Generadores de paisajes y escenarios 3D
Generadores de paisajes y escenarios 3D. Un generador de escenarios es un software utilizado para crear imágenes de paisajes, modelos 3D y animaciones. Estos programas a menudo utilizan la generación de procedurales para generar los paisajes. Cuando no se utiliza un generador de procedurales para crear los paisajes, normalmente los crea un artista 3D.
Estos programas se utilizan a menudo en videojuegos o películas. Los elementos básicos de los paisajes creados por los generadores de paisajes 3D incluyen el terreno, el agua, el follaje y las nubes. El proceso para la generación aleatoria básica utiliza un algoritmo de cuadrante.
Características comunes de los generadores de paisajes 3D y escenarios
La mayoría de los generadores de escenarios pueden crear mapas de vista aérea básicos para simular la variación de la elevación en el terreno básico. Las técnicas comunes incluyen ruido Simplex, fractales o el algoritmo Diamond-square, que puede generar mapas de altura de dos dimensiones.
Una versión del generador de escenarios puede ser muy simplista. Usando un algoritmo con algunos pasos adicionales que involucran fractales. Se puede hacer un algoritmo para la generación aleatoria de terreno con solo 120 líneas de código.
El programa en ejemplo toma una cuadrícula y luego divide la cuadrícula repetidamente. Cada cuadrícula más pequeña se divide en cuadrados y el algoritmo luego hace el terreno aleatorio para cada cuadrado. La mayoría de los programas para crear el paisaje también pueden permitir el ajuste y la edición del paisaje.
Técnicas empleadas en los generadores de paisajes 3D y escenarios
Por ejemplo, World Creator permite modelar terrenos con un sistema de pincel o brocha, similar al de Adobe Photoshop y permite mejorarlo adicionalmente con sus técnicas de procedurales como la erosión, los sedimentos y otras características. Otras herramientas que puede usar el programa World Creator son el estampado de terrenos, puede importar mapas de altitud y usarlos como base.
Los programas tienden a permitir también la colocación adicional de rocas, árboles, etc. Estos se pueden hacer proceduralmente o a mano dependiendo del programa. Por lo general, los modelos utilizados para los objetos de colocación son los mismos que para disminuir la cantidad de trabajo que se realizaría si el usuario creara una multitud de árboles diferentes.
El terreno generado por el ordenador genera multi-fractales para luego integrarlos hasta finalmente renderizarlos en la pantalla. Estas técnicas generalmente se realizan sobre la marcha. Lo que generalmente para un terreno de resolución de 128×128 significaría 1.5 segundos en una CPU desde principios de la década de 1990.
Aplicaciones variadas para distintos escenarios
Los generadores de escenarios se utilizan comúnmente en películas, animaciones y videojuegos. Por ejemplo, Industrial Light & Magic utilizó E-on Vue para crear los entornos ficticios de Piratas del Caribe. En estos casos de acción en vivo, se renderiza un modelo 3D del entorno generado y se combina con imágenes de acción en vivo.
El escenario generado por el software también se puede utilizar para crear escenas completamente generadas por ordenador. En el caso de películas animadas como Kung Fu Panda, la generación en bruto es asistida por la pintura a mano para acentuar detalles sutiles. Los elementos ambientales no comúnmente asociados con los paisajes, como las olas del océano, también han sido manejados por el software.
La generación de escenarios se utiliza en la mayoría de los videojuegos basados en 3D. Estos suelen utilizar motores personalizados o comprados que contienen sus propios generadores de escenarios. Para algunos juegos tienden a utilizar un terreno generado por procedurales. Estos suelen utilizar una forma de mapeo de altitud y el uso de ruido de Perlin.
Coordenadas y cuadrículas en los generadores de paisajes 3D
Esto creará una cuadrícula que con un punto en una coordenada 2D creará el mismo mapa de altura que es pseudoaleatorio. Lo que significa que dará como resultado la misma salida con la misma entrada. Esto se puede traducir fácilmente en la imagen 3D del productos.
