge humà, si ens fixem en el seu braç, veurem que el nombre de polígons que farem servir per modelar les mans serà un nombre més elevat de polígons que el del braç, ja que la mà haurà de fer moviments molt més detallats que el braç.
Però també hi ha altres condicionants que influiran en la decisió de fer servir una geometria més o menys complexa:

  • S'haurà de veure de prop o de lluny? Com més a prop s'hagi de veure, més detall hem de donar-li.

  • Estarà a la zona il·luminada o a l'ombra. Si està il·luminat, hem de donar-li més detall.

  • El veurem des d'un únic angle o des de diversos? Si l'enquadrament varia, hem de detallar molt bé els diferents enquadraments.

El que també és una pràctica habitual és tenir el mateix personatge o objecte amb un recompte de polígons diferent, perquè decidim nosaltres quin considerem més adequat en cada cas.
1.2.14.Retopologia
Després de treballar el nostre model amb programes d'escultura digital per dotar-lo de molts detalls, ens trobem que la malla ha quedat molt densa i que els polígons han quedat desordenats, amb la qual cosa ens veiem obligats a simplificar la malla si no volem que la feina de l'animador sigui inviable, ja que els programes s'alenteixen molt si han de calcular tants polígons. La retopologia ens permet refer la malla d'un modelatge 3D, amb la qual cosa ens assegurem la supressió de pes i una funcionalitat fiable i de qualitat. Es fa una malla nova sobre de la d'alta densitat i, després, es passen tots els seus mapes. Així s'aconsegueix el mateix resultat en una malla més lleugera. Aquesta tècnica se sol utilitzar per a la modelització de videojocs, que és on volem aconseguir que el temps de renderització sigui curt.

