El renderizado es nuestra ventana a un mundo virtual en 3D. Descubre aquí las distintas técnicas de renderizado 3D que existen y sus posibilidades.

RENDERIZADO 3D

Fotografía virtual

El renderizado 3D consiste, básicamente, en el proceso de crear imágenes bidimensionales (por ejemplo, para la pantalla de un ordenador) a partir de un modelo 3D. Estas imágenes se generan basándose en conjuntos de datos que dictan qué color, textura y material tiene un determinado objeto en la imagen.

El origen del renderizado se remonta a 1960, cuando William Fetter creó una representación de un piloto para calcular el espacio que necesitaba en la cabina. Posteriormente, en 1963, durante su estancia en el MIT, Ivan Sutherland creó Sketchpad, el primer programa de modelado 3D, un trabajo pionero por el que se le conoce como el «padre de la computación gráfica».

En 1975, el investigador Martin Newell creó la «tetera de Utah» («Utah teapot»), una prueba de modelado 3D que se convirtió en un estándar de los renderizados de prueba. Este objeto, denominado también «tetera de Newell», se ha convertido en un icono, hasta el punto de que se considera el equivalente a los programas «Hola mundo» («Hello World») en el ámbito de la programación informática.

Cómo funciona

En principio, el renderizado 3D es similar a la fotografía. Por ejemplo, un programa de renderizado 3D dirige una cámara hacia un objeto para componer una fotografía. Por tanto, la iluminación digital es importante para crear un renderizado detallado y realista.

Con el tiempo, se han ido desarrollando diversas técnicas de renderizado. Sin embargo, el objetivo de cualquier renderizado 3D es capturar una imagen basándose en cómo incide la luz en los objetos, al igual que en la vida real.

Técnica de renderizado 3D n.º 1: Rasterización

Uno de los primeros métodos de renderizado fue la rasterización, que trata los modelos como una malla de polígonos. Estos polígonos constan de vértices, que contienen información como la posición, la textura y el color. Posteriormente, estos vértices se proyectan en un plano normal a la perspectiva (es decir, la cámara). Los vértices actúan como límites, de modo que el resto de píxels se rellenan con los colores adecuados. Imagina pintar una imagen disponiendo primero un contorno para cada uno de los colores que vas a pintar: en eso consiste el renderizado mediante rasterización.

La rasterización es una forma rápida de renderizado. Hoy en día, esta técnica aún se utiliza mucho, especialmente para el renderizado 3D en tiempo real (por ejemplo, en juegos de ordenador, simulaciones e interfaces gráficas interactivas). Más recientemente, el proceso se ha mejorado aumentando la resolución y mediante la funcionalidad de anti-aliasing, o antisolapamiento, que permite suavizar los bordes de los objetos y difuminarlos con los píxels circundantes.

Técnica de renderizado 3D n.º 2: Ray Casting

Aunque la técnica de la rasterización es efectiva, plantea ciertos problemas en presencia de objetos superpuestos: si las superficies se solapan, la última que se haya dibujado se reflejará en el renderizado 3D, provocando que se renderice el objeto equivocado. Para solucionar esta dificultad, se desarrolló el concepto «Z-buffer» en rasterización, que consiste en un sensor de profundidad que indica qué superficies quedan por encima o por debajo de un determinado punto de vista. Este método dejó de ser necesario, sin embargo, cuando se desarrolló el ray casting.

A diferencia de la rasterización, las superficies superpuestas no constituyen un problema para la técnica de ray casting. Como su nombre indica, el ray casting proyecta rayos sobre el modelo desde el punto de vista de la cámara. Los rayos se prolongan hasta cada píxel del plano de la imagen. La superficie sobre la que incidan primero se mostrará en el renderizado, y cualquier otra intersección posterior a esta primera superficie no se renderizará.

Técnica de renderizado 3D n.º 3: Ray Tracing o trazado de rayos

A pesar de las ventajas que supuso el ray casting, la técnica seguía careciendo de la habilidad de simular adecuadamente las sombras, los reflejos y las refracciones. Por ello, se desarrolló el trazado de rayos. Esta técnica funciona de manera similar al ray casting, pero representa mejor los efectos de la luz.

