Imagens geradas por computador - Computer-generated imagery

Exposição de arte digital gerada por computador da Morphogenetic Creations por Andy Lomas no Watermans Arts Centre , oeste de Londres , em 2016.

Imagens geradas por computador ( CGI ) é a aplicação de computação gráfica para criar ou contribuir com imagens em arte , mídia impressa, videogames , simuladores , animação por computador e efeitos visuais em filmes, programas de televisão , curtas, comerciais e vídeos. As imagens podem ser dinâmicas ou estáticas e podem ser bidimensionais (2D) , embora o termo "CGI" seja mais comumente usado para se referir à computação gráfica 3-D usada para criar personagens, cenas e efeitos especiais em filmes e televisão , que é descrito como "animação CGI".

O primeiro longa-metragem a fazer uso de CGI foi o filme de 1973 Westworld . Outros primeiros filmes que incorporaram CGI incluem Star Wars (1977), Tron (1982), The Last Starfighter (1984), Young Sherlock Holmes (1985) e Flight of the Navigator (1986). O primeiro videoclipe a usar CGI foi o premiado " Money for Nothing " (1985) do Dire Straits , cujo sucesso foi fundamental para dar ao processo exposição mainstream.

A evolução do CGI levou ao surgimento da cinematografia virtual na década de 1990, onde a visão da câmera simulada não é restringida pelas leis da física. A disponibilidade de software CGI e o aumento da velocidade do computador permitiram que artistas individuais e pequenas empresas produzissem filmes, jogos e belas-artes de nível profissional em seus computadores domésticos.

O termo mundo virtual se refere a ambientes interativos baseados em agentes, que agora são criados com CGI.

Imagens estáticas e paisagens

As imagens animadas não apenas fazem parte das imagens geradas por computador; paisagens de aparência natural (como paisagens fractais ) também são geradas por meio de algoritmos de computador . Uma maneira simples de gerar superfícies fractais é usar uma extensão do método da malha triangular , contando com a construção de algum caso especial de uma curva de Rham , por exemplo, o deslocamento do ponto médio . Por exemplo, o algoritmo pode começar com um grande triângulo, então aumentar o zoom recursivamente dividindo-o em quatro triângulos Sierpinski menores e , em seguida, interpolar a altura de cada ponto de seus vizinhos mais próximos. A criação de uma superfície browniana pode ser alcançada não apenas adicionando ruído à medida que novos nós são criados, mas adicionando ruído adicional em vários níveis da malha. Assim, um mapa topográfico com vários níveis de altura pode ser criado usando algoritmos fractais relativamente simples. Alguns fractais típicos e fáceis de programar usados ​​em CGI são o fractal de plasma e o fractal de falha mais dramático .

Muitas técnicas específicas foram pesquisadas e desenvolvidas para produzir efeitos gerados por computador altamente focados - por exemplo, o uso de modelos específicos para representar o desgaste químico de pedras para modelar a erosão e produzir uma "aparência envelhecida" para uma determinada superfície baseada em pedra.

Cenas arquitetônicas

Uma imagem gerada por computador apresentando uma casa ao pôr do sol, feita no Blender .

Os arquitetos modernos usam serviços de empresas de computação gráfica para criar modelos tridimensionais para clientes e construtores. Esses modelos gerados por computador podem ser mais precisos do que os desenhos tradicionais. A animação arquitetônica (que fornece filmes animados de edifícios, em vez de imagens interativas) também pode ser usada para ver a possível relação que um edifício terá em relação ao ambiente e seus edifícios circundantes. O processamento de espaços arquitetônicos sem o uso de ferramentas de papel e lápis é agora uma prática amplamente aceita com uma série de sistemas de projeto arquitetônico assistidos por computador.

As ferramentas de modelagem arquitetônica permitem que um arquiteto visualize um espaço e execute "percursos" de maneira interativa, proporcionando assim "ambientes interativos" tanto em nível urbano quanto de construção. Aplicações específicas em arquitetura não incluem apenas a especificação de estruturas de edifícios (como paredes e janelas) e passagens, mas os efeitos da luz e como a luz solar afetará um projeto específico em diferentes momentos do dia.

As ferramentas de modelagem arquitetônica agora estão cada vez mais baseadas na Internet. No entanto, a qualidade dos sistemas baseados na Internet ainda está aquém dos sofisticados sistemas de modelagem internos.

Em alguns aplicativos, imagens geradas por computador são usadas para "fazer engenharia reversa" de edifícios históricos. Por exemplo, uma reconstrução gerada por computador do mosteiro em Georgenthal, na Alemanha, foi derivada das ruínas do mosteiro, mas fornece ao observador uma "aparência e sensação" de como o edifício seria em sua época.