1.3.Composició de l'escena

Els objectes modelats individualment, els personatges i les escenografies creats per a obtenir una imatge estàtica o desenvolupar una animació, integren l'escena juntament amb els llums, les càmeres i altres recursos que s'utilitzaran per a produir una animació o bé una imatge estàtica 3D.
1.3.1.Llums i volum
La sensació de volum de la imatge resultant del 3D, com totes les imatges planes, s'obté gràcies a l'ús de la perspectiva i la profunditat de camp, però sobretot, de la il·luminació. Així funciona també en la realitat, l'impacte de la llum sobre els objectes crea el clarobscur, en defineix unes parts i n'enfosqueix d'altres amb l'ombra. Aquesta combinació de llum i ombra i la gradació de grisos intermèdia que creen, el clarobscur, informa de les característiques volumètriques de la forma, quan no se'n percep directament la profunditat.
Com més definit sigui el clarobscur amb què es visualitza una forma, més gran serà la sensació de volum que experimentarem.
Els llums en 3D són els màxims responsables de la transcripció de l'escena tridimensional a la imatge final 2D, com passaria amb una escena del món real fotografiada. Tan important és la utilització dels llums en el 3D, que en resulta bona part de la idiosincràsia de la seva imatge.
06518_m4_12.jpg
1.3.2.Els llums en el 3D
Els llums de l'escena 3D estan concebuts a semblança dels recursos d'il·luminació d'un plató cinematogràfic o d'un escenari teatral. És a dir, els llums del 3D es volen comportar com els llums reals. Naturalment, es diferencien dels reals per la seva immaterialitat, per la seva virtualitat, ni pesen ni ocupen espai ni es veuen, de manera que no condicionen la composició del pla. L'il·luminador d'una escena 3D no s'ha de preocupar d'amagar els focus de la vista de la càmera.
Una diferència igualment avantatjosa respecte dels recursos d'il·luminació reals és la possibilitat que un llum virtual afecti o exclogui selectivament els objectes de l'escena i, de la mateixa manera, les ombres que projecten o que reben els diferents objectes de l'escena. Igualment, el color de la llum en el 3D no depèn de filtres superposats al focus, sinó dels percentatges de RGB que es determinin. La potència de la llum i la foscor o el color de les ombres també es determinen numèricament.
Els llums del 3D es poden complementar amb efectes atmosfèrics dirigits a copiar la realitat, com la sensació atmosfèrica del feix de llum que projecta una làmpada, o el típic voleteig de les partícules de pols dins del feix de llum.
06518_m4_13.jpg
El programa fa una oferta que, d'entrada, diferencia dos tipus de llums, els que expandeixen la il·luminació radialment, en totes direccions com ho fa una bombeta real, i els direccionals, que dirigeixen la llum com ho faria un focus.
06518_m4_14.jpg
Omni. Els anomenats omni són llums que es comporten com una bombeta o com la il·luminació produïda per una foguera, expandeixen la llum radialment a partir del punt on es produeix. Dins d'aquest criteri, la llum produïda per un omni es pot expandir sense tenir en compte límits espacials, i il·lumina igualment els objectes que té a prop com els que són a molta distància, sense perdre intensitat. Però també és possible limitar-ne l'impacte actuant d'una manera semblant a la realitat, és a dir, la llum va perdent intensitat a mesura que es va obrint i allunyant del punt d'emissió.
Spot. En aquest cas, es tracta de llums direccionals que, com ho fa un focus, il·luminen un sol punt concret de l'escena o un objecte en particular. Com els omni, la llum emesa per un spot es pot expandir sense límits i sense perdre potència o es pot limitar a com ho faria la llum d'un focus real. D'altra banda, l'obertura dels spot és graduable d'una manera semblant a l'obertura d'un objectiu de càmera. És a dir, permet focalitzar sobre un detall ínfim o il·luminar una part important de l'escena. En els spot, la llum es projecta a partir del punt de situació i es va obrint d'una manera cònica.
