Imaxes xeradas por ordenador

As imaxes xeradas por ordenador (CGI polas siglas en inglés Computer-generated imagery) son as imaxes e o uso de gráficos por ordenador para crear ou contribuír á xeración de imaxes en arte dixital, medios impresos, videoxogos, simuladores, animación por ordenador e efectos visuais en películas, programas de televisión, curtas, anuncios, vídeos ou videoclips.

As imaxes poden ser dinámicas ou estáticas, e poden ser bidimensionais (2-D), aínda que o termo "CGI" úsase máis habitualmente para referirse aos gráficos de ordenador en 3D utilizados para crear personaxes, escenas e efectos especiais en películas e televisión, que se describe como animación por ordenador ou en inglés CGIA, CGI-A (Computer-generated imagery animation).

A primeira longametraxe que fixo uso de CGI foi a película de 1973 Westworld. Outras das primeiras películas que incorporaron CGI foron A guerra das galaxias (1977), Tron (1982), Golgo 13: The Professional (1983), The Last Starfighter (1984), Young Sherlock Holmes (1985) e Flight of the Navigator (1986).Hearn, Marcus (2005). The Cinema of George Lucas. New York City: Harry N. Abrams, Inc. p. 156. . O primeiro vídeo musical en utilizar CGI foi o premiado "Money for Nothing" (1985) de Dire Straits, cuxo éxito foi determinante para darlle a visibilidade ao proceso.

A evolución do CGI levou á aparición da cinematografía virtual na década de 1990, onde a visión da cámara simulada non está restrinxida polas leis da física. A dispoñibilidade do software CGI e o aumento da velocidade dos ordenadores permitiron que artistas individuais e pequenas empresas produzan películas, xogos e obras de arte de calidade profesional desde os seus ordenadores domésticos. 

 Tipos 

 Imaxes estáticas e paisaxes 
miniatura| Unha paisaxe fractal creada en Terragen.
Non só as imaxes animadas forman parte das imaxes xeradas por ordenador; As paisaxes de aspecto natural (como as paisaxes fractais) tamén se xeran mediante algoritmos informáticos. Unha forma sinxela de xerar superficies fractais é utilizar unha extensión do método de malla triangular, baseándose na construción dalgún caso especial dunha curva de Rham, por exemplo, o desprazamento do punto medio. Por exemplo, o algoritmo pode comezar cun triángulo grande, despois facer zoom recursivamente dividíndoo en catro triángulos de Sierpinski máis pequenos, e despois interpolar a altura de cada punto dos seus veciños máis próximos. A creación dunha superficie browniana pódese conseguir non só engadindo ruído a medida que se crean novos nós senón tamén engadindo ruído adicional en varios niveis da malla. Así, pódese crear un mapa topográfico con diferentes niveis de altura usando algoritmos fractais relativamente sinxelos. Algúns fractais típicos e fáciles de programar usados en CGI son o fractal de plasma e o fractal de falla máis dramático.Game programming gems 2 by Mark A. DeLoura 2001  páxina 240 

Moitas técnicas específicas foron investigadas e desenvolvidas para producir efectos xerados por ordenador altamente enfocados, por exemplo, o uso de modelos específicos para representar a meteorización química das pedras para modelar a erosión e producir un "aspecto envellecido" para unha determinada superficie baseada en pedra.

 Escenas arquitectónicas 
miniatura|Unha imaxe xerada por ordenador que presenta unha casa ao pór do sol, feita en Blender.
Os arquitectos modernos usan servizos de empresas de gráficos informáticos para crear modelos 3D tanto para clientes como para construtores. Estes modelos de imaxes xeradas por ordenador poden ser máis precisos que os debuxos tradicionais. Tamén se pode utilizar a animación arquitectónica para ver a posible relación que terá un edificio en relación co medio e os edificios circundantes. O procesamento de espazos arquitectónicos sen o uso de ferramentas de papel e lapis é agora unha práctica amplamente aceptada cunha serie de sistemas de deseño arquitectónico asistido por ordenador.

