En gráficos por computadora en 3D , el modelado 3D es el proceso de desarrollar una representación matemática basada en coordenadas de una superficie de un objeto (inanimado o vivo) en tres dimensiones a través de software especializado mediante la manipulación de bordes, vértices y polígonos en un espacio 3D simulado . [1] [2] [3]
Los modelos tridimensionales (3D) representan un cuerpo físico utilizando una colección de puntos en el espacio 3D, conectados por varias entidades geométricas como triángulos, líneas, superficies curvas, etc. [4] Ser una colección de datos ( puntos y otra información) Los modelos 3D se pueden crear manualmente, algorítmicamente ( modelado de procedimientos ) o mediante escaneo . [5] [6] Sus superficies se pueden definir aún más con mapeo de texturas .
El producto se denomina modelo 3D, mientras que alguien que trabaja con modelos 3D puede denominarse artista 3D o modelador 3D.
Un modelo 3D también se puede mostrar como una imagen bidimensional mediante un proceso llamado renderizado 3D o usarse en una simulación por computadora de fenómenos físicos.
Los modelos 3D se pueden crear de forma automática o manual. El proceso de modelado manual de preparación de datos geométricos para gráficos por computadora en 3D es similar a las artes plásticas como la escultura . El modelo 3D se puede crear físicamente utilizando dispositivos de impresión 3D que forman capas 2D del modelo con material tridimensional, una capa a la vez. Sin un modelo 3D, la impresión 3D no es posible.
El software de modelado 3D es una clase de software de gráficos por computadora en 3D que se utiliza para producir modelos 3D. Los programas individuales de esta clase se denominan aplicaciones de modelado. [7]
Los modelos 3D ahora se utilizan ampliamente en gráficos 3D y CAD , pero su historia es anterior al uso generalizado de gráficos 3D en computadoras personales . [9]
En el pasado, muchos juegos de computadora usaban imágenes pre-renderizadas de modelos 3D como sprites antes de que las computadoras pudieran renderizarlas en tiempo real. Luego, el diseñador puede ver el modelo en varias direcciones y vistas, lo que puede ayudarle a ver si el objeto se creó según lo previsto en comparación con su visión original. Ver el diseño de esta manera puede ayudar al diseñador o a la empresa a determinar los cambios o mejoras necesarios en el producto. [10]
Casi todos los modelos 3D se pueden dividir en dos categorías:
El modelado de sólidos y conchas puede crear objetos funcionalmente idénticos. Las diferencias entre ellos son principalmente variaciones en la forma en que se crean y editan y convenciones de uso en diversos campos y diferencias en los tipos de aproximaciones entre el modelo y la realidad.
Los modelos de concha deben ser múltiples (sin agujeros ni grietas en la concha) para que tengan significado como objeto real. En un modelo de cáscara de un cubo, la superficie inferior y superior del cubo deben tener un espesor uniforme sin agujeros ni grietas en la primera y última capa impresa. Las mallas poligonales (y, en menor medida, las superficies de subdivisión ) son, con diferencia, la representación más común. Los conjuntos de niveles son una representación útil para deformar superficies que sufren muchos cambios topológicos, como los fluidos .
El proceso de transformar representaciones de objetos, como la coordenada del punto medio de una esfera y un punto de su circunferencia, en una representación poligonal de una esfera, se llama teselación . Este paso se utiliza en la representación basada en polígonos, donde los objetos se descomponen desde representaciones abstractas (" primitivas ") como esferas, conos , etc., hasta las llamadas mallas , que son redes de triángulos interconectados. Las mallas de triángulos (en lugar de, por ejemplo, cuadrados ) son populares porque han demostrado ser fáciles de rasterizar (la superficie descrita por cada triángulo es plana, por lo que la proyección siempre es convexa); . [11] Las representaciones poligonales no se utilizan en todas las técnicas de renderizado y, en estos casos, el paso de teselación no se incluye en la transición de la representación abstracta a la escena renderizada.
Explorando diferentes tipos de técnicas de modelado 3D [12]
La etapa de modelado consiste en dar forma a objetos individuales que luego se utilizan en la escena. Existen varias técnicas de modelado, entre ellas:
El modelado se puede realizar mediante un programa dedicado (por ejemplo, software de modelado 3D de Adobe Substance, Blender , Cinema 4D , LightWave , Maya , Modo , 3ds Max ) o un componente de aplicación (Shaper, Lofter en 3ds Max) o alguna descripción de la escena. lenguaje (como en POV-Ray ). En algunos casos, no existe una distinción estricta entre estas fases; en tales casos, el modelado es sólo una parte del proceso de creación de la escena (este es el caso, por ejemplo, de Caligari trueSpace y Realsoft 3D ).