També es poden utilitzar com a projectors de mapes de bits, a la manera d'un projector real de diapositives o de cossos opacs. En aquest cas, l'obertura pot tenir una forma rectangular, com la d'una pantalla.
Direct. Els que s'anomenen d'aquesta manera són llums que funcionen en tot com els spot. Tanmateix, la projecció de la llum en aquest cas, en lloc de ser cònica com la dels spot és cilíndrica. És a dir, el punt d'emissió ocupa un espai de la mateixa mida que el punt receptor. En la realitat, la llum projectada sempre s'obre de manera cònica. L'ombra d'una figura projectada al terra es va ampliant a mesura que s'allunya dels peus de la figura. Això és a causa de la projecció cònica de la llum. Ara bé, la projecció de l'ombra s'ampliarà més o menys en funció de la distància i del diàmetre del focus de llum. Els direct, en dibuixar un feix de llum cilíndric, projecten l'ombra d'un objecte amb relació a la seva posició, però l'ombra no s'ampliarà per més que s'allunyi.
06518_m4_15.jpg
06518_m4_16.jpg
Els llums del 3D són animables, per interpolació, en totes les seves característiques. Els radials (omni) es poden desplaçar per l'escena; els direccionals es desplacen animant la posició de la font (llum) i la del seu objectiu (target). Igualment, és possible animar-ne la potència; el color de la llum a través dels seus valors de RGB, la difusió i el contrast. L'obertura del focus (hotspot) i el degradat a l'entorn del focus (falloff). Els paràmetres d'atenuació de la llum i els paràmetres de les seves ombres, inclosos el color de l'ombra.
També es poden utilitzar opcions de mapes d'ombres, que les interpretaran de diferent manera (ray trace). Els seus paràmetres es poden particularitzar en cada llum, i també unificar per a tots els llums de l'escena.
1.3.3.Utilització dels llums. Més que realisme, pur teatre
Els llums en el 3D s'utilitzen d'una manera més semblant als d'un escenari teatral o d'un plató televisiu que als dels entorns quotidians. És a dir, com en el teatre i el cinema, els llums del 3D actuen sobre l'escena no sols perquè aquesta sigui visible, sinó que hi actuen combinant els interessos plàstics amb els narratius. Actuen de manera convencional, subjectes totalment a uns interessos de guió.
En qualsevol escena hi ha una llum principal, la que crea l'efecte d'il·luminació general, que ens indica on és el sol en una escena diürna a l'aire lliure o crea una coherència quan il·lumina el costat esquerre d'un personatge quan té la làmpada a l'esquerra. En la realitat, un personatge il·luminat per una sola font de llum visible situada a la seva esquerra pot tenir tot el costat dret tan fosc com la cara fosca de la lluna. En un escenari o en una pel·lícula o en una animació 3D, no. La part en ombra tindrà correntment una llum de farciment que dibuixi suaument el volum d'aquesta part en ombra. És més: si la font de llum principal, que prové de la làmpada, és groguenca, potser la llum de farciment sigui lleugerament blavosa, per a reforçar la sensació d'escena nocturna. Vegeu com a exemple l'ús del dramatisme en il·luminació. Si es tracta, a més, d'una seqüència en què intervenen diferents personatges entre diferents objectes, potser calgui utilitzar llums de contorn, per a diferenciar-los lleugerament en els espais que ocupen, perquè els elements d'una escena no s'enganxin els uns als altres i resulti tot més descriptible.
En la realitat, tampoc no hi ha res que impedeixi que un personatge aparegui poc diferenciat del fons, però en un plató televisiu, sí. Els presentadors en els noticiaris solen estar il·luminats des del darrere, gairebé zenitalment, de manera que se'ls crea un efecte d'il·luminació sobre les espatlles i els cabells; és la llum de rebot (o llum de fons), que impedeix que la imatge del presentador s'integri amb el fons, que sobresurti del fons per a donar-hi nitidesa i importància. Per tal d'aguditzar l'efecte de gravetat dels personatges sobre el terra, potser ens hàgim d'ajudar amb una llum zenital, que reforci la llum principal en la contundència de les ombres. Però l'ús més subtil de la llum potser estigui representat per la llum de contacte. Qualsevol contacte que es vulgui emfatitzar a l'espectador –una encaixada de mans, un cop, una carícia, uns passos sobre el terra–, es pot intensificar amb l'ús d'una llum que il·lumini puntualment aquest contacte. Se sol fer de manera subtil, però així s'aconsegueix que l'espectador percebi especialment aquest contacte.