Modelos anatômicos

Uma imagem de angiografia pulmonar por TC gerada por um computador a partir de uma coleção de radiografias .

Os modelos gerados por computador usados ​​na animação do esqueleto nem sempre são anatomicamente corretos. No entanto, organizações como o Scientific Computing and Imaging Institute desenvolveram modelos baseados em computador anatomicamente corretos. Modelos anatômicos gerados por computador podem ser usados ​​tanto para fins instrucionais quanto operacionais. Até o momento, um grande corpo de artistas produzidos em imagens médicas continua a ser usado por estudantes de medicina, como imagens de Frank H. Netter , por exemplo, imagens cardíacas . No entanto, vários modelos anatômicos online estão se tornando disponíveis.

O raio-X de um único paciente não é uma imagem gerada por computador, mesmo que digitalizada. No entanto, em aplicações que envolvem tomografias computadorizadas, um modelo tridimensional é produzido automaticamente a partir de muitas radiografias de corte único, produzindo "imagem gerada por computador". Os aplicativos que envolvem imagens de ressonância magnética também reúnem uma série de "instantâneos" (neste caso, por meio de pulsos magnéticos) para produzir uma imagem interna composta.

Em aplicações médicas modernas, os modelos específicos do paciente são construídos em 'cirurgia assistida por computador'. Por exemplo, na artroplastia total do joelho , a construção de um modelo detalhado específico do paciente pode ser usada para planejar cuidadosamente a cirurgia. Esses modelos tridimensionais são geralmente extraídos de múltiplas tomografias computadorizadas das partes apropriadas da própria anatomia do paciente. Esses modelos também podem ser usados ​​para o planejamento de implantes de válvula aórtica , um dos procedimentos comuns para o tratamento de doenças cardíacas . Dado que a forma, o diâmetro e a posição das aberturas coronárias podem variar muito de paciente para paciente, a extração (de tomografias computadorizadas ) de um modelo que se assemelha muito à anatomia da válvula do paciente pode ser altamente benéfica no planejamento do procedimento.

Imagens de tecido e pele

Pele molhada gerada por computador.

Os modelos de tecido geralmente se enquadram em três grupos:

  • A estrutura geométrica-mecânica no cruzamento dos fios
  • A mecânica das folhas elásticas contínuas
  • As características macroscópicas geométricas do tecido.

Até o momento, fazer a roupa de um personagem digital dobrar automaticamente de forma natural continua sendo um desafio para muitos animadores.

Além de seu uso em filmes, publicidade e outros modos de exibição pública, as imagens de roupas geradas por computador são agora usadas rotineiramente pelas principais empresas de design de moda.

O desafio de renderizar imagens de pele humana envolve três níveis de realismo:

  • O realismo fotográfico assemelha-se à pele real no nível estático
  • Realismo físico em se assemelhar a seus movimentos
  • O realismo da função assemelha-se à sua resposta às ações.

As melhores características visíveis, como rugas finas e poros da pele, têm o tamanho de cerca de 100 µm ou 0,1 milímetros . A pele pode ser modelada como uma função de textura bidirecional bidimensional (BTF) ou uma coleção de função de distribuição de espalhamento bidirecional (BSDF) sobre as superfícies do alvo.

Simulação e visualização interativas

A visualização interativa é a renderização de dados que podem variar dinamicamente e permite que um usuário visualize os dados de várias perspectivas. As áreas de aplicativos podem variar significativamente, desde a visualização dos padrões de fluxo em dinâmica de fluidos até aplicativos específicos de design auxiliado por computador . Os dados renderizados podem corresponder a cenas visuais específicas que mudam conforme o usuário interage com o sistema - por exemplo, simuladores, como simuladores de vôo , fazem uso extensivo de técnicas CGI para representar o mundo.

No nível abstrato, um processo de visualização interativa envolve um "pipeline de dados" no qual os dados brutos são gerenciados e filtrados para um formulário que os torna adequados para renderização. Isso geralmente é chamado de "dados de visualização" . Os dados de visualização são então mapeados para uma "representação de visualização" que pode ser alimentada para um sistema de renderização. Isso geralmente é chamado de "representação renderizável" . Essa representação é então apresentada como uma imagem exibível. Conforme o usuário interage com o sistema (por exemplo, usando controles de joystick para alterar sua posição dentro do mundo virtual), os dados brutos são alimentados pelo pipeline para criar uma nova imagem renderizada, muitas vezes tornando a eficiência computacional em tempo real uma consideração importante em tais aplicativos .

Animação por computador

Os filmes de Machinima são, por natureza, filmes CGI

Embora as imagens de paisagens geradas por computador possam ser estáticas, a animação por computador só se aplica a imagens dinâmicas que se assemelham a um filme. No entanto, em geral, o termo animação por computador se refere a imagens dinâmicas que não permitem a interação do usuário, e o termo mundo virtual é usado para os ambientes animados interativos.