Estos se pueden cambiar de las herramientas de edición en la mayoría de los motores si el terreno se construirá a medida. Con los desarrollos recientes, se pueden construir redes neuronales para crear o texturizar el terreno en función de obras de arte sugeridas anteriormente o datos de mapas de altura.
Estos se generarían utilizando algoritmos que han sido capaces de identificar imágenes y similitudes entre ellas. Con la información, la máquina que procesa puede tomar otros mapas de altura y renderizar una imagen de aspecto muy similar a la imagen del estilo. Esto se puede utilizar para crear imágenes similares, por ejemplo, un estilo artístico de Studio Ghibli o Van Gogh.
También tenemos paisajes fractales
Un paisaje fractal es una superficie que se genera utilizando un algoritmo estocástico diseñado para producir un comportamiento fractal que imita la apariencia del terreno natural. En otras palabras, el resultado del procedimiento no es una superficie fractal determinista, sino más bien una superficie aleatoria que exhibe un comportamiento fractal.
Muchos fenómenos naturales exhiben alguna forma de auto-similitud estadística que puede ser modelada por superficies fractales. Además, las variaciones en la textura de la superficie proporcionan señales visuales importantes para la orientación y las pendientes de las superficies, y el uso de patrones fractales casi auto-similares puede ayudar a crear efectos visuales de aspecto natural. El modelado de las superficies rugosas de la Tierra a través del movimiento browniano fraccional fue propuesto por primera vez por Benoit Mandelbrot.
Debido a que el resultado previsto del proceso es producir un paisaje, en lugar de una función matemática, los procesos se aplican con frecuencia a tales paisajes que pueden afectar las estaciones e incluso el comportamiento fractal general de dicha superficie, en aras de producir un paisaje más convincente.
Según R. R. Shearer, la generación de superficies y paisajes de aspecto natural fue un punto de inflexión importante en la historia del arte, donde la distinción entre imágenes geométricas generadas por computadora y arte natural hecho por el hombre se volvió borrosa.
El primer uso de un paisaje generado por fractales en una película fue en 1982 para la película Star Trek II: The Wrath of Khan. Loren Carpenter refinó las técnicas de Mandelbrot para crear un paisaje alienígena.
Comportamiento de los paisajes naturales
Si los paisajes naturales se comportan o no de una manera generalmente fractal ha sido objeto de algunas investigaciones. Técnicamente hablando, cualquier superficie en el espacio tridimensional tiene una dimensión topológica de 2, y por lo tanto cualquier superficie fractal en el espacio tridimensional tiene una dimensión de Hausdorff entre 2 y 3.
Sin embargo, los paisajes reales tienen un comportamiento variable a diferentes escalas. Esto significa que un intento de calcular la dimensión fractal global de un paisaje real puede resultar en medidas de dimensión fractal negativa, o de dimensión fractal por encima de 3.
En particular, muchos estudios de fenómenos naturales, incluso aquellos que comúnmente se cree que exhiben un comportamiento fractal, no lo hacen, en más de unos pocos órdenes de magnitud. Por ejemplo, el examen de Richardson de la costa occidental de Gran Bretaña mostró el comportamiento fractal de la costa en solo dos órdenes de magnitud.
En general, no hay razón para suponer que los procesos geológicos que dan forma al terreno a gran escala (por ejemplo, la tectónica de placas) exhiben el mismo comportamiento matemático que los que dan forma al terreno a escalas más pequeñas (por ejemplo, la fluencia del suelo).
La influencia de las estadísticas y mediciones reales
Los paisajes reales también tienen un comportamiento estadístico variable de un lugar a otro, por lo que, por ejemplo, las playas de arena no exhiben las mismas propiedades fractales que las cadenas montañosas. Una función fractal, sin embargo, es estadísticamente estacionaria, lo que significa que sus propiedades estadísticas masivas son las mismas en todas partes.