En esencia, los rayos primarios del punto de vista de la cámara se proyectan sobre los modelos y generan rayos secundarios. Una vez alcanzan el modelo, producen rayos de sombras, de reflejos y de refracciones, dependiendo de las propiedades de la superficie. Se produce una sombra sobre otra superficie si la trayectoria del rayo de la sombra hacia el origen de la luz se ve obstaculizada por la superficie. Si la superficie es reflectante, proyectará el rayo de reflexión resultante con un determinado ángulo e iluminará cualquier otra superficie con la que incida, lo cual generará un nuevo conjunto de rayos. Por ese motivo, esta técnica se conoce también como trazado de rayos recursivo. En el caso de una superficie transparente, cuando el rayo secundario incida sobre la superficie, se emitirá un rayo de refracción.

Técnica de renderizado 3D n.º 4: Ecuación de renderizado

Posteriores desarrollos en las técnicas de renderizado han dado como resultado la ecuación de renderizado, que intenta reproducir de una forma más precisa cómo se emite la luz en la realidad. Esta técnica parte de la idea de que todo emite luz, no solo una fuente de luz individual. La ecuación intenta tener en cuenta todos los orígenes de luz en el renderizado 3D, en contraposición con la técnica de trazado de rayos, que utiliza solamente la iluminación directa. El algoritmo creado mediante esta ecuación se conoce como iluminación global o iluminación indirecta.

Algunos aspectos para tener en cuenta

Hardware:

La calidad de los renderizados 3D ha ido mejorando, pero el proceso sigue siendo lento; por ello, algunas grandes empresas han invertido en «granjas de renderizado». Sin embargo, los diseñadores y artistas individuales deben hacer uso de hardware avanzado.

El software de renderizado 3D requiere que la unidad de procesamiento gráfico (GPU), la unidad de procesamiento central (CPU), o ambas, creen renderizados. Además, las aplicaciones de renderizado 3D son programas que necesitan muchos recursos. Para lograr crear renderizados más rápidamente, a menudo es necesario mejorar los equipos. La velocidad del procesador, la integración y compatibilidad con la tarjeta gráfica, la compatibilidad del controlador o la RAM son algunos de los múltiples aspectos que pueden agilizar la creación de renderizados de calidad. En cuanto al software de renderizado, si no te vienen a la cabeza muchas opciones, consulta esta extensa lista de aplicaciones de renderizado 3D disponibles actualmente.

Software:

Hablando claro, el renderizado perfecto no existe. En realidad, siempre es necesario hallar el equilibrio entre diversas variables, como el realismo fotográfico, la calidad, la velocidad, el tamaño de los datos o la resolución.

A pesar de la complejidad, se puede trabajar con estos factores básicos para lograr renderizados fotorrealistas. En primer lugar, el modelo debe ajustarse en la proporción adecuada. Un modelo real a escala ayuda. No es necesario que las mediciones sean precisas, ya que los detalles se pueden reajustar si no son adecuados en el renderizado.

Los materiales de los modelos deben ser adecuados y mostrarse con gran detalle para lograr resultados realistas. Incluir elementos aleatorios en las texturas también proporciona mayor realismo a los renders. La intensidad, la temperatura y la posición de la luz son, sin duda, factores determinantes. Una iluminación en la cantidad y la posición adecuadas facilita que los detalles resulten suficientemente visibles. Además, ten en cuenta que, si la temperatura de los colores no se fija correctamente, puede estropear el renderizado 3D. Finalmente, el posprocesamiento le da el toque final a tu renderizado. Unos pocos retoques a tu imagen renderizada pueden hacerla arrebatadoramente realista.

Aplicaciones más populares

El renderizado 3D ha transformado los flujos de trabajo en muchos sectores. En arquitectura e ingeniería, los planos y maquetas tradiciones ahora se complementan con presentaciones renderizadas. Por otra parte, la creación de prototipos mediante el renderizado permite ahorrar tiempo y dinero.

En la industria del cine actual, las nuevas producciones dependen en gran medida de imágenes renderizadas. Los estudios de animación 3D han invertido mucho trabajo en crear películas animadas de alta definición. Para crear la escena perfecta, los efectos y accesorios físicos se combinan con efectos de vídeo e imágenes generadas por ordenador de alta definición. Sea cual sea la escena, no existen límites para la imaginación.

En marketing, el renderizado 3D se utiliza para mostrar imágenes realistas de los productos, de modo que las empresas del marketing utilizan esta rentable técnica para que sus campañas resulten lo más realistas y atractivas posible. La mejora de los juegos mediante los renderizados fotorrealistas y la alta definición ha transformado el sector de forma notable. Año tras año, los desarrolladores de juegos se esfuerzan por generar detalles de mayor realismo para que sus creaciones resulten más inmersivas. El desarrollo del renderizado en 3D no tiene fin: el número creciente de sectores que confían en esta tecnología garantiza la continuidad y el soporte del renderizado en los años a venir.

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