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Historia de la computación gráfica I

Cuando vemos alguna de las tantas películas animadas de Pixar o Dreamworks, detectamos los resultados de 200 años de soñadores. Podríamos decir que el sueño empezó con Charles Babbage quien creció en un ambiente rodeado de fantásticos inventos como la másquinas de manufactura y de medio de transporte para personas. El imaginó una máquina que pudieraa hacer cálculos complicados, pero sus ideas no fueron concretadas sino 100 años después.

Es la época de la Segunda Guerra Mundial, y las primeras computadoras mecánicas que solo calculaban sumas pasan a ser electrónicas. Se usan para romper códigos de comunicación y sirven de ayuda para desarrollar la bomba atómica. Por cierto, son enormes, ocupan el tamaño de un piso entero, además son caras. Carecen de pantalla. Cada ecuación debía ser programada, lo cual significaba cambiar los circuitos de su tarjeta. La computadora Whirlwind desarrollada por el MIT en 1945 usaba un osciloscopio para mostrar la locación de los aviones y un lápiz óptico para obtener más información sobre ellos.

La primera computadora con pantalla
En el 1963, en el MIT Ivan Sutherland quien pasará a ser considerado como el padre de la computación gráfica. Crea el SKETCHPAD como parte de su tesis de doctorado. En esta computadora, una persona puede dibujar gráficos 2D y 3D usando también un lápiz óptico en una pantalla.

En el SKETCHPAD, las gráficas en 3D eran construidos desde polígonos vistos en modo “wire-frame”, lo cual permitía ver el objeto por su parte trasera tan fácil como por su parte frontal.

El SKETCHPAD de Sutherland
El SKETCHPAD de Sutherland

El primer videojuego
Era la primera vez en la que un usuario podía interactuar con una computadora. En esta década de los 1960s, las computadoras no tenían Sistema Operativo, y además solía ser un privilegio acceder a ellas. Los códigos de programas eran pasados en folletos. Era una suerte de amor clandestino. No se le pagaba a nadie. Así nace el primer videojuego en 1962 llamado Spacewar desarrollado por Steve “Slug” Russell, Martin “Shag” Graetz y Wayne Witaenem. Desarrollarlo tomó 200 horas de programación por persona.

Primeros simuladores y la aparición de los CAD
En 1973, la Universidad de Utah inició un programa que concedía $5 millones de dólares por año provenientes del Advanced Research Projects Agency del Departamento de Defensa de EE.UU. (ARPA). El interés de ARPA era disminuir el costo de entrenar soldados y pilotos de aviones creando tecnología de simulación. La aparición de los primers simuladores además de significar un ahorro disminuyen los accidentes de avión. Es por esta época, donde la computadora empieza a desarrollar software para diseño asistido, la imagen médica y la visualización científica.

Sutherland fue reclutado como la cabeza del programa de Utah. Allí se inventaron los shaders, los cuales generan sombras en la superficies de los objetos de acuerdo al impacto de la luz. Bui Tuong Phong observó que el impacto de la luz en los objetos generaba reflejos, así que posteriormente desarrollaría lo que el llamó como el algoritmo Phong shader. Este algoritmo producía buenos resultados pero era muy lento para renderizar. Fue entonces cuando Jim Blinn, otro estudiante graduado de la Universidad de Utah, usó el trabajo de Phong para mejorar el renderizado. En esta universidad, se desarrollaron muchos avances entre ellos el mapeado de texturas, sombras, “antialiasing” y animación facial.

Renderizado de una esfera usando distintos algoritmos de shading.
Renderizado de una esfera usando distintos algoritmos de shading.

La computadora como instrumento para la producción de películas
Otro nombre de los tantos de Utah fue el de Catmull. Él quería hacer animaciones, pero no sabía dibujar bien. Lo que él sabía era matemática, física y ciencias de la computación. En 1974, fue reclutado por el Computer Graphics Laboratory (CGL) en New York donde sus cualidades despertaron los intereses de George Lucas, el cineasta que posteriormente escribiría y dirigiría la famosa película Star Wars.

El interés del cineasta por usar gráficos a computadora lo llevó a reclutar a Catmull y otros miembros del CGL para trabajar en su productora Industrial Light and Magic, la cual actualmente pertenecería a Lucasfilm Ltd. En el año 1982, se crearía la primera animación generada por computadora que aparecería en una película: Star Trek II: The Wrath of Khan. Disney requirió de los servicios de tres compañías de animación por computadora para producir la película Tron sin embargo la pobre calidad de la animación no pudo sostener su argumento lo que significó un duro golpe en la taquilla contra un alto coste en la computación gráfica. Lucas decidió cerrar el área de computación gráfica de su empresa. No obstante, Catmull fue en busca de financiación y encontró a Steve Jobs. Así es como nace Pixar Studios.

Edward Catmull sosteniendo el Gordon E. Swayer Oscar
Edward Catmull sosteniendo el Gordon E. Swayer Oscar

En ese tiempo, la computación gráfica se usaba más que nada para créditos y “shows” de televisión. Una excepcion fue The Last Starfighter en 1985, la cual usó modelos renderizados en 3D y obtuvo buenas críticas. Otro hito aparece en 1989, con The Abyss, la cual creaba una, por primera vez, realista una creación realista en 3D que daba a relucir una cara formada por una especie de seudópodo. Luego le seguirían películas como Terminator II, Jurassic Park y Walking with Dinosaurs Babylon 5. Las animaciones a 3D por computadora también se usarían para hacer caricaturas, siendo la primera produccion Reboot en 1994. En el 1995, Pixar maduraría como productora con el lanzamiento de Toy Story gracias a su equipo y experiencia.

Superando el uncanny valley
En el 2001, Final Fantasy: The Spirits Within introduciría personajes humanos, aunque estos humanos caían en los problemas descritos por la teoría del “uncanny valley”, la cual incomoda al espectador. Los problemas de movimiento de esta película, serían superados con películas como Lord of the Rings. The Two Towers en el 2002 con la animación de Gollum, y en Pirates of the Caribbean: Dead Man’s Chest en 2006 con la animación de Davy Jones.

Sin embargo, las expresiones faciales de los personajes humanos en 3D no estaban lo suficientemente desarrolladas. Una gran mejora en este tema se reluce en The Curious Case Of Benjamin Button en el 2008. Una de las mejores películas animadas a computadora aparece en el año 2009: Avatar. Esta película proyectaba un ambiente casi totalmente generado a computadora con efectos impresionantes como montañas flotantes y plantas brillantes. Otro ejemplo es Tron: Legacy en el el 2010.

Los avances de la tecnología tanto en hardware como en software han contribuido a la eficiencia y abaratamiento de la producción de animación por computadora. Se hace más común usar la técnica del “chroma key”, la cual se caracteriza por usar una pantalla verde. La programación que crearon los efectos vistos en las primeras películas ahora se usan en casa. Ello permitió la creación de más estudios, artistas e investigadores que agregan más funcionalidades a los programas.

Escena de Avatar
Escena de Avatar

Bibliografía
3D Art Essentials: The Fundamentals of 3D Modeling, Texturing and Animation

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