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Videojuegos y 3D — La recreación de la realidad en el mundo de los videojuegos
La tecnología 3D es una forma de crear imágenes que simulan la profundidad y el volumen de los objetos reales. Gracias a esta tecnología, podemos ver escenas tridimensionales en pantallas planas, como las de los televisores, los ordenadores o los dispositivos móviles. En este artículo introductorio, el primero de una serie, te explicamos cómo funciona, qué dispositivos y gafas se pueden usar para disfrutarla y qué técnicas de visualización existen.
El 3D se basa en el principio de la estereoscopía, que es la capacidad de percibir la profundidad a partir de la combinación de las imágenes que reciben nuestros dos ojos. Cada ojo capta una imagen ligeramente diferente del mismo objeto, debido a la distancia que hay entre ellos. El cerebro fusiona estas dos imágenes y crea una sensación de profundidad.
Para recrear este efecto en una pantalla, se utilizan dos cámaras o dos lentes que graban o proyectan la misma escena desde dos ángulos distintos. Estas dos imágenes se superponen en la pantalla, creando una imagen doble o anaglífica. Para que el espectador pueda ver la imagen en 3D, necesita unas gafas especiales que filtren las dos imágenes y las dirijan a cada ojo por separado. Así, el cerebro puede reconstruir la imagen tridimensional.
¿Qué dispositivos y gafas se pueden usar para ver imágenes en 3D?
Existen diferentes tipos de dispositivos y gafas que permiten ver imágenes en 3D, dependiendo de la forma en que se generan y se filtran las dos imágenes. Algunos de los más comunes son los siguientes.
Televisores 3D
Son televisores que incorporan una tecnología que permite emitir imágenes en 3D. Pueden ser de dos tipos: activos o pasivos.
Los activos emiten las dos imágenes de forma alternativa y a una alta frecuencia. Las gafas 3D activas tienen unas lentes que se sincronizan con el televisor y se oscurecen alternativamente, de forma que cada ojo solo ve la imagen que le corresponde. Estas gafas necesitan una batería o una pila para funcionar.
Los televisores 3D pasivos emiten las dos imágenes de forma simultánea y con una polarización diferente. Las gafas 3D pasivas tienen unas lentes polarizadas que filtran la luz y permiten que cada ojo vea la imagen adecuada. Estas gafas no necesitan energía para funcionar.
Ordenadores 3D
Son ordenadores que tienen una tarjeta gráfica y un monitor capaces de generar y mostrar imágenes en 3D. También se pueden conectar a un proyector 3D para ver las imágenes en una pantalla más grande. Para ver las imágenes en 3D, se necesitan unas gafas 3D activas o pasivas, según el tipo de monitor o proyector que se use.
Dispositivos portátiles y móviles 3D
Son dispositivos como teléfonos inteligentes o tabletas que tienen una pantalla que permite ver imágenes en 3D sin necesidad de gafas. Estos dispositivos usan una tecnología llamada autoestereoscopía, que consiste en crear un efecto de paralaje, es decir, un desplazamiento aparente de los objetos según el ángulo de visión. Para ello, se usa una rejilla o una lente especial que divide la pantalla en zonas y dirige las dos imágenes a cada ojo. El inconveniente de esta tecnología es que se tiene que mirar la pantalla desde una posición determinada para ver el efecto 3D. Un ejemplo muy conocido de dispositivo que ha usado esta tecnología es la consola Nintendo 3DS.
Gafas de realidad virtual o realidad ampliada
Tienen una pantalla integrada que muestra imágenes en 3D. Estas gafas tienen unos sensores que detectan el movimiento de la cabeza y adaptan las imágenes según la orientación y la posición del usuario. De esta forma, se crea una sensación de inmersión y de interacción con el entorno virtual. Se pueden conectar a un ordenador, una consola, un dispositivo móvil o funcionar de forma autónoma.
Adicionalmente, las gafas de realidad incorporan dos cámaras, permitiendo ver el mundo real e integrar en él las imágenes generadas en 3D. Esto proporciona la capacidad de interactuar con objetos simulados en el mundo real.
¿Qué técnicas de visualización 3D existen?
Existen diferentes técnicas de visualización 3D que se usan para crear y mostrar las imágenes tridimensionales. Todas estas técnicas son llamadas, en el argot 3D, renderizado, que engloba cualquier proceso capaz de generar una imagen 2D a partir de una escena 3D digital, usando un software especializado.
El renderizado 3D permite crear imágenes realistas o no realistas, con efectos de color, iluminación, textura, sombras, reflejos, etc. Se usa para crear animaciones, videojuegos, simulaciones, diseños, cine, etc.
Algunas de las técnicas de renderizado más usadas son las siguientes.
Ray casting
Wolfenstein 3D usaba la técnica ray casting, siendo uno de los primeros videojuegos en mostrar imágenes de aspecto parecido al 3D.
Es una técnica mixta entre imágenes 3D y 2D. Las paredes debían de tener siempre la misma altura y los objetos se basaban en datos 2D que eran transformados en imágenes con apariencia tridimensional pero muy limitados en su tamaño y en la capacidad de giro de la cámara y los objetos. Esta simplicidad hacía que pudiese ser ejecutado en entornos muy poco potentes.
Rasterizado
Descent fue uno de los primeros juegos en usar la técnica de rasterizado.