As ferramentas de modelaxe arquitectónica permiten que un arquitecto visualice un espazo e realice "percorridos" de forma interactiva, proporcionando así "contornos interactivos" tanto a nivel urbano como de edificio.Interactive environments with open-source software: 3D walkthroughs by Wolfgang Höhl, Wolfgang Höhl 2008  pages 24-29 As aplicacións específicas en arquitectura non só inclúen a especificación de estruturas de edificios (como paredes e fiestras) e os percorridos, senón os efectos da luz e como a luz solar afectará a un deseño específico en diferentes momentos do día.Advances in Computer and Information Sciences and Engineering por Tarek Sobh 2008  páxinas 136-139

As ferramentas de modelaxe arquitectónica están cada vez máis baseadas en Internet. Non obstante, a calidade dos sistemas baseados en Internet aínda está por debaixo da dos sofisticados sistemas de modelaxe interna.Encyclopedia of Multimedia Technology and Networking, Volume 1 por Margherita Pagani 2005  páxina 1027

Nalgunhas aplicacións, as imaxes xeradas por ordenador utilízanse para facer "enxeñería inversa" de edificios históricos. Por exemplo, unha reconstrución xerada por ordenador do mosteiro de Georgenthal en Alemaña foi derivada das ruínas do mosteiro, pero ofrece ao espectador un "aspecto e sensación" de como sería o edificio no seu día.Interac storytelling: First Joint International Conference por Ulrike Spierling, Nicolas Szilas 2008  pages 114-118

 Modelos anatómicos 
miniatura|Unha imaxe de anxiograma pulmonar por TC xerada por un ordenador a partir dunha colección de raios X.
Os modelos de imaxes xeradas por ordenador utilizados na animación do esqueleto non sempre son anatomicamente correctos. Non obstante, organizacións como o Scientific Computing and Imaging Institute desenvolveron modelos informáticos anatomicamente correctos. Os modelos anatómicos xerados por ordenador pódense utilizar tanto con fins instrutivos como operativos. Até a data, un gran número de imaxes médicas producidas por artistas seguen sendo utilizadas por estudantes de medicina, como imaxes de Frank H. Netter, por exemplo imaxes cardíacas. Non obstante, están dispoñibles unha serie de modelos anatómicos en liña.

Unha radiografía dun só paciente non é unha imaxe xerada por ordenador, aínda que sexa dixitalizada. Non obstante, nas aplicacións que implican exploracións por TC prodúcese automaticamente un modelo tridimensional a partir de moitos raios X dunha soa porción, producindo "imaxe xerada por ordenador". As aplicacións que inclúen imaxes de resonancia magnética tamén reúnen unha serie de "instantáneas" (neste caso a través de pulsos magnéticos) para producir unha imaxe interna composta.

Nas aplicacións médicas modernas, constrúense modelos específicos para o paciente en "cirurxía asistida por ordenador". Por exemplo, na substitución total de xeonllo, pódese usar a construción dun modelo detallado específico do paciente para planificar coidadosamente a cirurxía.Total Knee Arthroplasty por Johan Bellemans, Michael D. Ries, Jan M.K. Victor 2005  páxinas 241-245 Estes modelos tridimensionais adoitan extraerse de múltiples tomografías computarizadas das partes adecuadas da anatomía do propio paciente. Estes modelos tamén se poden usar para planificar implantacións de válvulas aórticas, un dos procedementos comúns para tratar enfermidades cardíacas . Dado que a forma, o diámetro e a posición das aberturas coronarias poden variar moito dun paciente a outro, a extracción (a partir de tomografías computarizadas) dun modelo que se asemella moito á anatomía da válvula do paciente pode ser moi beneficiosa na planificación do procedemento.I. Waechter et al. Patient Specific Models for Minimally Invasive Aortic Valve Implantation in Medical Image Computing and Computer-Assisted Intervention -- MICCAI 2010 editado por Tianzi Jiang, 2010  páxinas 526-560

 Imaxes de tecido e pel 
miniatura|Pelo húmido xerado por ordenador creado en Autodesk Maya.
Os modelos de tecidos xeralmente divídense en tres grupos:
 A estrutura xeométrica-mecánica no cruzamento do fío
 A mecánica das follas elásticas continuas
 Características macroscópicas xeométricas do pano.Cloth modeling and animation por Donald House, David E. Breen 2000  páxina 20

Até a data, facer que a roupa dun personaxe dixital se dobra automaticamente dun xeito natural segue sendo un reto para moitos animadores.Film and photography por Ian Graham 2003  páxina 21

Ademais do seu uso en películas, publicidade e outros modos de exhibición pública, as imaxes xeradas por ordenador de roupa son agora usadas habitualmente polas principais firmas de deseño de moda.Designing clothes: culture and organization of the fashion industry por Veronica Manlow 2007  páxina 213.

