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). 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
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.
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
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. 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.
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.
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.
Modelos anatómicos
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. 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.
Imaxes de tecido e pel
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.
Até a data, facer que a roupa dun personaxe dixital se dobra automaticamente dun xeito natural segue sendo un reto para moitos animadores.
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.
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.
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. 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.
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.
Animación por ordenador
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
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. 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.