También se pueden crear modelos 3D utilizando la técnica de fotogrametría con programas dedicados como RealityCapture , Metashape y 3DF Zephyr . La limpieza y el procesamiento posterior se pueden realizar con aplicaciones como MeshLab , GigaMesh Software Framework , netfabb o MeshMixer. La fotogrametría crea modelos utilizando algoritmos para interpretar la forma y textura de objetos y entornos del mundo real basándose en fotografías tomadas desde muchos ángulos del sujeto.
Los materiales complejos, como arena, nubes y aerosoles líquidos, se modelan con sistemas de partículas y son una masa de coordenadas 3D a las que se les asignan puntos , polígonos , símbolos de textura o sprites .
Existe una variedad de programas de modelado 3D que se pueden utilizar en las industrias de ingeniería, diseño de interiores, cine y otras. Cada software de modelado 3D tiene capacidades específicas y puede utilizarse para satisfacer las demandas de la industria.
Muchos programas incluyen opciones de exportación para formar un código g , aplicable a maquinaria de fabricación aditiva o sustractiva. El código G (control numérico por computadora) funciona con tecnología automatizada para formar una interpretación del mundo real de modelos 3D. Este código es un conjunto específico de instrucciones para llevar a cabo los pasos de la fabricación de un producto. [13]
La primera aplicación comercial ampliamente disponible de modelos virtuales humanos apareció en 1998 en el sitio web de Lands' End . Los modelos virtuales humanos fueron creados por la empresa My Virtual Mode Inc. y permitieron a los usuarios crear un modelo de sí mismos y probarse ropa en 3D. Existen varios programas modernos que permiten la creación de modelos humanos virtuales ( Poser es un ejemplo).
El desarrollo de software de simulación de telas , como Marvelous Designer, CLO3D y Optitex, ha permitido a artistas y diseñadores de moda modelar prendas dinámicas en 3D en la computadora. [14] La ropa dinámica en 3D se utiliza para catálogos de moda virtuales, así como para vestir personajes en 3D para videojuegos, películas de animación en 3D, para dobles digitales en películas, [15] como herramienta de creación para marcas de moda digitales , así como para confeccionar ropa para avatares en mundos virtuales como SecondLife .
Los efectos fotorrealistas en 3D a menudo se logran sin modelado de estructura de alambre y, a veces, son indistinguibles en la forma final. Algunos programas de artes gráficas incluyen filtros que se pueden aplicar a gráficos vectoriales 2D o gráficos rasterizados 2D en capas transparentes.
Las ventajas del modelado 3D de estructura alámbrica sobre los métodos exclusivamente 2D incluyen:
Las desventajas en comparación con la renderización fotorrealista 2D pueden incluir una curva de aprendizaje del software y dificultad para lograr ciertos efectos fotorrealistas. Se pueden lograr algunos efectos fotorrealistas con filtros de renderizado especiales incluidos en el software de modelado 3D. Para obtener lo mejor de ambos mundos, algunos artistas utilizan una combinación de modelado 3D seguido de la edición de imágenes 2D renderizadas por computadora a partir del modelo 3D.
Existe un gran mercado para modelos 3D (así como para contenido relacionado con 3D, como texturas, guiones, etc.), ya sea para modelos individuales o para grandes colecciones. Varios mercados en línea de contenido 3D permiten a artistas individuales vender contenido que ellos mismos han creado, incluidos TurboSquid , MyMiniFactory , Sketchfab , CGTrader y Cults . A menudo, el objetivo de los artistas es obtener valor adicional de los activos que han creado previamente para proyectos. Al hacerlo, los artistas pueden ganar más dinero con su contenido antiguo y las empresas pueden ahorrar dinero comprando modelos prefabricados en lugar de pagarle a un empleado para que cree uno desde cero. Estos mercados normalmente dividen la venta entre ellos y el artista que creó el activo; los artistas obtienen entre el 40% y el 95% de las ventas según el mercado. En la mayoría de los casos, el artista conserva la propiedad del modelo 3D, mientras que el cliente sólo compra el derecho a utilizar y presentar el modelo. Algunos artistas venden sus productos directamente en sus propias tiendas ofreciendo sus productos a un precio menor al no utilizar intermediarios.