O reto de renderizar imaxes de pel humana implica tres niveis de realismo:

 Fotorrealismo que se asemella a pel real a nivel estático
 Realismo físico ao asemellarse aos seus movementos
 Realismo de funcións ao asemellarse á súa resposta ás accións.Handbook of Virtual Humans por Nadia Magnenat-Thalmann and Daniel Thalmann, 2004  páxinas 353-370

As características visibles máis finas, como as engurras finas e os poros da pel, teñen un tamaño duns 100 µm ou 0,1 milímetros. A pel pódese modelar como unha función de textura bidireccional de 7 dimensións (BTF) ou unha colección de funcións de distribución de dispersión bidireccional (BSDF) sobre as superficies do obxectivo.

 Simulación e visualización interactiva 

A visualización interactiva é a representación de datos que poden variar de forma dinámica e que permite ao usuario ver os datos desde múltiples perspectivas. As áreas de aplicación poden variar significativamente, dende a visualización dos patróns de fluxo en dinámica de fluídos até aplicacións específicas de deseño asistido por ordenador.Mathematical optimization in computer graphics and vision por Luiz Velho, Paulo Cezar Pinto Carvalho 2008  páxina 177 Os datos representados poden corresponder a escenas visuais específicas que cambian a medida que o usuario interactúa co sistema; por exemplo, os simuladores, como os simuladores de voo, fan un uso extensivo de técnicas CGI para representar o mundo.GPU-based interactive visualization techniques por Daniel Weiskopf 2006  páxinas 1-8.

A nivel abstracto, un proceso de visualización interactivo implica un "canal de datos" no que os datos en bruto son xestionados e filtrados a un formulario que os fai axeitados para a representación. Isto adoita chamarse "datos de visualización" (en inglés visualization data, véxase o artigo visualización dos datos). A continuación, os datos de visualización son asignados a unha "representación de visualización" que se pode alimentar a un sistema de renderizado. Isto adoita chamarse "representación renderizada". A continuación, esta representación represéntase como unha imaxe visible. A medida que o usuario interactúa co sistema (por exemplo, usando controis de joystick para cambiar a súa posición no mundo virtual), os datos en bruto son alimentados a través da canalización para crear unha nova imaxe renderizada, facendo que a eficiencia computacional en tempo real sexa unha consideración fundamental para tales aplicacións.Trends in interactive visualization por Elena van Zudilova-Seinstra, Tony Adriaansen, Robert Liere 2008  páxinas 1-7.

 Animación por ordenador 
miniatura|Os filmes Machinima son, por natureza, filmes de CGI
Aínda que as imaxes xeradas por ordenador de paisaxes poden ser estáticas, a animación por ordenador só se aplica ás imaxes dinámicas que se asemellan a unha película. Non obstante, en xeral, o termo animación por ordenador refírese a imaxes dinámicas que non permiten a interacción do usuario, e o termo mundo virtual úsase para os ambientes animados interactivos.

A animación por ordenador é esencialmente un sucesor dixital da arte da animación stop-motion de modelos 3D e da animación fotograma a fotograma das ilustracións en 2D. As animacións xeradas por ordenador son máis controlables que outros procesos máis baseados fisicamente, como a construción de miniaturas para tomas de efectos ou a contratación de extras para escenas multitudinarias, e porque permite a creación de imaxes que non serían viables con ningunha outra tecnoloxía. Tamén pode permitir que un único artista gráfico produza ese contido sen o uso de actores, pezas escénicas caras ou atrezzo.

Para crear a ilusión de movemento, móstrase unha imaxe na pantalla do ordenador e substitúese repetidamente por unha nova imaxe similar á anterior, pero avanzada lixeiramente no dominio do tempo (normalmente a unha velocidade de 24 ou 30 fotogramas/segundo) . Esta técnica é idéntica a como se logra a ilusión de movemento coa televisión e as películas.

 Mundos virtuais 
esquerda|miniatura| Un submarino amarelo en Second Life.
miniatura|Bolas metálicas creadas en Blender.
O termo "mundo virtual" refírese a ambientes interactivos baseados en axentes, que se poden crear con CGI.

