GRAFICACION 3D

DEFINICION.

El término gráficos 3D por computadora (o por ordenador) se refiere a trabajos de arte gráfico que son creados con ayuda de computadoras y programas especiales. En general, el término puede referirse también al proceso de crear dichos gráficos, o el campo de estudio de técnicas y tecnología relacionadas con los gráficos tridimensionales.

Un gráfico 3D difiere de uno bidimensional principalmente por la forma en que ha sido generado. Este tipo de gráficos se originan mediante un proceso de cálculos matemáticos sobre entidades geométricas tridimensionales producidas en un ordenador, y cuyo propósito es conseguir una proyección visual en dos dimensiones para ser mostrada en una pantalla o impresa en papel.

En general, el arte de los gráficos tridimensionales es similar a la escultura o la fotografía, mientras que el arte de los gráficos 2D es análogo a la pintura. En los programas de gráficos por computadora esta distinción es a veces difusa: algunas aplicaciones 2D utilizan técnicas 3D para alcanzar ciertos efectos como iluminación, mientras que algunas aplicaciones 3D primarias hacen uso de técnicas 2D.

3.1 REPRESENTACION DE OBJETOS EN TRES DIMENSIONES.

La representación de los objetos en tres dimensiones sobre una superficie plana, de manera que ofrezcan una sensación de volumen se llama Perspectiva. Se representan los objetos sobre tres ejes XYZ. En el eje Z, se representa la altura. En el eje Y, se representa la anchura y en el eje X, se representa la longitud.

Los distintos tipos de perspectivas dependen de la inclinación de los planos Los sistema más utilizados son la isométrica, la caballera y la cónica. Estudiaremos en este curso las dos primeras.

Perspectiva Isométrica. En ella los ejes quedan separados por un mismo ángulo (120º). Las medidas siempre se refieren a los tres ejes que tienen su origen en un único punto. Perspectiva Caballera. En ella los ejes X y Z tienen un ángulo de 90º y el eje Y con respecto a Z tiene una inclinación de 135º. En es te caso las medidas en los ejes X y Z son las reales y las del eje Y tiene un coeficiente de reducción de 0.5.

El diseño ayudado por ordenador representa un gran ahorro de esfuerzo y tiempo. Además se consiguen resultados extraordinarios con respecto a los procedimientos clásicos de diseño. Los programas de diseño industrial o arquitectónico admiten tres maneras de representación de objetos.

Modelos tridimensionales que incluyan únicamente un conjunto de puntos y líneas en el espacio. Estos modelos se llaman “wireframe” o alambrado (armazón de alambre). El objeto así representado rota en diferentes ángulos para su estudio o transformación definitiva. Existen varias formas de representación en modo wireframe: 

• 1. Representación alambrica: Activa este modo de sombreado. 
• 2. Representación alambrica det: Se muestran bordes alámbricos e iluminación 
• 3. Área de trabajo: Muestra los objetos como área de trabajo solamente. El área de trabajo se define como la caja más pequeña que abarca completamente un objeto.

• Modelos sólidos que incluyen el dibujo de superficies y son los más completos y complejos. 

Espacio tridimensional 

El espacio 3D es un espacio matemático virtual creado por el programa de diseño 3D. Este espacio está definido por un sistema cartesiano de tres ejes: X, Y, Z. El punto donde salen las líneas virtuales que definen los ejes se llama origen y sus coordenadas son (0, 0, 0). En este espacio virtual se crean, modifican y disponen los diferentes objetos tridimensionales que van a componer la escena. 

Fundamentos básicos del modelado en 3D 

El 3D es una mera representación de coordenadas, que conforman estructuras envueltas por una textura. 

Por tanto, primero se deben construir un modelo, para ello hay técnicas de modelado comunes, en las cuales se encuentran: 

1. Estructuras Predefinidas: Aquellas estructuras ya armadas por el sistema. Existen tres tipos: 

1. Primitivas: caja, cono, esfera, geo esfera, cilindro, tubo, anillo, pirámide, tetera y plano. 
2. Primitivas Extendidas: hedra, nudo toroide, caja "redondeada", cilindro "redondeado", tanque de aceite, capsula, sprindle, forma L, gengon, forma c, anillo ondulado, hose, prisma. 
3. Librerías: son formas armadas, disponibles en 3d Max 7; puertas, ventanas, árboles, escaleras. 

• 2. Box Modeling: Como su nombre lo indica, es el modelado de figuras complejas a través de una caja. Empleando un modificador de mallas, Edith Mesh, podrán ir extendiendo la caja, convirtiéndola en otra cosa. 

• 3. NURBS Modeling: Es una técnica para construir mallas de alta complejidad, de aspecto orgánico ó curvado, que emplea como punto de partida splines (figuras 2d) para mediante diversos métodos, crear la malla 3d anidando los splines. 

