En los videojuegos 3D , un sistema de cámara virtual tiene como objetivo controlar una cámara o un conjunto de cámaras para mostrar una vista de un mundo virtual en 3D . Los sistemas de cámara se utilizan en videojuegos donde su propósito es mostrar la acción desde el mejor ángulo posible; de manera más general, se utilizan en mundos virtuales 3D cuando se requiere una vista en tercera persona.
A diferencia de los cineastas, los creadores de sistemas de cámaras virtuales tienen que lidiar con un mundo interactivo e impredecible. No es posible saber dónde estará el personaje del jugador en los próximos segundos; por lo tanto, no es posible planificar las tomas como lo haría un cineasta. Para resolver este problema, el sistema se basa en ciertas reglas o inteligencia artificial para seleccionar las tomas más adecuadas.
Existen principalmente tres tipos de sistemas de cámara. En los sistemas de cámara fija , la cámara no se mueve en absoluto y el sistema muestra el personaje del jugador en una sucesión de tomas fijas. Las cámaras de seguimiento , por otro lado, siguen los movimientos del personaje. Por último, los sistemas de cámara interactivos están parcialmente automatizados y permiten al jugador cambiar directamente la vista. Para implementar sistemas de cámara, los desarrolladores de videojuegos utilizan técnicas como solucionadores de restricciones , scripts de inteligencia artificial o agentes autónomos .
En los videojuegos, la perspectiva en tercera persona se refiere a una perspectiva gráfica que se muestra desde una distancia fija detrás y ligeramente por encima del personaje del jugador. Este punto de vista permite a los jugadores ver un avatar más caracterizado y es más común en los juegos de acción y los juegos de acción y aventura . Los juegos con esta perspectiva a menudo hacen uso del audio posicional, donde el volumen de los sonidos ambientales varía según la posición del avatar. [1]
Existen principalmente tres tipos de sistemas de cámara en tercera persona: los "sistemas de cámara fija" en los que las posiciones de la cámara se establecen durante la creación del juego; los "sistemas de cámara de seguimiento" en los que la cámara simplemente sigue al personaje del jugador; y los "sistemas de cámara interactivos" que están bajo el control del jugador.
Con un sistema de cámara fija, los desarrolladores establecen las propiedades de la cámara, como su posición, orientación o campo de visión , durante la creación del juego. Las vistas de la cámara no cambiarán dinámicamente, por lo que siempre se mostrará el mismo lugar bajo el mismo conjunto de vistas. Los juegos que utilizan cámaras fijas incluyen Grim Fandango (1998) y los primeros juegos Resident Evil y God of War . [2]
Una ventaja de este sistema de cámara es que permite a los diseñadores de juegos utilizar el lenguaje del cine , creando ambiente a través del trabajo de cámara y la selección de tomas. Los juegos que utilizan este tipo de técnica suelen ser elogiados por sus cualidades cinematográficas. [3] Muchos juegos con cámaras fijas utilizan controles de tanque , mediante los cuales los jugadores controlan el movimiento del personaje en relación con la posición del personaje del jugador en lugar de la posición de la cámara; [4] esto permite al jugador mantener la dirección cuando cambia el ángulo de la cámara. [5]