Un mundo virtual é un ambiente simulado, que permite ao usuario interactuar con personaxes animados ou interactuar con outros usuarios mediante o uso de personaxes animados coñecidos como avatares. Os mundos virtuais están pensados para que os seus usuarios habiten e interactúen, e o termo hoxe en día converteuse en sinónimo de ambientes virtuais interactivos en 3D, onde os usuarios toman a forma de avatares visibles para os demais graficamente.Cook, A.D. (2009). A case study of the manifestations and significance of social presence in a multi-user virtual environment. MEd Thesis. Available online Estes adoitan representarse como representacións textuais, bidimensionais ou gráficas en 3D, aínda que outras formas tamén son posibles (sensacións auditivas e táctiles, por exemplo). Algúns, pero non todos, os mundos virtuais permiten varios usuarios.

 Nas salas xudiciais 
As imaxes xeradas por ordenador utilízanse nas salas xudiciais, principalmente desde principios dos anos 2000. Non obstante, algúns expertos argumentaron que é prexudicial. Utilízanse para axudar aos xuíces ou ao xurado a visualizar mellor a secuencia de acontecementos, probas ou hipóteses. Non obstante, un estudo de 1997 demostrou que as persoas son físicas intuitivas pobres e que se poden influenciar facilmente polas imaxes xeradas por ordenador. Polo tanto, é importante que os xurados e outros responsables legais sexan conscientes de que tales exposicións son só unha representación dunha secuencia potencial de eventos.

 Captura de movemento 
As imaxes xeradas por ordenador utilízanse a miúdo xunto coa captura de movemento para cubrir mellor os fallos derivados da imaxe CGI e da animación. As imaxes xeradas por ordenador están limitadas na súa aplicación práctica polo seu aspecto realista. As imaxes xeradas por ordenador pouco realistas ou mal xestionadas poden producir o efecto Uncanny Valley. Este efecto refírese á capacidade humana para recoñecer cousas que se parecen curiosamente aos humanos, pero están lixeiramente desviadas. Tal capacidade é un fallo nas imaxes xeradas por ordenador normais que, debido á complexa anatomía do corpo humano, moitas veces non poden reproducilas perfectamente. Aquí é onde entra en xogo a captura de movemento. Os artistas poden usar unha plataforma de captura de movemento para obter imaxes dun humano realizando unha acción e despois replicalas perfectamente con imaxes xeradas por ordenador para que pareza normal.

A falta de modelos dixitais anatomicamente correctos contribúe á necesidade da captura de movemento xa que se usa con imaxes xeradas por ordenador. Debido a que as imaxes xeradas por ordenador reflicten só o exterior, ou a pel, do obxecto que se está a renderizar, non logran capturar as interaccións infinitesimalmente pequenas entre os grupos musculares entrelazados utilizados no control motor fino, como falar. O movemento constante da cara xa que fai sons con beizos en forma e movemento da lingua, xunto coas expresións faciais que acompañan ao falar son difíciles de reproducir coa man. A captura de movemento pode captar o movemento subxacente dos músculos faciais e replicar mellor o visual que acompaña ao son, como o Thanos de Josh Brolin.

 Galería 

 Notas 

 Véxase tamén 

 Bibliografía 

 Begault, Durand R. (1994). 3-D Sound for Virtual Reality and Multimedia. AP Professional. ISBN 978-0-1208-4735-8.
 Biocca, Frank; Levy, Mark R. (1995). Communication in the Age of Virtual Reality. Lawrence Erlbaum Associates. ISBN 978-0-8058-1549-8.
 Peitgen, Heinz-Otto; Jürgens, Hartmut; Saupe, Dietmar (2004). Chaos and Fractals: New Frontiers of Science. Springer Science & Business Media. ISBN 978-0-387-20229-7.
 Sondermann, Horst (2008). Light Shadow Space: Architectural Rendering with Cinema 4D. Vienna: Springer. ISBN 978-3-211-48761-7.

 Outros artigos 

 Algoritmo do pintor
 Pixel art
 Artefacto de compresión
 Cine de animación
 Cel shading
 Deseño gráfico
 Edición de imaxes
 Editor de gráficos vectoriais
 GIMP
 Mapa de bits
 Modelo de texto a imaxe
 NeRF
 Photoshop
 Pseudocor
 Renderización
 Teteira de Utah
 Tricromatismo

 Ligazóns externas 
 CG101: Referencia da industria de gráficos por ordenador únicas e persoais da primeira produción de gráficos por ordenador, ademais dunha base completa do sector para todos os niveis de lectura.
 F/X Gods, de Anne Thompson, Wired, febreiro de 2005.
 "History Gets A Computer Graphics Make-Over" Tayfun King, Click, BBC World News (19/11/2004)
 NIH Visible Human Gallery

Categoría:Arte
Categoría:Deseño gráfico
Categoría:Animación