La industria de arquitectura, ingeniería y construcción (AEC) es el mayor mercado para el modelado 3D, con un valor estimado de 12,13 mil millones de dólares para 2028. [16] Esto se debe a la creciente adopción del modelado 3D en la industria AEC, que ayuda a mejorar la precisión del diseño, reducir errores y omisiones y facilitar la colaboración entre las partes interesadas del proyecto. [17] [18]
En los últimos años han surgido numerosos mercados especializados en modelos de renderizado e impresión 3D. Algunos de los mercados de impresión 3D son una combinación de sitios para compartir modelos, con o sin capacidad de comercio electrónico incorporada. Algunas de esas plataformas también ofrecen servicios de impresión 3D bajo demanda, software para renderizado de modelos y visualización dinámica de artículos.
El término impresión 3D o impresión tridimensional es una forma de tecnología de fabricación aditiva en la que se crea un objeto tridimensional a partir de capas sucesivas de material. [19] Los objetos se pueden crear sin la necesidad de moldes costosos y complejos o ensamblajes con múltiples piezas. La impresión 3D permite crear prototipos y probar ideas sin tener que pasar por un proceso de producción. [19] [20]
Los modelos 3D pueden comprarse en mercados en línea e imprimirse por personas o empresas utilizando impresoras 3D disponibles comercialmente, lo que permite la producción casera de objetos como repuestos e incluso equipos médicos. [21] [22]
Hoy en día, el modelado 3D se utiliza en diversas industrias como el cine, la animación y los juegos, el diseño de interiores y la arquitectura . [23] También se utilizan en la industria médica para crear representaciones interactivas de la anatomía. [24]
La industria médica utiliza modelos detallados de órganos; estos se pueden crear con múltiples cortes de imágenes 2D de una resonancia magnética o una tomografía computarizada . La industria cinematográfica los utiliza como personajes y objetos para películas animadas y de la vida real . La industria de los videojuegos los utiliza como activos para videojuegos y ordenadores .
El sector científico los utiliza como modelos muy detallados de compuestos químicos. [25]
La industria de la arquitectura los utiliza para demostrar edificios y paisajes propuestos en lugar de modelos arquitectónicos físicos tradicionales . Además, el uso del nivel de detalle (LOD) en modelos 3D es cada vez más importante en la industria AEC. LOD es una medida del nivel de detalle y precisión incluido en un modelo 3D. Los niveles LOD varían de 100 a 500, donde LOD 100 representa un modelo conceptual que muestra la masa básica y la ubicación de los objetos, y LOD 500 representa un modelo extremadamente detallado que incluye información sobre cada aspecto del edificio, incluidos los sistemas MEP y los acabados interiores. . Al utilizar LOD, los arquitectos , ingenieros y contratistas generales pueden comunicar de manera más efectiva la intención del diseño y tomar decisiones más informadas durante todo el proceso de construcción. [26] [27]
La comunidad arqueológica ahora está creando modelos 3D de patrimonio cultural para investigación y visualización. [28] [29]
La comunidad de ingenieros los utiliza como diseños de nuevos dispositivos, vehículos y estructuras, así como para muchos otros usos.
En las últimas décadas, la comunidad de ciencias de la tierra ha comenzado a construir modelos geológicos 3D como práctica estándar.
Los modelos 3D también pueden ser la base de dispositivos físicos que se construyen con impresoras 3D o máquinas CNC .
En términos de desarrollo de videojuegos, el modelado 3D es una etapa de un proceso de desarrollo más largo. En pocas palabras, la fuente de la geometría de la forma de un objeto puede ser:
También se utiliza una gran cantidad de software 3D para construir representaciones digitales de modelos o piezas mecánicas antes de su fabricación. En dichos campos se utiliza software relacionado con CAD y CAM , y con este software no sólo se pueden construir las piezas, sino también ensamblarlas y observar su funcionalidad.
El modelado 3D también se utiliza en el campo del diseño industrial , donde los productos se modelan en 3D [30] antes de representarlos a los clientes. En las industrias de medios y eventos, el modelado 3D se utiliza en el diseño de escenarios y escenografías . [31]
La traducción OWL 2 del vocabulario de X3D se puede utilizar para proporcionar descripciones semánticas para modelos 3D, que es adecuada para indexar y recuperar modelos 3D por características como geometría, dimensiones, material, textura, reflexión difusa, espectros de transmisión, transparencia, reflectividad, opalescencia, veladuras, barnices y esmaltes (a diferencia de descripciones textuales no estructuradas o museos y exposiciones virtuales 2.5D que utilizan Google Street View en Google Arts & Culture , por ejemplo). [32] La representación RDF de modelos 3D se puede utilizar en el razonamiento , lo que permite aplicaciones 3D inteligentes que, por ejemplo, pueden comparar automáticamente dos modelos 3D por volumen. [33]
Medios relacionados con el modelado 3D en Wikimedia Commons