Un exemple més diàfan pel que fa a la utilització de la llum: es dirà que, a diferència del cinema, en una obra teatral hi ha tan sols el pla general de l'escenari, en què a diferència del cinema no existeix el primer pla. Aquesta és una realitat exclusivament física, així són les coses. Però si l'escena és a la penombra i un canó de llum il·lumina la cara d'un actor situat en algun lloc de l'escena, el públic, el que percep i el que recorda, és un primeríssim pla del rostre de l'actor. Per tant, la llum en qualsevol mitjà, serveix, en un tot, per a explicar la història.
1.3.4.Les càmeres en el 3D
Les càmeres del 3D, com en el cas dels llums, imiten la realitat amb els mateixos avantatges. Si els llums podien actuar d'una manera selectiva sobre els objectes de l'escena, les càmeres poden fer el mateix. Els objectes es poden excloure de la visió de la càmera virtual, però no necessàriament s'han d'excloure totes les característiques de l'objecte. Per exemple: és possible excloure un objecte i en canvi fotografiar l'ombra que aquest objecte projecta. Es pot excloure una paret per a facilitar un recorregut de càmera, de manera que la creui però no la fotografiï, etc.
06518_m4_17.jpg
Amb relació als avantatges de la virtualitat, a diferència dels llums, el fet que una càmera en l'escena 3D no es vegi, resulta indiferent, ja que tot el que es fotografia es veu a través d'ella. En canvi, té una gran transcendència el fet que la càmera virtual no pesi ni ocupi espai. La ingravitació permet al 3D fer moviments i seguir recorreguts de càmera que en la realitat serien molt costosos o impossibles. D'aquest fet resulta un increment de l'espectacularitat de la planificació que ha contribuït molt a la creació d'un llenguatge narratiu específic del 3D.
L'obertura de l'objectiu de la càmera funciona d'acord amb les convencions establertes amb les òptiques reals, una obertura per graus a partir del camp de visió de l'ull humà, uns 45°. Augmentant els graus s'aconseguiria un zoom i reduint-los, un angular. Hi ha una sèrie d'obertures prefixades que coincideixen amb les habituals en l'òptica de la càmera de fotografiar, però de fet en el 3D es tracta d'una qüestió numèrica que es pot establir-se a voluntat.
06518_m4_18.jpg
També es permet fixar l'enfocament en una distància determinada; per exemple, enfocar el primer pla i desenfocar el fons, com ho faria una òptica real. Així, és possible fer els recursos habituals de les òptiques, pel que fa al llenguatge narratiu, típics de la fotografia, el vídeo i el cinema.
La càmera es pot associar amb efectes atmosfèrics de manera que, utilitzats amb suavitat, és possible fotografiar la profunditat de l'escena amb profunditats de camp, més nítid el primer terme, més ennuvolat el fons. Utilitzant valors més alts es pot arribar a fotografiar l'escena dins d'una boira tremenda. Com que la densitat de la boira depèn de l'objectiu de la càmera, fent un recorregut per l'escena així tractada, els objectes s'aniran fent nítids a mesura que la distància s'escurça i s'aniran perdent de vista a mesura que la distància sigui més gran, d'una manera molt realista.
06518_m4_19.jpg
Les càmeres són animables a partir de la interpolació dels paràmetres de la seva posició (càmera) i de la del seu objectiu (target). Igualment és animable l'obertura de la seva "òptica" (Fov). Les posicions de la càmera i del seu objectiu en l'espai, més l'obertura de la lent, determinen el pla. Les càmeres del 3D són tan àgils de moure que, en l'animació, es tendeix a prescindir del pla fix, cosa que fomenta molt, d'aquesta manera, el pla seqüència. Almenys, es tendeix a buscar la continuïtat entre els plans a partir dels moviments de càmera.

