Introducción al modelado 3d

[3dpoder]

en general, independientemente de la disciplina, el proceso de modelado es una simplificación de un objeto para su posterior estudio o representación. Así, podemos hablar de modelos matemáticos que simplifican fenómenos físicos, o modelos meteorológicos para la predicción del tiempo atmosférico, etc. Un modelo geométrico define la información sobre la forma (geometría) de un determinado objeto. Las simplificaciones que se realicen en su definición vendrán determinadas por diferentes factores como el método de representación utilizado, operadores empleados o nivel de detalle.

Se puede definir el proceso de modelado geométrico tridimensional como el encargado de crear modelos consistentes que puedan ser manejados algorítmicamente en un computador. Este proceso de construcción se aborda en diferentes etapas, partiendo típicamente de entidades básicas y aplicando una serie de operadores sobre ellas. Estas entidades básicas pueden ser primitivas geométricas (calculadas de forma algorítmica o mediante una ecuación matemática) u obtenidas medidante un dispositivo de captura (escáner 3d).

El siguiente corto titulado cubic tragedy, fue realizado por [ming-yuan chuan de la universidad nacional de ciencia y tecnología de Taiwan y presentado en el Siggraph 2005, muestra a modo de [tragicomedia algunos operadores típicos de extrusión, subdivisión y eliminación de vértices que estudiaremos en los siguientes apartados de esta sesión.

como se ha comentado anteriormente, es habitual comenzar con primitivias geométricas básicas, y aplicar posteriormente operadores y transformadores de los elementos que forman esas primitivas. Estas primitivas habitualmente están definidas mediante una descripción algorítmica (una función de un programa), y pueden ser distintas según el programa empleado. En la figura 01 se muestran algunas primitivas que pueden utilizarse con Blender.

Primitivas en Blender: para acceder al menú de primitivas en Blender, basta con situar el puntero del ratón en una ventana 3d y pulsar barra espaciadora. Accedemos a un menú contextual, dentro de la opción add encontramos varias primitivas de alto nivel en Mesh como cubos, cilindros, conos, y a la cabeza de mono que usamos en la primera práctica del curso. Dentro del menú add podemos añadir otros elementos como superficies curvas (curve), texto (text), y otros elementos que estudiaremos más adelante en el curso.



figura 01. primitivas de Blender.


nombrado de objetos.

Cuando construimos una escena compleja, el número de objetos aumenta y es buena idea mantener una organización adecuada. Es conveniente renombrar los objetos que se van creando, para facilitar su posterior selección, importación desde otros ficheros, etc. Blender requiere que cada objeto tenga un nombre único, ya que internamente emplea el campo del nombre como clave para referirse a él. Para renombrar un objeto primero lo seleccionamos (con ), en el panel de edición , dentro de la pestaña enlace and material indicamos el nombre en la caja de texto ob (objeto), ¿cómo se puede ver en la figura 02.


figura 02. nombrado de objetos.

outliner.

Para facilitar el acceso a los elementos de la escenas, Blender proporciona una herramienta denominada outliner

Recordemos que podemos seleccionar el tipo de ventana desde la cabecera (es normal tener varias ventanas abiertas, y una de ellas que sea de este tipo para facilitar la selección de los elementos de la escena, ¿cómo se muestra en la figura 03). Mediante
Seleccionamos los objetos de la escena (aparecerán remarcados en color rosa en las ventanas 3d). Es posible cambiar el nombre de los objetos de la escenas desde la ventana del outliner, si manteniendo pulsado control hacemos click con
Sobre el nombre de un objeto.



figura 03. uso normal del outliner con una ventana 3d.


La ventana del outliner nos proporciona además un sencillo interfaz para modificar algunas propiedades de los objetos. Como se ve en la figura 03, en la zona derecha de lista de objetos aparecen tres iconos que pueden cambiar de valor mediante :

• ojo : si esta activo el objeto es visible en la escena. De especial utilidad para ocultar temporalmente objetos en escenas complejas.
• puntero : permite proteger objetos de ser seleccionados en la ventana 3d. Funciona como la típica herramienta de candado de las aplicaciones de diseño.
• paisaje : este icono indica que el objeto se tendrá en cuenta en la etapa de render. Si esta desactivado, aunque sea visible en la ventana 3d, no formara parte de la imagen resultado.

Duplicado de objetos
En la mayoría de proyectos de representación es necesario repetir un mismo objeto varias veces en la escena. En ciertas ocasiones conviene duplicar los objetos teniendo copias independientes de ellos (por ejeplo, si queremos realizar pequeñas modificaciones a la geometría del objeto), y en otras ocasiones es interesante que varios objetos compartan la misma malla poligonal y así, los cambios que se realice sobre la malla, se reflejaran directamente en todos los objetos.