Por lo tanto, cualquier enfoque real para modelar paisajes requiere la capacidad de modular espacialmente el comportamiento fractal. Además, los paisajes reales tienen muy pocos mínimos naturales (la mayoría de estos son lagos), mientras que una función fractal tiene tantos mínimos como máximos, en promedio. Los paisajes reales también tienen características que se originan con el flujo de agua y hielo sobre su superficie, que los fractales simples no pueden modelar.
Es debido a estas consideraciones que las funciones fractales simples a menudo son inapropiadas para modelar paisajes. Las técnicas más sofisticadas (conocidas como técnicas «multi-fractales») utilizan diferentes dimensiones fractales para diferentes escalas y, por lo tanto, pueden modelar mejor el comportamiento del espectro de frecuencias de paisajes reales.
Generación de paisajes fractales
Una forma de hacer tal paisaje es emplear el algoritmo de desplazamiento aleatorio del punto medio, en el que un cuadrado se subdivide en cuatro cuadrados iguales más pequeños y el punto central se compensa verticalmente en una cantidad aleatoria. El proceso se repite en los cuatro nuevos cuadrados, y así sucesivamente, hasta que se alcanza el nivel de detalle deseado.
Hay muchos procedimientos fractales; como la combinación de múltiples octavas de ruido Simplex, capaces de crear datos del terreno. Sin embargo, el término paisaje fractal se ha vuelto más genérico con el tiempo.
Software que se emplea para generar paisajes y escenarios 3D
SceneryGen: Genera terrenos en tiempo real a escala planetaria.
World Creator: puede crear terreno, totalmente alimentado por GPU.
L3DT: funciones similares al programa Terragen, tiene un límite de 2048×2048.
Bryce: Uno de los más antiguos y completos hasta la fecha, requiere de muchos recursos.
Terragen: puede generar terrenos, agua, atmósfera e iluminación en este programa gratuito de ventanas.
SceneryGen
SceneryGen es el último en llegar al mercado, aunque sus funciones pueden ser más limitadas que las que ofrecen otros programas. El software, que se desarrolló inicialmente como un proyecto de apoyo a las herramientas de simulación en tiempo real de la firma. Como EmberGen y LiquiGen, se presenta como una forma rápida de generar mapas de altura o terreno 3D.
SceneryGen es una herramienta en tiempo real para generar terreno a escala planetaria. JangaFX lo describe como un sucesor de Grand Designer, un generador de universo procedural desarrollado por Gil Damoiseaux. Que ahora trabaja como asesor técnico de la compañía.
El software se presenta como una herramienta simple y optimizada para generar mapas de altura y terreno 3D para aplicaciones en tiempo real como juegos. No tendrá tantas funciones como herramientas como World Creator o Terragen.
Sin embargo, incluye un par de características más avanzadas. La demostración inicial muestra tanto el agua animada como la niebla ambiental, abriendo la posibilidad de generar renders bastante atractivos.
World Creator
World Creator está desarrollado por el diseñador arquitectónico Tyler Puryear y que está pensado para generar terrenos utilizando la GPU. Anteriormente ligado a Unity, aunque de un tiempo a esta parte se ha vuelto independiente.
Un generador procedural de terrenos que utiliza la potencia de la GPU. Que por otro lado, es el procedimiento utilizado por los principales juegos y estudios de efectos visuales. World Creator combina flujos de trabajo de edición manual y de procedurales, está siendo utilizado en juegos y estudios de efectos visuales. Incluidos Blizzard Entertainment, Crytek, Blur Studio y Cinesite.
World Creator tiene soporte nativo para materiales de Substance 3D Painter y otros programas de similares.
Los terrenos se pueden colorear aplicando gradientes de color basados en la altura o aplicando mapas de textura. El software tiene un sistema de textura PBR con soporte para mapas de albedo; normal, desplazamiento, AO y rugosidad.