3.2 formas geométricas tridimensionales (superficies planas y curvas)

Existen dos enfoques para la presentación de la superficie externa del objeto: 

1) El objeto se representa con una lista de facetas, descritas por los lados y las aristas que la delimitan. La lista de caras puede incluir solamente informaciones geométricas propias de cada faceta (tamaño, posición respecto a un origen, etc. ), o puede estar estructurada en un conjunto más complejo, donde los nodos de tipo “cara” se ligan a los nodos arista a través de los

nodos “lados”. Estas conexiones pueden presentarse en forma de gráficas o de una estructura de árbol. 
2). El objeto se representa empleando superficies de “forma libre”, que el usuario manipula interactivamente a través de puntos llamados de “control”. Se utiliza una superficie representada por ecuaciones paramétricas, que efectúa una aproximación de la envoltura exterior del objeto. Estas ecuaciones paramétricas dan como resultado una malla de elementos finitos de forma específica (generalmente cuadrados o triangulares) y utilizan puntos característicos para cambiar la forma final de la superficie. El modelo algebraico describe un sólido a partir de su frontera. (Conjunto de superficies que separa el sólido de la parte del espacio no ocupada por el).
La frontera se puede ver como la piel del sólido. Obviamente cualquier superficie no determina un sólido.

3.1.2 Modelado de Solido.

Aquí se representa un sólido mediante el modelo de círculos en movimiento. Los sólidos están constituídos también por partículas en movimiento. La fuerza de atracción entre sus moléculas es muy grande. Cuando las partículas están tan bien ordenadas como las del applet se llaman sólidos cristalinos o cristales. La sal común, NaCl, es un buen ejemplo de cristal.
Los vidrios de las ventanas no están tan bien ordenados, por lo que, en química, no se les llaman cristales sino vidrios o sólidos amorfos.
Al aumentar la temperatura de un cuerpo, aumenta la velocidad de sus partículas.
Cuando su velocidad es suficiente como para que su estructura se desmorone, el sólido se convierte en un líquido: fusión.
Cuando la velocidad es tan grande como para pasar directamente a gas, se llama sublimación.
Cuando la velocidad de las partículas del líquido disminuye, se transforma en un sólido: sodificación.   

 

3.1.3 Procesos generativos..

El término generativo se refiere a la imagen que se genera, compone o construye en una manera algorítmica (una serie de pasos) a través del uso de sistemas definidos por un proceso.
                                                                                                               

 

 

 

 

 

 

 

1a Etapa: Obtención del diseño 3D adecuado.

 Es muy importante saber cómo dibujar e 3D para adecuar el diseño al sistema que se utiliza para el modelado. El Render elimina todas las caras que se vean por su parte posterior desde el punto de vista actual con el fi de aumentar la velocidad de modelado. El vector normal de las caras; si la cara se dibuja en el sentido anti-horario, esto determina la parte delantera de una cara. Se puede determinar que el Render tome en cuenta las caras traseras para la correcta modelización de objetos que sean transparentes o que estén abiertos y por el punto de vista, se muestre su interior. 

La complejidad de un dibujo y su modelado En función de la complejidad del dibujo 3D, número de caras y vértices, se tardarán más o menos en obtener una modelización. El estado del dibujo incide en los resultados del modelado Si se da una intersección entre dos caras es posible que se produzca errores según el sistema de modelado utilizado. Las caras coincidentes y coplanares pueden producir resultados ambiguos sobre todo si son de materiales diferentes. Las caras cruzadas o en forma de pajarita también son problemáticas ya que su entorno normal no está correctamente definido .

2ª Etapa: Asignación de materiales.

Contando con el diseño 3D adecuado la segunda etapa debe ser la elección de los materiales para cada objeto. Para ello se dispone de una amplia variedad de los materiales organizados en bibliotecas que el usuario puede aplicar a sus objetos.

3ª Etapa: Elaboración de Escenas mediante luces y vistas 3D.

El Render permite la adición de varios tipos de fuentes de luz en torno a los objetos para que estos puedan ser modelados con una mayor apariencia de realismo. Una Escena almacena una vista a elegir entre las que puedan estar previamente creadas junto con el conjunto de luces que sea seleccionado.

4ª Etapa: Modelado.

El procedimiento de modelado permite obtener el resultado final directamente en pantalla. Debe seleccionarse la Escena deseada y elegir uno de los tres sistemas modeladores propuestos:

-Modelado Normal.

-Modelado Foto realístico.

-Modelado con Trazado de rayos fotográfico.

Cada modelador establece el grado de acabado, obteniéndose la mayor calidad y realismo con el Trazado de rayos fotográfico y la más rápida y sencilla con el modelado Normal. Además, se deben establecer otros muchos parámetros y condicionantes de modelado que inciden notablemente en el resultado final, tales como: fondo, entorno, niebla, suavizado, sombras, calidad de modelado, resolución, gama de colores, etc.

 

 

 

 3.2 Proyecciones.

La proyección es la representación gráfica de un objeto sobre una superficie plana, obtenida al unir las intersecciones sobre dicho plano de las líneas proyectantes de todos los puntos del objeto desde el vértice. 

En términos generales, las proyecciones transforman puntos en un sistema de coordenadas de dimensión n a puntos en un sistema de coordenadas con dimensión menor que n. De hecho, durante mucho tiempo se ha usado la graficación por computador para estudiar objetos n-dimensionales por medio de su proyección sobre dos dimensiones. 

La proyección de objetos tridimensionales es definida por rayos de proyección rectos, llamados proyectores, que emanan de un centro de proyección, pasan por cada punto del objeto e intersecan un plano de proyección para formar la proyección. Por lo general, el centro de proyección se encuentra a una distancia finita del plano de proyección. Sin embargo, en algunos tipos de proyecciones es conveniente pensar en función de un centro de proyección que tienda a estar infinitamente lejos.