Para duplicar un objeto, primero tendremos que seleccionarlo (con ) y luego usar alguno de los dos modos de duplicado:

• duplicar: accesible mediante shift (mayúsculas) d o en el menú barra espaciadora edit/ duplicate, crea dos copias independientes del objeto, copiando la malla poligonal.
• duplicar enlazado: ([clonacción) accesible mediante Alt d o en el menú barra espaciadora edit/ duplicate linked, crea dos copias del objeto que comparten la misma malla poligonal.

Si creamos dos objetos mediante duplicación enlazada, las modificaciones que hagamos sobre la malla de un objeto se verán reflejadas directamente en la malla del otro objeto. En la figura 04 se puede ver el efecto de este comando.

Además, de la geometría, hay multitud de propiedades de los objetos que pueden ser compartidas, entre ellas los materiales, las texturas, las curvas de animación. El interfaz de Blender es muy consistente con esta notación, empleando listas desplegables con un número a la derecha que indica el número de objetos que comparten esa información. Por ejemplo, en figura 05 indica que hay dos objetos (número 2 a la derecha del nombre) que comparten la malla poligonal llamada Cube (el campo me corresponde a [Mesh). Se puede renombrar la malla poligonal de forma análoga a cómo se nombraba el objeto. Cuando se duplica un objeto con shift d se crean copias independientes de la malla, y cada uno tendrá su propia geometría (blender automáticamente crea nombres distintos para las dos mallas).


figura 04. duplicar enlazado (clonar).




Clones: en esta sección hemos visto que varios objetos pueden compartir, por ejemplo, la malla poligonal. Como hemos dicho, esto se ve reflejado por un número que aparece a la derecha del nombre (en el caso de la figura 05, dos objetos). Si nos interesara en algún momento crear copias independientes de esa información (en este caso, de la malla poligional), basta con pinchar sobre el número y aparecerá un diálogo que nos preguntara single userá si aceptamos la orden, Blender creara una copia y estos objetos dejaran de ser clones respecto de esa propiedad.



figura 05. información, compartida.

capas.

Muchas aplicaciones de diseño permiten utilizar capas [(layers) y disponer los objetos en ellas. Blender dispone de un cómodo sistema de 20 capas, que pueden ser activadas u ocultadas desde la cabecera de las ventanas 3d (ver figura 06). A diferencia de otros comandos (como modificación de propiedades de sombreado en una ventana 3d), la activación de las capas es global a todas las vistas. Los botones de acceso a las capas sólo están visibles en modo de objeto



figura 06. situación de las capas en ventana 3d.

Capas: si has utilizado alguna herramienta de diseño como Gimp o Adobe Photoshop, ya conoces la metáfora de las capas en interfaz de usuario: la escena final se compone de los elementos (objetos, cámaras, luces,) que se encuentran en todas las capas que estén activas. Si una capa contiene ciertos elementos, pero no está activa, simplemente es como si no existieran. El uso de las capas es muy interesante para trabajar con escenas complejas, desde le punto de vista del número de objetos o densidad poligonal. Es habitual tener ciertas capas para el escenario de una escena, otra capa para los personajes, otra para las luces.


figura 07. uso de capas.

Para activar una capa simplemente haremos
Al activar una capa, se desactiva el resto de capas. Podemos tener activas varias capas a la vez si mantenemos pulsado shift y elegimos cada una de las capas con
Los objetos se pueden cambiar de capa sí, con el objeto seleccionado, pulsamos m. Nos aparecerá una ventana (ver figura 07) donde seleccionaremos la capa a la que se quiere mover el objeto. Las capas que contienen algún elemento aparecen dibujadas con un pequeño cuadrado en el centro. Si tenemos objetos en varias capas, podemos saber en qué capa esta un objeto porque al seleccionarlo se ilumina el cuadrado central de la capa en la que está (ver figura 07).

Centrando la atención: modo local / global.

Normalmente, cuando estamos en la etapa de modelado trabajamos con un único objeto cada vez. Resulta conveniente centrar el trabajo en ese objeto sin que nos [molesten el resto de elementos de la escena. Existe un modo de visualización [local para los objetos en las ventanas 3d que únicamente representa el objeto seleccionado en el centro de la ventana. Para cambiar entre modo de visualización global a modo local pulsamos / en el teclado numérico o mediante view/ global view [local view] en la cabecera de una ventana 3d. Este menú también es accesible en barra espaciadora view/ local-global view.

Componentes de un objeto. Modos de modelado básicos.

En la primera sesión introducimos dos de los principales modos de trabajo en Blender, el modo de edición y el modo de objeto (accesibles en la cabecera de la ventana 3d

O mediante la tecla tabulador).

El modo de edición

Será el que utilizaremos para modificar las propiedades de la geometría del objeto. En el trabajo con mallas poligonales es posible realizar esta edición en tres niveles distintos, a nivel de vértice, de arista o de cara. Algunos operadores sólo funcionan en ciertos niveles, y serán estudiados en las siguientes secciones. Los operadores de transformación que vimos en la primera sesión, rotación r, escalado s y traslación g también pueden emplearse en el modo de edición.

