Imágenes generadas por computadora
Imágenes generadas por computadora ( CGI ) es la aplicación de gráficos por computadora para crear o contribuir a imágenes en arte , medios impresos, videojuegos , simuladores , animación por computadora y VFX en películas, programas de televisión , cortometrajes, comerciales y videos. Las imágenes pueden ser dinámicas o estáticas, y pueden ser bidimensionales (2D) , aunque el término "CGI" se usa más comúnmente para referirse a los gráficos de computadora en 3D que se usan para crear personajes, escenas y efectos especiales en películas y televisión. , que se describe como 'animación CGI'. Se utilizó por primera vez en la película de 1986.Vuelo del Navegante . [1]
La evolución de CGI condujo al surgimiento de la cinematografía virtual en la década de 1990, donde la visión de la cámara simulada no está limitada por las leyes de la física. La disponibilidad de software CGI y el aumento de la velocidad de las computadoras han permitido a artistas individuales y pequeñas empresas producir películas, juegos y obras de arte de calidad profesional desde sus computadoras hogareñas. [ cita requerida ]
El término mundo virtual se refiere a entornos interactivos basados en agentes, que son ahora [ ¿cuándo? ] creado con CGI.
Imágenes y paisajes estáticos
Las imágenes animadas no solo forman parte de imágenes generadas por computadora; Los paisajes de aspecto natural (como los paisajes fractales ) también se generan mediante algoritmos informáticos . Una forma sencilla de generar superficies fractales es utilizar una extensión del método de malla triangular , basándose en la construcción de algún caso especial de una curva de De Rham , por ejemplo, el desplazamiento del punto medio . [2] Por ejemplo, el algoritmo puede comenzar con un triángulo grande, luego hacer zoom recursivamente dividiéndolo en cuatro triángulos de Sierpinski más pequeños , luego interpolar la altura de cada punto de sus vecinos más cercanos. [2] La creación de una superficie browniana puede lograrse no solo agregando ruido a medida que se crean nuevos nodos, sino agregando ruido adicional en múltiples niveles de la malla. [2] Por lo tanto, se puede crear un mapa topográfico con diferentes niveles de altura utilizando algoritmos fractales relativamente sencillos. Algunos fractales típicos y fáciles de programar que se utilizan en CGI son el fractal de plasma y el fractal de falla más dramático . [3]
Se han investigado y desarrollado muchas técnicas específicas para producir efectos generados por computadora altamente enfocados, por ejemplo, el uso de modelos específicos para representar el desgaste químico de las piedras para modelar la erosión y producir una "apariencia envejecida" para una superficie determinada a base de piedra. [4]
Escenas arquitectónicas
Los arquitectos modernos utilizan los servicios de las empresas de gráficos informáticos para crear modelos tridimensionales tanto para los clientes como para los constructores. Estos modelos generados por computadora pueden ser más precisos que los dibujos tradicionales. La animación arquitectónica (que proporciona películas animadas de edificios, en lugar de imágenes interactivas) también se puede utilizar para ver la posible relación que tendrá un edificio en relación con el medio ambiente y los edificios circundantes. El procesamiento de espacios arquitectónicos sin el uso de herramientas de papel y lápiz es ahora una práctica ampliamente aceptada con varios sistemas de diseño arquitectónico asistidos por computadora. [5]
Las herramientas de modelado arquitectónico permiten a un arquitecto visualizar un espacio y realizar "recorridos" de manera interactiva, proporcionando así "entornos interactivos" tanto a nivel urbano como de construcción. [6] Las aplicaciones específicas en arquitectura no solo incluyen la especificación de estructuras de edificios (como paredes y ventanas) y pasajes, sino también los efectos de la luz y cómo la luz solar afectará un diseño específico en diferentes momentos del día. [7]
Las herramientas de modelado arquitectónico ahora se basan cada vez más en Internet. Sin embargo, la calidad de los sistemas basados en Internet todavía está por detrás de la de los sofisticados sistemas de modelado internos. [8]
En algunas aplicaciones, las imágenes generadas por computadora se utilizan para realizar "ingeniería inversa" en edificios históricos. Por ejemplo, una reconstrucción generada por computadora del monasterio de Georgenthal en Alemania se derivó de las ruinas del monasterio, pero proporciona al espectador una "apariencia" de cómo se habría visto el edificio en su día. [9]
Modelos anatómicos
Los modelos generados por computadora utilizados en la animación esquelética no siempre son anatómicamente correctos. Sin embargo, organizaciones como el Scientific Computing and Imaging Institute han desarrollado modelos computarizados anatómicamente correctos. Los modelos anatómicos generados por computadora se pueden utilizar tanto con fines educativos como operativos. Hasta la fecha, los estudiantes de medicina siguen utilizando un gran número de imágenes médicas producidas por artistas , como las imágenes de Frank H. Netter , por ejemplo, imágenes cardíacas . Sin embargo, están disponibles varios modelos anatómicos en línea.