A animação por computador é essencialmente um sucessor digital da arte da animação em stop motion de modelos 3D e da animação quadro a quadro de ilustrações 2D. Animações geradas por computador são mais controláveis ​​do que outros processos mais físicos, como a construção de miniaturas para tomadas de efeitos ou contratação de extras para cenas de multidão, e porque permitem a criação de imagens que não seriam viáveis ​​com qualquer outra tecnologia. Também pode permitir que um único artista gráfico produza esse conteúdo sem o uso de atores, cenários caros ou adereços.

Para criar a ilusão de movimento, uma imagem é exibida na tela do computador e repetidamente substituída por uma nova imagem que é semelhante à imagem anterior, mas ligeiramente avançada no domínio do tempo (geralmente a uma taxa de 24 ou 30 quadros / segundo) . Esta técnica é idêntica à forma como a ilusão de movimento é obtida com a televisão e filmes .

Mundos virtuais

Um submarino amarelo no Second Life .
Bolas metálicas.

Um mundo virtual é um ambiente simulado , que permite ao usuário interagir com personagens animados, ou interagir com outros usuários através do uso de personagens animados conhecidos como avatares . Os mundos virtuais são destinados para que seus usuários habitem e interajam, e o termo hoje se tornou amplamente sinônimo de ambientes virtuais 3D interativos, onde os usuários assumem a forma de avatares visíveis para os outros graficamente. Esses avatares são geralmente descritos como representações gráficas textuais, bidimensionais ou tridimensionais , embora outras formas sejam possíveis (sensações auditivas e de toque, por exemplo). Alguns mundos virtuais, mas não todos, permitem vários usuários.

Em tribunais

Imagens geradas por computador têm sido usadas em tribunais, principalmente desde o início dos anos 2000. No entanto, alguns especialistas argumentaram que é prejudicial. Eles são usados ​​para ajudar os juízes ou o júri a visualizar melhor a sequência de eventos, evidências ou hipóteses. No entanto, um estudo de 1997 mostrou que as pessoas são físicos intuitivos fracos e facilmente influenciadas por imagens geradas por computador. Portanto, é importante que os jurados e outros tomadores de decisões legais estejam cientes de que tais exposições são meramente uma representação de uma sequência potencial de eventos.

Captura de movimento

Imagens geradas por computador costumam ser usadas em conjunto com a captura de movimento para melhor cobrir as falhas que vêm com CGI e animação. Imagens geradas por computador são limitadas em sua aplicação prática por quão realistas podem parecer. Imagens irrealistas ou geradas por computador mal gerenciadas podem resultar no efeito Vale Uncanny . Este efeito se refere à habilidade humana de reconhecer coisas que se parecem assustadoramente com humanos, mas são um pouco fora do normal. Essa capacidade é uma falha nas imagens normais geradas por computador que, devido à complexa anatomia do corpo humano, muitas vezes não conseguem reproduzi-lo perfeitamente. É aqui que a captura de movimento entra em jogo. Os artistas podem usar um equipamento de captura de movimento para obter imagens de um humano realizando uma ação e, em seguida, replicá-lo perfeitamente com imagens geradas por computador para que pareça normal.

A falta de modelos digitais anatomicamente corretos contribui para a necessidade de captura de movimento, uma vez que é usado com imagens geradas por computador. Como as imagens geradas por computador refletem apenas o exterior, ou pele, do objeto sendo renderizado, elas falham em capturar as interações infinitesimalmente pequenas entre grupos de músculos interligados usados ​​no controle motor fino, como a fala. O movimento constante do rosto enquanto emite sons com lábios moldados e movimentos da língua, juntamente com as expressões faciais que acompanham a fala, são difíceis de reproduzir manualmente. A captura de movimento pode capturar o movimento subjacente dos músculos faciais e replicar melhor o visual que acompanha o áudio, como Thanos de Josh Brolin.

Veja também

Referências

Citações

Fontes

  • Begault, Durand R. (1994). Som 3-D para realidade virtual e multimídia . AP Professional. ISBN 978-0-1208-4735-8.
  • Biocca, Frank; Levy, Mark R. (1995). Comunicação na era da realidade virtual . Lawrence Erlbaum Associates. ISBN 978-0-8058-1549-8.
  • Peitgen, Heinz-Otto; Jürgens, Hartmut; Saupe, Dietmar (2004). Caos e Fractais: Novas Fronteiras da Ciência . Springer Science & Business Media. ISBN 978-0-387-20229-7.
  • Sondermann, Horst (2008). Espaço de sombra clara: Renderização arquitetônica com Cinema 4D . Viena: Springer. ISBN 978-3-211-48761-7.

links externos