2.Obtenció del resultat final

2.1.Visualització de l'escena i renderització

2.1.1.Visualització, pantalles de treball
Per més que durant el procés de realització d'un model en tres dimensions o d'una animació l'usuari tingui la sensació que actua sobre les formes d'una manera tangible, real, com si existissin dins de l'ordinador, en realitat, no es fa cap altra cosa que combinar valors matemàtics, efectuar programacions concretes de les quals, l'animador, en general, no és conscient.
La sensació de realitat, la provoca el fet que, a tota hora, es visualitza el que s'està fent. Per a facilitar aquesta visualització, el 3D crea un entorn visual simple, que representa l'escena des de diferents punts de vista. Els punts de vista són electius i es poden disposar simultàniament en una mateixa pantalla. Hi ha els punts de vista plans: planta (Top); frontal (Front); lateral esquerre (Left); lateral dret (Right). Qualsevol d'aquests punts de vista plans es pot convertir en un visor articulable que mostri l'escena o un objecte en perspectiva axonomètrica. Igualment és possible adoptar el punt de vista de la càmera, o bé el de la perspectiva tradicional. A més, l'escena pot ser vista des d'una llum o des de qualsevol dels objectes que la formen.
06518_m7_01.jpg
Aquesta representació simple de l'escena es mostra en dos o tres eixos, segons el visor, i està totalment integrada amb el moviment, de manera que si es fan passar els fotogrames en la línia de temps, és possible veure el resultat de l'animació simultàniament en els diferents visors. En la història del 3D, aquesta representació simple ha anat guanyant realisme. Inicialment, l'escena i els diferents objectes es representaven en forma de malles, o es feien comprovacions del moviment simplificant les formes als seus plans geomètrics, amb la qual cosa es buscava sempre el seu mínim pes. A mesura que els ordinadors han anat ampliant la seva potència i els programaris, la seva capacitat de gestió, la representació simplificada als visors de l'escena 3D permet veure les superfícies i els colors dels objectes de manera aproximada, sense gaires matisos i desproveïda de la projecció d'ombres i d'altres informacions.
Aquesta visualització "simple" permet a l'ordinador la representació de la imatge a temps real, condició indispensable per al procés d'animació. No és pràctic interrompre contínuament el procés de treball per a visionar els resultats en alta definició. D'altra banda, en comprovar contínuament el resultat de les operacions mitjançant animacions d'una qualitat final, és probable que el seu alt pes dificulti el visionament a una velocitat fiable. Però la visualització va millorant, en el sentit que la simulació cada vegada s'assembla més al resultat final de la imatge, la renderització (render).
06518_m7_02.jpg
2.1.2.Renderització, la foto final
La renderització fa en el món virtual el mateix que es fa en el món real quan fem una fotografia o filmem una escena de cinema o de vídeo.
Algú va definir la renderització com el "procés d'adquisició de propietats visuals", que es fa sobre l'escena per a obtenir la imatge final. Converteix les dades en bits.
Obtenir la imatge final d'una escena 3D complexa requereix de l'ordinador una potència de càlcul molt gran i, per tant, és un procés lent; això fa que la renderització es plantegi com una part autònoma del procés d'animació.
D'altra banda, la renderització és l'únic procés que l'ordinador sap fer en solitari, sense la participació de l'usuari. Durant aquest procés lent, el programa calcula totes les instruccions emmagatzemades durant el procés d'animació, a més de les característiques volumètriques dels objectes, els materials, les textures; el comportament de la llum sobre els objectes i l'escena, també calcula les relacions entre les formes a partir de l'animació; la composició del pla; el comportament de la càmera, els efectes especials atribuïts, etc., i converteix totes aquestes informacions registrades en cada unitat de la línia de temps en un fotograma.
D'aquesta manera, la renderització, més que integrada en el procés d'animació, es converteix en una activitat paral·lela, sense més esforç per a l'animador que el de concretar la mida de la imatge, el format d'exportació i el lloc on s'arxiva.
Normalment, amb la renderització es busquen imatges d'una qualitat fotorealista i, a aquest efecte, el 3D fa una oferta de recursos dirigits a aguditzar-la. Però el realisme fotogràfic no és l'única possibilitat que ofereix el 3D. L'escena tridimensional, els personatges, els objectes, poden ser interpretats per la renderització de manera plana, en 2D. Aquest recurs permet donar a les imatges i a les animacions 3D una aparença de dibuixos animats tradicionals. El programa converteix en una línia regular els perfils dels objectes i totes les seves característiques de volum, a la manera dels còmics de "línia clara". Les superfícies, en canvi, les interpreta en colors plans, sense el clarobscur que en determina el volum. O bé, pot representar tota l'escena només amb línies, com si es tractés d'un dibuix sobre un fons blanc. Ofereix un cert nombre d'opcions i combinacions, a l'entorn de la línia i el color pla.
2.1.3.Recursos i efectes especials
Els efectes especials del 3D beuen de totes les fonts. De les bàsiques: pintura, escultura, arquitectura... de les teatrals, en la mesura que comparteixen el concepte d'escena i d'escenografia. Del cinema i el vídeo, en la mesura que comparteixen l'ús de la càmera. Del còmic, com a generador de recursos expressius gràfics. Però beuen sobretot dels efectes especials de l'animació tradicional.
Els recursos especials del 3D s'han desenvolupat en un àmbit bipolar. En primer lloc, de la idea que tot el que del món real es pot mostrar en imatges, ha de ser reproduïble en 3D. En segon lloc, de la idea que anteriorment al projecte 3D, no existeix res, tot està per fer.
L'afany de recreació de la realitat es torna edilici, idíl·lic, força creïble sense els inconvenients del que és real. La materialització d'aquest ideal consisteix a dotar la màquina 3D de tot tipus de recursos per a reproduir la realitat de manera exquisida, però també per a superar-la fent-la més espectacular, més màgica o més mal·leable. D'aquest vell afany prové, potser, la riquesa de recursos constructius i d'efectes especials del 3D actual.
Dins d'aquest concepte s'haurien d'incloure moltes prestacions del 3D, mitjançant els diferents recursos, com, per exemple, la capacitat esmentada anteriorment d'associar efectes atmosfèrics a les llums i a les càmeres: feix de llum, boira, profunditat de camp... D'altra banda, els sistemes de partícules constitueixen una font inesgotable d'efectes especials aplicables en ocasions molt diferents, com fluids, líquids, explosions... Altres efectes són ofertes concretes com, per exemple, bombes, turbulències i molts més repartits en diferents conceptes.
Finalment, hi ha els efectes de sortida, que s'adjudiquen per vídeo post (edició d'efectes de postproducció), un recurs específic amb el qual es fa la renderització incorporant en la imatge efectes visuals, com resplendor, aures, punts de llum... El vídeo post ofereix una carta de possibilitats i combinacions d'efectes visuals amplíssima, aplicables a l'escena, als objectes individualment o a la fotografia final. A més, els programes 3D actualment han incorporat molts dels recursos i efectes especials que es comercialitzaven separadament (plugins), com generadors de cabells, tractament de teles, tractaments de multituds, de paisatges, etc.