Una radiografía de un solo paciente no es una imagen generada por computadora, incluso si está digitalizada. Sin embargo, en aplicaciones que involucran tomografías computarizadas , se produce automáticamente un modelo tridimensional a partir de muchos rayos X de un solo corte, produciendo una "imagen generada por computadora". Las aplicaciones que involucran imágenes de resonancia magnética también reúnen una serie de "instantáneas" (en este caso a través de pulsos magnéticos) para producir una imagen interna compuesta.
En las aplicaciones médicas modernas, los modelos específicos del paciente se construyen en 'cirugía asistida por computadora'. Por ejemplo, en el reemplazo total de rodilla , se puede utilizar la construcción de un modelo detallado específico del paciente para planificar cuidadosamente la cirugía. [10] Estos modelos tridimensionales generalmente se extraen de múltiples tomografías computarizadas de las partes apropiadas de la propia anatomía del paciente. Dichos modelos también se pueden usar para planificar implantes de válvula aórtica , uno de los procedimientos comunes para tratar enfermedades cardíacas . Dado que la forma, el diámetro y la posición de las aberturas coronarias pueden variar mucho de un paciente a otro, la extracción (a partir de una tomografía computarizada ) de un modelo que se asemeje mucho a la anatomía de la válvula de un paciente puede ser muy beneficiosa para planificar el procedimiento. [11]
Imágenes de ropa y piel
Los modelos de tela generalmente se dividen en tres grupos:
- La estructura geométrica-mecánica en el cruce del hilo.
- La mecánica de las láminas elásticas continuas
- Las características macroscópicas geométricas de la tela. [12]
Hasta la fecha, hacer que la ropa de un personaje digital se doble automáticamente de forma natural sigue siendo un desafío para muchos animadores. [13]
Además de su uso en películas, publicidad y otros modos de exhibición pública, las principales firmas de diseño de moda ahora utilizan de forma rutinaria imágenes de ropa generadas por computadora. [14]
El desafío de representar imágenes de la piel humana implica tres niveles de realismo:
- Realismo fotográfico al parecerse a la piel real a nivel estático.
- El realismo físico al asemejarse a sus movimientos.
- El realismo funcional se asemeja a su respuesta a las acciones. [15]
Las características visibles más finas, como las arrugas finas y los poros de la piel, tienen un tamaño de aproximadamente 100 µm o 0,1 milímetros . La piel puede ser modelado como un 7- dimensional función bidireccional textura (BTF) o una colección de bidireccional función de distribución de dispersión (BSDF) sobre las superficies del objetivo.
Simulación y visualización interactiva
La visualización interactiva es la representación de datos que pueden variar dinámicamente y que permiten al usuario ver los datos desde múltiples perspectivas. Las áreas de aplicación pueden variar significativamente, desde la visualización de los patrones de flujo en la dinámica de fluidos hasta aplicaciones específicas de diseño asistido por computadora . [16] Los datos generados pueden corresponder a escenas visuales específicas que cambian a medida que el usuario interactúa con el sistema; por ejemplo, los simuladores, como los simuladores de vuelo , hacen un uso extensivo de técnicas CGI para representar el mundo. [17]
En el nivel abstracto, un proceso de visualización interactiva implica una "canalización de datos" en la que los datos sin procesar se gestionan y filtran a una forma que los hace adecuados para la representación. Esto a menudo se denomina "datos de visualización" . A continuación, los datos de visualización se asignan a una "representación de visualización" que se puede enviar a un sistema de renderizado. A esto se le suele llamar "representación renderizable" . Esta representación luego se renderiza como una imagen visualizable. [17] A medida que el usuario interactúa con el sistema (por ejemplo, mediante el uso de controles de joystick para cambiar su posición dentro del mundo virtual), los datos sin procesar se alimentan a través de la tubería para crear una nueva imagen renderizada, lo que a menudo hace que la eficiencia computacional en tiempo real sea una consideración clave. en tales aplicaciones. [17] [18]
