En este artículo, exploraremos el fascinante mundo del renderizado 3D, un proceso fundamental en la creación de imágenes y escenas que han revolucionado industrias como el cine, la arquitectura, el diseño y la simulación. Revisaremos los conceptos básicos, comprendiendo cómo se transforman modelos tridimensionales en representaciones visuales asombrosamente realistas.
Además, analizaremos los beneficios que ofrece el renderizado en la visualización de proyectos arquitectónicos. Por último, exploraremos los métodos computacionales que hacen posible la magia del renderizado 3D, las técnicas detrás de estas asombrosas creaciones visuales que han revolucionado la forma en que percibimos el mundo que nos rodea.
¿Que es un render?
En esencia, un render es una imagen 2D que nace a partir de un escenario tridimensional digital. Para crear un render, se utilizan técnicas y metodologías muy específicas, respaldadas por un conjunto de herramientas de software y hardware especializados.
El proceso de renderizado no solo implica crear imágenes estáticas, sino que también puede utilizarse para generar animaciones, añadiendo un elemento dinámico y narrativo a la experiencia visual. En esencia, un render es la culminación de la tecnología y el arte, donde las matemáticas y la creatividad se combinan para crear mundos visuales que desafían los límites de lo que es posible.
Beneficios de utilizar renders 3D
El uso de renders 3D en las industrias creativas ofrece numerosos beneficios. Estos incluyen la capacidad de crear imágenes fotorrealistas y escenas impactantes, lo que es esencial para producciones visuales de alta calidad.
Además, permiten una flexibilidad creativa excepcional al permitir a los artistas y diseñadores experimentar con diseños, materiales e iluminación de manera eficiente. Esta tecnología ahorra tiempo y recursos al evitar la construcción de prototipos físicos costosos y facilita la comunicación efectiva al transmitir ideas de manera clara a clientes y partes interesadas.
Los renders 3D tienen aplicaciones en campos tan diversos como el cine, la arquitectura, el diseño de productos, la medicina y la investigación científica, lo que amplía las posibilidades creativas y de toma de decisiones en una variedad de industrias.
¿Cómo se aplica el renderizado en arquitectura?
Los renderizados 3D son una parte esencial del proceso de diseño y planificación arquitectónica. Ayudan a arquitectos y diseñadores a visualizar y perfeccionar sus proyectos, lo que resulta en diseños más precisos y funcionales. Además, simplifican la comunicación con clientes al proporcionar representaciones visuales precisas e impactantes.
Presentación de Proyectos: Facilita la presentación de proyectos a clientes, ya que pueden visualizar los conceptos y comprender mejor el diseño propuesto.
Optimización del Diseño: Al poder observar cómo se verá un edificio o espacios en diferentes condiciones de iluminación y en diferentes momentos del día y/o estaciones de año, los arquitectos pueden optimizar el diseño para aprovechar al máximo los acabados, la vegetación etc.
Iluminación natural y artificial: Permite a los diseñadores evaluar y optimizar la iluminación de un proyecto, lo que influye en aspectos como la eficiencia energética, el confort y bienestar de los ocupantes.
Representación de las fases un proyecto: Visualizar los conceptos iniciales, planos y esquemas, etapas intermedias y la evaluación de acabados y materiales.
El proceso de renderizado
El proceso para la ejecución de un buen renderizado es un fundamental en la generación de imágenes 3D realistas. Definir metodologías de trabajo es un roll importante para los artistas técnicos.
Preparación de modelos 3D
El primer paso para iniciar un proyecto de renderizado es la creación de las escenas tridimensionales, estas pueden ser creadas desde cero o pueden importarse modelos ya existentes desde diferentes fuentes. Generalmente, para un proyecto de visualización arquitectónica, los modelos 3D son creados desde cero a partir del plano del diseño del proyecto.
Modelado 3D y asignación de materiales
El proceso de modelado 3D es esencial para la creación de los objetos y escenarios tridimensionales en el ámbito de la visualización. Los modelos 3D siempre requieren la asignación de materiales y un correcto trabajo de texturizado para ser interpretados correctamente por el motor de render y obtener una imagen altamente realista. Texturas y materiales de gran detalle y realismo están generalmente disponibles para los artistas a través de librerías contenidas en los motores de render.
Vistas del proyecto
Definir los encuadres de las cámaras es un factor sumamente importante para la buena comunicación del diseño, se busca una imagen renderizada que logre un impacto emocional y una interacción visual.
Este proceso requiere del conocimiento de los principios básicos de fotografía, las reglas de composición; la regla de los tercios, proporción áurea, simetría, entre otras. Definir un buen encuadre y ajustes correctos de la cámara ofrecen como resultado una imagen en equilibrio y armonía, con narrativa, haciéndola visualmente más atractiva.
Iluminación del proyecto
El renderizado 3D fotorrealista requiere de entre varios factores, uno fundamental en el proceso; El trabajo de iluminación realizada por el artista digital.
La iluminación es, sin duda, el factor más importante para lograr una imagen realista. Los motores de render son capaces de replicar el comportamiento físico de la luz de la vida real, ya sea una iluminación natural o artificial, diurna o nocturna.