Las cámaras de seguimiento siguen a los personajes desde atrás. El jugador no controla la cámara de ninguna manera: por ejemplo, no puede girarla ni moverla a una posición diferente. Este tipo de sistema de cámara era muy común en los primeros juegos 3D, como Crash Bandicoot o Tomb Raider, ya que es muy fácil de implementar. Sin embargo, tiene una serie de problemas. En particular, si la vista actual no es adecuada (ya sea porque está ocluida por un objeto o porque no muestra lo que le interesa al jugador), no se puede cambiar, ya que el jugador no controla la cámara. [6] [7] [8] A veces, este punto de vista causa dificultades cuando un personaje se gira o se coloca boca abajo contra una pared. La cámara puede dar tirones o terminar en posiciones incómodas. [1]
Este tipo de sistema de cámara es una mejora con respecto al sistema de cámara de seguimiento. Mientras la cámara sigue al personaje, algunos de sus parámetros, como su orientación o la distancia al personaje, se pueden cambiar. En las consolas de videojuegos , la cámara suele controlarse con un joystick analógico para proporcionar una buena precisión, mientras que en los juegos de PC suele controlarse con el ratón . Este es el caso de juegos como Super Mario Sunshine o The Legend of Zelda: The Wind Waker . Los sistemas de cámara completamente interactivos suelen ser difíciles de implementar de la forma correcta. Así, GameSpot sostiene que gran parte de la dificultad de Super Mario Sunshine proviene de tener que controlar la cámara. [9] The Legend of Zelda: The Wind Waker tuvo más éxito en ello: IGN calificó el sistema de cámara como "tan inteligente que rara vez necesita corrección manual". [10]
Uno de los primeros juegos en ofrecer un sistema de cámara interactivo fue Super Mario 64. El juego tenía dos tipos de sistemas de cámara entre los cuales el jugador podía cambiar en cualquier momento. El primero era un sistema de cámara de seguimiento estándar excepto que estaba en parte impulsado por inteligencia artificial . De hecho, el sistema era "consciente" de la estructura del nivel y por lo tanto podía anticipar ciertos disparos. Por ejemplo, en el primer nivel, cuando el camino hacia la colina está a punto de girar a la izquierda, la cámara automáticamente comienza a mirar también hacia la izquierda, anticipándose así a los movimientos del jugador. El segundo tipo permite al jugador controlar la cámara en relación con la posición de Mario . Al presionar los botones izquierdo o derecho, la cámara gira alrededor de Mario, mientras que al presionar hacia arriba o hacia abajo la cámara se acerca o se aleja de Mario. [11] [12]
Existe una gran cantidad de investigaciones sobre cómo implementar un sistema de cámara. [13] La función de un software de resolución de restricciones es generar la mejor toma posible dadas una serie de restricciones visuales. En otras palabras, al solucionador de restricciones se le da una composición de toma solicitada, como "mostrar este personaje y asegurarse de que cubre al menos el 30 por ciento del espacio de la pantalla". El solucionador luego usará varios métodos para intentar crear una toma que satisfaga esta solicitud. Una vez que se encuentra una toma adecuada, el solucionador genera las coordenadas y la rotación de la cámara, que luego pueden ser utilizadas por el renderizador del motor gráfico para mostrar la vista. [14]
En algunos sistemas de cámara, si no se puede encontrar una solución, se relajan las restricciones. Por ejemplo, si el solucionador no puede generar una toma en la que el personaje ocupe el 30 por ciento del espacio de la pantalla, podría ignorar la restricción de espacio de la pantalla y simplemente asegurarse de que el personaje sea visible. [15] Estos métodos incluyen el alejamiento.