El color y las texturas de la superficie se pueden controlar a través de un sistema de máscaras basado en reglas. Tiene opciones para crear máscaras de acuerdo con la altura del terreno; la pendiente, la curvatura o incluso la dirección del sol. Los usuarios también podemos aplicar ruido Perlin o Voronoi; o realizar ediciones generales en una textura como desenfoque, contraste y ruido.
L3DT como generador de paisajes y escenarios 3D
L3DT es una aplicación de Windows utilizada para crear mapas y texturas que pueden ser utilizados por artistas y diseñadores de videojuegos para generar entornos 3D. El software fue desarrollado por Aaron Torpy, propietario de Bundysoft. Tanto las versiones estándar (gratuitas) como las profesionales del software se pueden encontrar en el sitio web de la compañía, aquí.
El software tiene una serie de herramientas que incluyen la generación y modificación de mapas de altura, la generación de texturas y diferentes tipos de mapas de texturas, la visualización 3D en tiempo real de mapas de altura y la capacidad de personalizar el software para satisfacer sus necesidades.
Esta imagen fue una prueba para verificar que el renderizador Sapphire 3D para la próxima versión de L3DT (v16.0X) estará listo para terrenos grandes. Este mapa era deliberadamente de tamaño impar, a 9024 x 14976 píxeles. Utilizando una resolución de campo de altura de 1 metro por píxel y una resolución de textura de 4K. La textura en sí es de 36096 por 59904 píxeles.
Se divide en un mosaico de 8307 imágenes, cada una de 512×512 píxeles. La distancia de visión en el visor 3D era un poco inferior a 5 kilómetros. Y se representaban alrededor de 256k triángulos por fotograma. Las montañas en la distancia no son un telón de fondo; son parte del terreno 3D.
Terragen Generator
Terragen Classic es popular entre los artistas aficionados, lo que se puede atribuir a que es freeware, su interfaz intuitiva y su capacidad para crear paisajes fotorrealistas cuando se usa hábilmente. Algo curioso es que permite usar archivos DEM (modelo digital de elevación) y otros mapas de superficie gráfica para generar las representaciones.
Hay disponible una versión comercial del software disponible y es capaz de crear terrenos más grandes, renders con mayor resolución de imagen. Archivos de terreno más grandes y un mejor anti-aliasing post-render que la versión gratuita.
El terreno se genera a partir de un mapa de altura bidimensional; contiene facilidades para importar y exportar mapas de altura a imágenes, para su uso en otros programas.
Planetside Software lanzó la primera versión pública de Terragen después de más de tres años de desarrollo tanto de las tecnologías centrales como del programa en sí. Desde entonces ha habido varias actualizaciones lanzadas para ambas licencias del software a lo largo del ciclo de desarrollo con una serie de vistas previas de la tecnología.
Bryce puede ser el más antiguo
El software original de Bryce surgió del trabajo con geometría fractal para crear imágenes realistas por computadora de cadenas montañosas y costas. Un conjunto inicial de programas basados en fractales que acabaron uniéndose bajo una misma interfaz generando lo que conocemos por el Bryce. La primera versión comercial apareció en 1994 para Macintosh.
Las siguientes versiones incluían mucho más material relevante a la hora de crear una cordillera realista. Estos incluían fuentes de luz independientes, efectos atmosféricos complejos, la adición de formas primitivas con métodos booleanos para combinarlas; un editor de texturas renovado y la capacidad de exportar modelos a DXF.
La capacidad de animar una escena fue añadida (en forma estable) con el Multiplataforma Bryce 3D (versión 3.1) en 1997 por la recién formada MetaCreations Corporation. Un «objeto de cámara» invisible en la imagen final actuó como observador.
La cámara se puede mantener en un solo lugar para una sola imagen, o enviarse en una trayectoria con imágenes que se representan en muchos lugares. La colección de imágenes creadas a lo largo de la trayectoria de la cámara se combinan para crear una animación realista que simula un viaje a través de un mundo dinámico.