En visualización arquitectónica se usan técnicas avanzadas de iluminación con sol y cielo físicos, iluminación basada en imágenes, y/o mezclas con luces artificiales, por ejemplo, luces IES que proporcionan una información detallada de su comportamiento sobre un espacio tridimensional. Estas fuentes de información las ofrecen de manera gratuita los diferentes fabricantes.
Post-producción de imágenes
La post-producción de imágenes es el proceso de edición y mejora de una imagen o secuencia de imágenes después de haber sido renderizadas. La postproducción tiene como objetivo final mejorar la calidad, apariencia y efectos visuales de las imágenes, ajustándolas según las necesidades de cada proyecto, de un estilo o simplemente estándares estéticos.
Herramientas y software comunes para el renderizado
Software y hardware especializado son necesarios para los procesos de renderizado, existe una gran variedad de herramientas y soluciones digitales disponibles para los diferentes perfiles de artistas y profesionales de la arquitectura y diseño.
Software de Renderizado 3D
El software encargado del proceso de renderizado es el motor de render. Ahora bien, existen dos tipos de motor de render 3d; motores de render offline y motores de render real-time. Ambos tipos de motor pueden renderizar imágenes y secuencias, pero los resultados e implicaciones son distintas.
Los motores de render offline utilizan como técnica el ray tracing y su beneficio principal es ofrecer una imagen extremadamente realista. Son los motores más utilizados cuando se requiere de una alta calidad visual o en producciones de películas. Una desventaja reconocida en la industria es que utilizan mayores recursos de hardware y el tiempo de procesamiento puede ser largo.
Los motores en tiempo real utilizan una técnica conocida como rasterización. Como el nombre lo indica, pueden crear imágenes extremadamente rápidas ofreciendo una experiencia e iteración de diseño única, en tiempo real. El resultado en calidad no suele ser hiper realista, sin embargo, gracias a las últimas tecnologías de hardware estos motores integran adaptaciones de ray tracing para incrementar la calidad de las imágenes.
Algunos de los motores de render 3d offline más populares son:
Algunos de los motores de render 3d real-time más populares son:
Herramientas de modelado 3D
Existe una gran variedad de herramientas de modelado 3D que se ajustan a las necesidades de las industrias de la arquitectura, el diseño de producto, la ingeniería y los medios y entretenimiento comúnmente clasificadas como; BIM, CAD, CAM, y M&E.
Estos programas pueden resolver modelados tridimensionales mediante algunas técnicas:
Modelado Poligonal: Creación de objetos a partir de polígonos (triángulos o cuadriláteros) que se ensamblan para formar una malla tridimensional, por ejemplo, 3ds Max, Maya o Cinema 4D.
Modelado por NURBS: Utilización de superficies NURBS (Non-uniform rational B-splines) para crear formas suaves y orgánicas, por ejemplo, Rhinoceros 3d.
Modelado CAD y BIM: Creación de objetos basados en parámetros y fórmulas matemáticas. Revit, ArchiCad y SketchUp son algunos de los software más populares para arquitectura.
Los motores de render se integran como un complemento (plug-in) a estas plataformas ofreciendo una extensión al proceso de modelado y animación. Algunas versiones de motores de render se ofrecen también como aplicaciones independientes (standalone) donde los usuarios deben exportan o vincular sus escenas 3D.
Consideraciones al elegir el software
Los profesionales de visualización arquitectónica eligen las herramientas que necesitan en base a las expectativas de sus proyectos y considerando el hardware con el que cuentan. A continuación, enlistaré algunas consideraciones que debemos tener en cuenta al elegir el software:
- Facilidad de uso: La curva de aprendizaje es un factor importante para muchos usuarios, empezar rápido.
- Ecosistema de trabajo y compatibilidad: Que permita la interoperabilidad y comunicación con los diferentes procesos que involucran las fases del diseño.
- Versatilidad: Capacidad de cubrir las necesidades y exigencias actuales de la visualización.
- Capacidad de producción: Posibilidad de manejar proyectos grandes y cumplir los requerimientos de las tendencias de la industria.
- Recursos y comunidad: Acceso a recursos de formación y contenido (plugins, modelos 3D, librerías de texturas), soporte técnico y foros de ayuda.
También es importante considerar los requerimientos del sistema:
- Sistema operativo: Existen programas que únicamente trabajan en Windows, 3ds Max, por ejemplo. Algunos programas trabajan tanto en Windows como iOS, un ejemplo es, SketchUp.
- Hardware: Existen motores de render que requieren características específicas para su correcto funcionamiento, algunos se basan en la exigencia de procesamiento únicamente por CPU, o solo por GPU, algunos pueden trabajar con ambas unidades de procesamiento.
Tipos de Renderizado
El mundo del renderizado 3D es un vasto campo donde la creatividad y la tecnología se fusionan para ofrecer una amplia gama de resultados visuales. Uno de los aspectos más intrigantes es la diversidad de tipos de renderizado, cada uno con sus características distintivas y aplicaciones específicas. A continuación, exploraremos algunos de los tipos más destacados:
Renderizado Realista
Se utiliza en cine, arquitectura, diseño de productos y otras aplicaciones donde la precisión y la calidad visual son fundamentales.