Esta técnica consiste simplemente en dibujar en pantalla, uno a uno, cada polígono triangular de todos los objetos que tenemos almacenados en forma de datos. Se trata de la primera técnica que usa datos con cordenadas X, Y y Z reales. Los objetos se ordenan del más lejano al más cercano y van colocándose en pantalla de forma que los más cercanos van tapando a los alejados. Es un método de renderizado ultra rápido, por esto fue el empleado en los primeros videojuegos en 3D de la historia. Sin embargo, a pesar de su rapidez, tiene dos inconvenientes: por un lado, hay casos en que los objetos pueden compartir la misma lejanía en algunos de sus polígonos, creándose efectos extraños; por otro lado, la cantidad de cálculos necesaria aumenta exponencialmente según el número de polígonos a mostrar. Ambas carencias hacen que solo se pueda usar esta técnica con escenas bastante simples.
Z-buffer
Doom fue quizás el primer videojuego, o al menos el primero famoso, que incorporó la tercera generación de gráficos 3D.
Consiste en determinar qué objetos son visibles y cuáles no, según la distancia a la cámara. Para ello, se usa una estructura de datos que almacena la coordenada z (profundidad) no de cada polígono, sino de cada píxel de la imagen. Esta técnica es más lenta que la del rasterizado, sin embargo, tiene la ventaja de que el aumento de cálculos es lineal en lugar de exponencial, por lo que fue la técnica preferida para mostrar la tercera generación de gráficos en 3D. La técnica z-buffer permite crear imágenes con una buena calidad y rapidez, pero no tiene en cuenta los efectos de la luz, simulándolos mediante diversos trucos. Esta ha sido, a día de hoy, la técnica más usadas a lo largo de la historia de los videojuegos, debido a su equilibrado balance entre calidad y rapidez de cálculo. Incluso en la actualidad sigue usándose masivamente en los videojuegos que no hacen uso de la técnica del raytracing.
Ray tracing
Battlefield V fue quizás el primero en incorporar el raytracing, dando comienzo a la cuarta generación de gráficos 3D en los videojuegos.
Consiste en simular el comportamiento de la luz al interactuar con los objetos de la escena. Para ello, se trazan rayos desde la cámara hasta los objetos y se calculan las reflexiones, refracciones, transparencias, etc. El ray tracing permite crear imágenes con un alto nivel de realismo y detalle, pero requiere un gran poder de cálculo.
Radiosity
Actualmente, no hay videojuegos que utilicen esta técnica, siendo usada sobre todo en el cine. Sin embargo, tal y como ha ocurrido con las anteriores, solo es cuestión de tiempo que entre en el ámbito de los videojuegos convirtiéndose en la quinta generación de gráficos 3D.
También llamada radiosidad en español en el argot del 3D, es una técnica de renderizado 3D que consiste en simular la iluminación global de la escena, es decir, la luz que se refleja entre los objetos. Para ello, se divide la superficie de los objetos en pequeñas zonas y se calcula la cantidad de luz que emiten y reciben. Esta técnica permite crear imágenes con una iluminación suave y natural, pero también requiere un gran poder de cálculo.
Técnicas adicionales
Procesos físicos
Realmente, no se trata de técnicas de renderizado, sino de aspectos gráficos relacionados con las ciencias físicas muy útiles en el ámbito de los videojuegos. Estas técnicas pueden crear efectos de tipo muy variado que pueden apreciarse tanto en las imágenes generadas como en sus movimientos. Algunas técnicas de recreación de efectos físicos son: dinámica de fluidos, gravedad, detección de colisiones, generación de partículas y un largo etcétera que proporcionan a los videojuegos un alto grado de realismo.
Fractalización
Tampoco es una técnica de renderizado, sin embargo puede dar un grado de detalle increíble a las imágenes. Se basa en la característica de algunos objetos de la naturaleza llamada autosimilitud. Esta característica hace que, muchos objetos de la naturaleza, en sus partes más pequeñas incluyan la forma de sus partes más grandes. Un ejemplo clásico es un árbol: una ramita está compuesta de ramitas más pequeñas que, si la separamos del árbol, podemos ver que también tiene forma de árbol. Así, una rama mediana también tiene forma de árbol y una rama grande sigue teniendo forma de árbol. Conociendo esto, podemos crear objetos muy complejos teniendo muy pocos datos sobre él, ya que los repetimos en sus partes más pequeñas.
Inteligencia artificial
Lo último en la generación de imágenes realistas es la inteligencia artificial. Su aplicación permite que, mediante cálculos basados en aprendizaje automático, una imagen generada mediante alguna de las técnicas anteriores pueda aumentar su calidad hasta un nivel de detalle y realismo difícil de diferenciar de la realidad. Muchos chips de tarjetas gráficas están incorporando esta tecnología, proporcionando unos gráficos mejores con una cantidad de cálculos inferior gracias a que la inteligencia artificial es capaz de “imaginar” y recrear cómo sería una imagen más detallada de otra menos detallada que le hayamos proporcionado.
Mucho más por venir
Esto ha sido una breve introducción a la evolución del 3D en los videojuegos, pero nos queda mucho por ver y un futuro muy amplio por descubrir.
Si quieres conocer más sobre las tecnologías 3D, su evolución y el futuro que nos promete, no olvides volver a nuestra página para consultar los siguientes artículos de esta serie.
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