Algunos sistemas de cámara utilizan guiones predefinidos para decidir cómo seleccionar la toma actual para escenarios de tomas que se ven comúnmente, llamados modismos cinematográficos. Normalmente, el guión se activará como resultado de una acción. Por ejemplo, cuando el personaje del jugador inicia una conversación con otro personaje, se activará el guión de "conversación". Este guión contendrá instrucciones sobre cómo "filmar" una conversación entre dos personajes. Por lo tanto, las tomas serán una combinación de, por ejemplo, tomas por encima del hombro y tomas de primeros planos . Estos enfoques basados en guiones pueden cambiar la cámara entre un conjunto de cámaras predefinidas o depender de un solucionador de restricciones para generar las coordenadas de la cámara para tener en cuenta la variabilidad en el diseño de la escena. Este enfoque basado en guiones y el uso de un solucionador de restricciones para calcular cámaras virtuales fue propuesto por primera vez por Drucker. [16] Investigaciones posteriores demostraron cómo un sistema basado en guiones podría cambiar automáticamente las cámaras para ver conversaciones entre avatares en una aplicación de chat en tiempo real. [17]
Bill Tomlinson abordó el problema de una manera más original. Ideó un sistema en el que la cámara es un agente autónomo con personalidad propia. El estilo de las tomas y su ritmo se verán afectados por el estado de ánimo. Así, una cámara feliz "cortará con más frecuencia, pasará más tiempo en primeros planos, se moverá con un movimiento brusco y en picado e iluminará la escena con intensidad". [18]
Si bien gran parte del trabajo previo en sistemas automatizados de control de cámara virtual se ha dirigido a reducir la necesidad de que un humano controle manualmente la cámara, la solución Director's Lens calcula y propone una paleta de tomas de cámara virtuales sugeridas, dejando al operador humano la tarea de hacer la selección creativa de la toma. Al calcular las tomas de cámara virtuales sugeridas posteriores, el sistema analiza las composiciones visuales y los patrones de edición de tomas grabadas anteriormente para calcular tomas de cámara sugeridas que se ajusten a las convenciones de continuidad, como no cruzar la línea de acción, hacer coincidir la ubicación de los personajes virtuales para que parezcan mirarse entre sí a lo largo de los cortes, y favorece aquellas tomas que el operador humano había utilizado previamente en secuencia. [19]
En 2010, Microsoft lanzó Kinect como un dispositivo periférico híbrido de escáner 3D y cámara web que proporciona detección de cuerpo completo de jugadores de Xbox 360 y control de manos libres de las interfaces de usuario de videojuegos y otro software en la consola. Esto fue modificado más tarde por Oliver Kreylos [20] de la Universidad de California, Davis en una serie de videos de YouTube que lo mostraban combinando Kinect con una cámara virtual basada en PC. [21] Debido a que Kinect es capaz de detectar un rango completo de profundidad (a través de visión estereoscópica por computadora y luz estructurada ) dentro de una escena capturada, Kreylos demostró la capacidad de Kinect y la cámara virtual para permitir la navegación de punto de vista libre del rango de profundidad, aunque la cámara solo podía permitir la captura de video de la escena como se muestra al frente de Kinect, lo que resulta en campos de espacio negro y vacío donde la cámara no podía capturar video dentro del campo de profundidad. Más tarde, Kreylos demostró una elaboración adicional sobre la modificación combinando las transmisiones de video de dos Kinect para mejorar aún más la captura de video dentro de la vista de la cámara virtual. [22] Los desarrollos de Kreylos usando Kinect fueron cubiertos entre los trabajos de otros en la comunidad de hackers y creadores caseros de Kinect en un artículo del New York Times . [23]
Se han desarrollado cámaras virtuales que permiten a un director filmar la captura de movimiento y ver los movimientos del personaje digital en tiempo real [24] en un entorno digital preconstruido, como una casa o una nave espacial. [25] Resident Evil 5 fue el primer videojuego en utilizar la tecnología, [26] que se desarrolló para la película Avatar de 2009. [25] [27] El uso de la captura de movimiento para controlar la posición y la orientación de una cámara virtual permite al operador mover y apuntar intuitivamente la cámara virtual simplemente caminando y girando el equipo de cámara virtual. Un equipo de cámara virtual consta de un monitor portátil o un dispositivo de tableta, sensores de movimiento, un marco de soporte opcional y controles de joystick o botones opcionales que se utilizan comúnmente para iniciar o detener la grabación y ajustar las propiedades de la lente. [28] En 1992, Michael McKenna del Media Lab del MIT demostró el equipo de cámara virtual más antiguo documentado cuando fijó un sensor de movimiento magnético Polhemus y un televisor LCD portátil de 3,2 pulgadas a una regla de madera. [29] El Proyecto Walkthrough de la Universidad de Carolina del Norte en Chapel Hill produjo una serie de dispositivos de entrada físicos para el control de la vista de la cámara virtual, incluidos joysticks duales de tres ejes y un accesorio con forma de bola de billar conocido como UNC Eyeball que presentaba un rastreador de movimiento de seis grados de libertad incorporado y un botón digital. [30]
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