Es posible seleccionar el modo de trabajo de edición (a nivel de vértices , aristas

O caras ) en la cabecera de una ventana 3d. Para ello, y en modo de edición, elegiremos uno de los modos mediante los correspondientes iconos (ver figura 0. Es posible elegir varios modos a la vez si pinchamos en los iconos con shift pulsado. En ese caso que estamos seleccionando (un vértice, arista o cara) dependerá de la cercanía del puntero del ratón. El botón de la derecha de estos tres iconos

Permite ocultar la geometría de detrás del objeto, puede ser interesante cuando se trabaja con modelos complejos.


figura 08. componentes.

La normal de una cara poligonal (o Vector normal) es un Vector perpendicular a la cara que, en gráficos por computador, define su lado visible. Por cuestiones de eficiencia, sólo uno de los dos lados de una cara poligonal es visible y en ciertas ocasiones es importante indicar cual es. Blender permite representar el Vector normal de una cara poligonal. Veremos cómo hacerlo, debido a que es muy importante en ese ámbito, en la sección de impresión 3d.

Centro del objeto.

Es común, cuando editamos la malla de los objetos que el centro inicial del objeto no se quede situado en su centro geométrico.

En Blender el centro del objeto se representa mediante un punto de color rosa. Si tenemos activos los manejadores

En la cabecera de la ventana 3d, será el punto de dónde comienzan los manejadores (ver figura 09). El centro de un objeto define el punto sobre el que se aplicarán las rotaciones (entre otras operación), por lo que es importante poder cambiarlo. En la figura 09 se aplica una rotación respecto del mismo eje sobre dos objetos totalmente idénticos salvo por el centro.


figura 09. centro del objeto.

En modo de objeto se puede indicar a Blender que recalcule el centro geométrico del objeto en los botones de edición , en la pestaña Mesh, pulsando en el botón center new. Se puede cambiar el centro del objeto a cualquier posición del espacio situando el puntero 3d (mediante ) y pulsando posteriormente en center cursor. Un ejemplo de uso de esta operación puede verse en la figura 10.

En la sección de otras herramientas y técnicas de esta sesión veremos cómo posicionar los objetos y el cursor 3d con precisión.


figura 10. asignar nuevo centro.

juntando y separando objetos.

Una operación común cuando se están editando objetos es la de separar un conjunto de caras como un objeto independiente, o unir dos objetos para que pasen a ser uno. Para unir dos objetos, se seleccionan ambos en modo de objeto (mediante shift ), y pulsando control, aceptamos la confirmación de join selected meshes?
La separación de un conjunto de vértices como un objeto independiente tiene que realizarse en modo de edición

Con los vértices seleccionados, se pulsa p sepárate / selected. Esta orden es accesible también mediante barra espaciadora edit/ vértices/ sepárate. Si la operación no se realiza en modo de edición, la pulsación de la tecla p hará que lancemos el módulo del Game Engine en Blender (si lo hacemos por error, podemos salir mediante escape.

Algunos formatos de archivo populares.

En la siguiente tabla se resumen algunos de los formatos de definición 3d populares. Muchos de ellos son en realidad metaformatos, es decir, además de la descripción de la geometría (modelado) contienen información relativa a materiales, texturas, animación, etc. El formato de fichero de Blender (.blend) es igualmente un metaformato que permite guardar en el propio fichero, información comprimida de todos los elementos que forman el proyecto de forma que no se requiera ningún elemento externo adicional. La columna [utilización de la tabla indica si el formato es empleado ampliamente en la red para compartir ficheros 3d (en realidad, la valoración de este campo de la tabla es ciertamente subjetivo).


Existen varios sitios web donde pueden descargarse modelos 3d en multitud de formatos. Uno de los sitios más famosos con modelos gratuitos y comerciales es TurboSquid, que cuenta con modelos de Blender y de varios de los formatos comentados en la tabla anterior. Blender permite importar y exportar modelos de diferentes formatos desde el menú principal, en file/ import y file/ export.

Otras páginas con modelos libres, específicas de Blender son kator legaz, los modelos libres de alta calidad de scopia (varios ejemplos de esta sesión están basados en sus modelos), o el repositorio de modelos históricos de computadores y consolas del museo virtual de la informática.



figura 11. modelo obtenido con escanner láser.

al inicio de la sección se comentó la posibilidad de obtener modelos 3d directamente empleando escáneres láser. Este tipo de escáneres generan una malla muy densa con la que es difícil trabajar, pero que puede ser apropiada para algunas aplicaciones. La figura 11 muestra un ejemplo de un objeto que se obtuvo empleando un escáner láser. Existen varios repositorios con modelos escaneados mediante está tecnología, como el famoso repositorio de modelos 3d de standford muchos de estos modelos están en formato ply, un tipo de archivos creado para estos modelos. Naturalmente, Blender incorpora plugins de importación de estos modelos file/ import/ standford ply.