Técnicas de Computación Gráfica en los Videojuegos: La Magia Detrás de la Pantalla 

Los videojuegos en la actualidad han evolucionado significativamente desde sus inicios, pasando de utilizar gráficos “básicos” y pixelados a entornos virtuales inmersivos y altamente detallados. Esta transformación se debe en gran parte a los avances en computación gráfica, una disciplina que combina matemáticas, física y arte para crear representaciones visuales realistas y atractivas. 

¿Qué es la computación gráfica? 

Primero que todo, se necesita tener claro el concepto de la computación gráfica, siendo esta una disciplina que permite la generación de imágenes y animaciones a través del procesamiento digital, esto se hace por medio de software especializado y algoritmos.  

En el contexto de los videojuegos, estas técnicas permiten desde la representación de paisajes realistas hasta la simulación de expresiones faciales detalladas en los personajes (Bueno Gutiérrez, 2018). 

Teniendo claro este concepto, a continuación, se hablará de algunas de las técnicas que permiten la creación de estos mundos virtuales. 

Renderizado 

El renderizado es una de las técnicas más importantes y utilizadas en la computación gráfica. Se trata del proceso mediante el cual los modelos 3D se convierten en imágenes 2D, aplicando texturas, sombras y luces (StudySmarter, s.f.). Existen dos tipos principales: 

Renderizado en tiempo real: Para este tipo de renderizado se requiere de la generación de imágenes a una velocidad de 30 a 60 cuadros por segundo para garantizar fluidez. Como su nombre lo indica, esta técnica se centra en el análisis y producción de imágenes en tiempo real. Para esto, las unidades de procesamiento gráfico (GPU) juegan un papel clave en este proceso, ejecutando millones de cálculos por segundo para representar texturas, sombras y luces (StudySmarter, s.f.). 

Dentro del renderizado en tiempo real, se encuentran herramientas como los shaders, estos hacen referencia a programas informáticos que definen la apariencia de los objetos y superficies dentro del mundo virtual. También encontramos el ray tracing, técnica que simula el comportamiento de la luz para generar reflejos y sombras realistas en objetos virtuales. Tecnologías como el DLSS de NVIDIA han optimizado esta técnica, permitiendo su implementación en videojuegos modernos (StudySmarter, s.f.). 

Renderizado offline: Este tipo de renderizado se emplea en la industria cinematográfica y en la animación digital, debido a que el tiempo de procesamiento no es una limitación y se pueden aplicar algoritmos más complejos para lograr niveles de detalle extremadamente altos. 

Modelado 3D y Animación 

Para que una imagen pueda ser renderizada es necesario construir modelos tridimensionales. Por lo tanto, se necesita de mallas, texturizado y animación, pero ¿Qué significan estos términos? En el contexto del modelado al hablar de mallas se hace referencia a estructuras formadas a partir de vértices y caras que definen la forma de los objetos, para esto también se suele utilizar una técnica conocida como NURBS, siendo esto la generación de superficies por medio de curvas matemáticas, muy útiles para formas suaves (StudySmarter, s.f.).

Una vez se tiene la malla sigue la texturización de esta, esto es la aplicación de imágenes sobre la malla para aportar color y detalles visuales dándole un diseño al objeto creado con anterioridad. Teniendo el modelo texturizado se pasa al último paso, la animación, en este proceso se utilizan esqueletos virtuales y, en algunos casos, captura de movimiento con el objetivo de dotar dinamismo a los modelos creados con anterioridad. Hoy en día es muy común la captura de movimiento en el momento de trabajar las animaciones en videojuegos ya que esto permite la creación de movimientos naturales y muy similares a los de un humano. 

Gracias al avance de la tecnología se ha empezado a utilizar técnicas avanzadas para el modelado 3D, una de las más utilizadas es el escaneo 3D. Por medio de herramientas de escaneo se capturan los objetos en formato digital (StudySmarter, s.f.). 

Optimización para el Rendimiento 

Trabajar con modelos 3D puede requerir de bastante potencia en cuanto a hardware, pero no se puede olvidar que los videojuegos deben equilibrar calidad visual y eficiencia, esto se debe a que el tiempo de reacción debe ser lo más rápido posible para darle al jugador la sensación de que se encuentra interactuando en tiempo real con el mundo virtual, además, es importante optimizar las pantallas de carga lo máximo posible porque quien se quedaría unos minutos esperando al cambio entre escenas. Para esto se emplean diversas estrategias con el fin de optimizar el rendimiento: 

Niveles de Detalle (LOD): Esta técnica de la programación es utilizada para disminuir la cantidad de polígonos mostrados en objetos lejanos, permitiendo acelerar el procesado de una escena tridimensional. 