Renderizado No Realista (Estilizado)
A diferencia del realismo, el renderizado no realista se centra en crear imágenes con estilos artísticos únicos. Puede incluir estilos cel shading, acuarela, dibujo a lápiz y otros efectos visuales que aportan un aspecto distintivo y a menudo creativo a las imágenes. Se usa en videojuegos, animación y arte digital.
Renderizado en Tiempo Real
El renderizado en tiempo real es una herramienta poderosa que permite a los profesionales de la arquitectura y el diseño crear visualizaciones al instante y brindar una experiencia interactiva que facilita la toma de decisiones, la comunicación y la optimización del diseño.
Interacción en Tiempo Real: Los arquitectos y diseñadores pueden realizar cambios en el diseño, la iluminación y los materiales de manera interactiva y ver los resultados al instante.
Retroalimentación Instantánea: Esta tecnología permite a los arquitectos recibir retroalimentación en tiempo real durante reuniones con clientes, lo que facilita la comunicación y la toma de decisiones.
Simulación: El renderizado en tiempo real también se utiliza para simular efectos climáticos y ambientales, por ejemplo, el cambio de iluminación solar a lo largo del día.
Renderizado Fotorrealista
El renderizado fotorrealista busca la perfección en la creación de imágenes 3D, con el objetivo de igualar la calidad de las fotografías reales para lograr resultados visuales impresionantes y altamente convincentes.
Iluminación realista: La iluminación desempeña un papel esencial en la representación fotorrealista. Se buscan efectos de luz y sombra precisos, incluyendo reflejos y refracciones realistas.
Texturas y Materiales Auténticos: Se utilizan texturas y materiales de alta calidad para lograr una apariencia auténtica en objetos y superficies. Esto incluye detalles microscópicos, como la rugosidad de una superficie o las imperfecciones visibles.
Modelado de alta fidelidad: El modelado 3D se realiza con un alto nivel de detalle para capturar la geometría de manera precisa, lo que incluye la forma y la estructura de objetos y escenas.
Animación realista: Cuando se aplica a la animación, la representación fotorrealista se esfuerza por capturar movimientos y comportamientos realistas en personajes y objetos, lo que a menudo implica simulación de física y cinemática avanzada.
Técnicas de Renderizado
¿Como es que un modelo 3d se convierte en una imagen 2D?
En esta exploración, revisemos dos técnicas computaciones que son fundamentales: el renderizado Ray Tracing, que simula la propagación de la luz de manera realista, y el renderizado por Rasterización, una técnica de generación de imágenes en tiempo real ampliamente utilizada en videojuegos y aplicaciones interactivas. Cada uno de estos métodos tiene sus propias características y aplicaciones que definen la apariencia y el rendimiento visual en diferentes contextos.
Renderizado Ray Tracing
Esta técnica se utiliza para crear imágenes o animaciones extremadamente realistas. El rendeizado ray tracing genera una imagen siguiendo los rayos de luz desde una cámara a través de un plano virtual de píxeles y simula los efectos de su interacción con los objetos. Para lograr todos los efectos deseados, es necesario seguir diferentes rayos. Por ejemplo, para obtener sombras se siguen ciertos rayos, para obtener reflejos se siguen otros, y así sucesivamente.
Una consideración importante en el renderizado ray tracing es que requiere un uso más intensivo de computación, puede demorar un tiempo considerable en escenas donde hay un gran número de luces, evaluaciones volumétricas y una gran cantidad de geometría.
Renderizado de Rasterización
Existe una metodología muy popular que nos permite obtener imágenes de manera increíblemente rápida, pero sin la misma apariencia realista que ofrece el ray tracing. La rasterización es común en motores de videojuegos y su ventaja más importante es que ofrece una experiencia en tiempo real donde los espectadores pueden moverse e interactuar con la escena en 3D.
En la rasterización, los objetos en la pantalla se crean a partir de una malla de triángulos virtuales que forman modelos 3D de los objetos. En esta malla virtual, los vértices de cada triángulo, que son las esquinas, se conectan con los vértices de otros triángulos de diferentes formas y tamaños. Cada vértice proporciona información específica y al reunir todos estos datos, se crea la forma del objeto. Luego, la computadora convierte los triángulos de los modelos 3D en píxeles en la pantalla y obtenemos la imagen final.
Desafíos en el renderizado
Lograr más con menor esfuerzo técnico. Los arquitectos y diseñadores deben estar mayormente enfocados en resolver problemas creativos. Los motores de render están en una constante evolución, desarrollando nuevas metodologías, y haciendo un software más inteligente y rápido.
Actualmente los motores de render más importantes ofrecen a los artistas soluciones de inteligencia artificial que permiten mayor realismo, real-time, lograr imágenes de mayor resolución, librerías de materiales y texturas en el campo del diseño y la arquitectura, fotogrametría integrada (humanos, animales y objetos).