Oclusión: Eliminación de elementos que no son visibles para el jugador con el fin de mejorar el rendimiento. Técnica muy utilizada en juegos con la perspectiva en primera persona debido a que el jugador solo observa lo que se encuentra en frente. 

Compresión de texturas: Reducción del tamaño de las texturas sin afectar significativamente la calidad visual (Meristation, 2006) esto provoca que las texturas se cargan con mayor fluidez, pero a su vez tendrán una menor resolución. 

Como se mencionaba anteriormente, existen algunas GPUs que cuentan con la tecnología para generar imágenes por medio de la ia lo que permite lograr mayor fluidez sin la necesidad de sacrificar la calidad gráfica, pero, a su vez se encuentra un punto negativo que afecta a los usuarios ya que los desarrolladores al utilizar esta técnica dejan de lado la optimización de sus videojuegos, esto provoca que el usuario se vea en la obligación de adquirir una GPU moderna las cuales tienden a ser muy costosas. 

El Futuro de la Computación Gráfica en los Videojuegos 

La evolución de la computación gráfica promete transformar aún más la industria del entretenimiento digital. La inteligencia artificial está comenzando a desempeñar un papel crucial en la generación automática de entornos virtuales, optimizando tanto la calidad visual como el rendimiento computacional (LinkedIn, s.f.) pero a su vez generando preocupación en los usuarios que no cuentan con los recursos para conseguir las GPUs con dicha tecnología. 

En definitiva, los avances en este campo continúan expandiendo los límites de lo posible en los videojuegos, acercándonos cada vez más a mundos virtuales que desafían la percepción de la realidad, teniendo en la actualidad bastantes juegos que al observarlos no se logran diferenciar de películas con actores reales.

Créditos

Autor: John Alexander Gutiérrez Garay

Editor: Magister e ingeniero Carlos Iván Pinzón Romero

Código: UCCG1-10

Universidad: Universidad Central

Fuentes

Bueno Gutiérrez, D. (2018). EL DISEÑO Y EL ARTE EN LOS VIDEOJUEGOS. UPM. https://oa.upm.es/50803/1/TFG_DARIO_BUENO_GUTIERREZ.pdf

Martínez Simón, F. (2022). Uso de técnicas de Deep Learning para mejorar los gráficos de videojuegos antiguos. UOC. https://openaccess.uoc.edu/bitstream/10609/145389/6/fmartinezsiTFM0622memoria.pdf

Meristation. (2012). Tecnologías gráficas en los juegos. Meristation. https://as.com/meristation/2006/08/01/reportajes/1154449800_036749.html

StudySmarter. (s.f.). Computación gráfica. StudySmarter. https://www.studysmarter.es/resumenes/estudios-de-medios/tecnologia-y-medios/computacion-grafica/

LinkedIn. (s.f.). ¿Cuáles son los patrones de programación y algoritmos más comunes para los gráficos y sombreadores de juegos?. LinkedIn. https://es.linkedin.com/advice/0/what-most-common-programming-patterns-algorithms-osrnf?lang=es

Gonzáles, Alejandro. (2022). ¿Qué es renderizar? Un vistazo al proceso de visualización en 3D [Imagen]. Animum3D. https://www.animum3d.com/blog/que-es-renderizar-un-vistazo-al-proceso-de-visualizacion-en-3d/

UPN. (2022). ¿Qué carrera universitaria estudiar para el diseño de videojuegos? [Imagen]. Universidad Privada del Norte. https://blogs.upn.edu.pe/ingenieria/diseno-de-videojuegos-en-peru

Facultad de Ingeniería (FING). (s.f.). Introducción a la Computación Gráfica (1316) [Imagen]. Universidad de la República, Uruguay. https://eva.fing.edu.uy/course/view.php?id=205

Ros, Isidro. (2018). Videojuegos y ajustes gráficos: todo lo que debes saber [Imagen]. MuyComputer. https://www.muycomputer.com/2018/09/02/videojuegos-ajustes-graficos/

Todo-3D. (s.f.). Modelos 3D orgánicos: personas, objetos y escenas [Imagen]. Todo-3D. https://todo-3d.com/modelos-3d-organicos/?v=7ee12bda8e7f

Frankie MB. (2019). 21 juegos ahora y hace 20 años para flipar con cómo han evolucionado los gráficos [Imagen]. Xataka. https://www.xataka.com/videojuegos/los-heroes-del-videojuego-antes-y-ahora-desde-el-pixel-a-las-texturas-de-vanguardia

Sergi de las Heras 3D. (2023). Cómo se hacen los Modelos 3D para Videojuegos [Video]. YouTube. https://www.youtube.com/watch?v=HWBbCcCznsw