27 diciembre, 2025
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Renderizado Basado En Física (PBR) Y Materiales Escaneados 

Juan Manuel Poveda Peña 150 Views

En qué consiste la representación basada en la física. 

textura de cuero

La representación basada en la física (PBR por sus siglas en inglés), a veces conocida como “sombreado basado en la física” (PBS), es una técnica de sombreado y representación que permite imitar con más precisión la forma en que la luz interactúa con los distintos materiales. En función del aspecto del proceso de modelado 3D del que se hable, el PBS suele centrarse solo en los conceptos relativos a las sombras, mientras que la PBR se refiere a la renderización y la iluminación. Ambos términos describen el proceso de representación de activos desde el punto de vista de la física. 

Si trabajas con un sistema de renderización en tiempo real para producir películas en 3D o gráficos generados por computadora, emplear un método de renderización basada en la física para añadir las sombras mejorará tu flujo de trabajo. 

Qué puedes hacer gracias a la PBR 

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  • Activos de aspecto realista. La PBR elimina las conjeturas en el proceso de creación de atributos de las superficies tales como la transparencia, ya que su metodología y algoritmos se basan en fórmulas físicamente exactas y se asemejan a los materiales reales. 
  • Entornos integradores. Da igual el sistema de iluminación que utilices, el resto de los activos siempre funcionarán en un entorno de PBR. 
  • Flujo de trabajo sostenible. La PBR es un flujo de trabajo muy popular que se adopta con el fin de crear obras de arte de manera coherente, incluso entre distintos artistas. Según Wes McDermott, productor creativo de Adobe, de este modo, “se reduce el tiempo de producción”, para que “puedas centrarte en el aspecto creativo de lo que estás haciendo en lugar de en el científico”. 

Componentes del PBR 

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Albedo Map (Base Color) 

Este mapa define el color bruto de una superficie. Considérelo como el color real del material cuando se ilumina uniformemente con luz blanca neutra. En un flujo de trabajo PBR, Color, Mapa Base, Albedo y Difuso son sinónimos. El color se obtiene de la luz reflejada por el material tras dispersarse en su interior. 

Quizás hayas notado que los bordes del mapa coinciden perfectamente al repetirse, creando un patrón continuo. Se dice que el mapa es mosaico. Esto significa que la imagen puede repetirse en cualquier dirección sin mostrar costuras ni bordes visibles, como si fuera una imagen continua. 

Normal Map (aka Bump) 

Este mapa añade una capa de simulación de detalles superficiales de alta frecuencia. Engaña al motor de renderizado haciéndole creer que hay detalles geométricos (protuberancias, arañazos, etc.) sin necesidad de modelos 3D complejos, lo que mejora significativamente el realismo. Sus colores suelen variar del azul al rosa y del cian al morado. Codifican la orientación de la superficie. Según la convención, el cian indica que la superficie está orientada hacia arriba, mientras que el rosa indica que está orientada hacia abajo. 

Displacement Map (aka Height or Depth) 

Estas asignaciones desplazan físicamente la superficie a la que se aplican. El desplazamiento se utiliza para grandes cambios geométricos y, posteriormente, la normal o la protuberancia para detalles finos. El desplazamiento también mejora el realismo de las siluetas. 

Roughness map (or Gloss) 

Este mapa controla qué tan lisa o rugosa es una superficie a nivel microscópico. Esta rugosidad afecta cómo la luz se refleja sin dispersarse dentro del material: las superficies lisas crean reflejos especulares nítidos (como un espejo), mientras que las superficies rugosas producen reflejos borrosos o difusos. Un valor de rugosidad de 0 corresponde a una superficie sin dispersión de luz y reflejos nítidos, mientras que un valor de 1 indica dispersión de luz máxima y reflejos difusos. Los mapas de rugosidad utilizan un esquema de color en escala de grises donde el blanco representa la rugosidad más alta y el negro indica una superficie lisa y brillante. Un mapa de brillo es esencialmente lo opuesto a un mapa de rugosidad en términos de sus valores. En otras palabras, donde un mapa de rugosidad tiene valores más altos que indican más rugosidad, un mapa de brillo tiene valores más altos que indican más suavidad. 

Reflection Map (aka Specular) 

Los mapas de reflexión están estrechamente vinculados al brillo (rugosidad) e indican la intensidad de la reflexión especular. Los materiales que no conducen la electricidad suelen reflejar el color de la fuente de luz con mayor o menor intensidad, dependiendo del valor de reflexión. En el caso de los metales (conductores), la reflexión se coloreará y se denominará color de reflectancia. 

Ambient Occlusion Map 

Se utiliza para simular sombras sutiles donde las superficies se unen (pliegues, esquinas), agregando profundidad y realismo. 

Estos mapas no son imágenes finales ni fotos; son los “ingredientes” que usa el motor de render para simular cómo la luz interactúa con las superficies según sus propiedades físicas. Esto posibilita una representación más realista bajo cualquier condición de iluminación, facilitando visualizaciones precisas y consistentes para arquitectura, diseño de interiores, videojuegos o VR. 

Gracias a este enfoque, los materiales son más reutilizables, se requiere menos ajuste manual y los resultados son predecibles en diferentes escenas y motores de render. 

Fotogrametría 

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¿Qué es fotogrametría? 

El proceso implica la toma de imágenes superpuestas de un objeto específico desde varios ángulos. Al identificar los mismos puntos en estas fotografías y garantizar un posicionamiento constante de la cámara, la distancia focal y la distorsión, puedes obtener sus coordenadas, triangular dónde se encuentran en un espacio 3D y replicarlas como modelos 3D. 

¿Cómo se utiliza la fotogrametría en los videojuegos? 

Al igual que con cualquier otra aplicación de fotogrametría, el flujo de trabajo comienza con un objeto que se captura desde varios ángulos en un patrón lineal, similar a una matriz, con cada fotografía completamente superpuesta a la siguiente. Al capturar objetos más grandes, los desarrolladores pueden optar por comenzar tomando tomas amplias de 360°, antes de reducir su campo de visión para acercarse y capturar los detalles finos. Pero, por lo general, es más fácil usar dispositivos de largo alcance, ya que se adaptan mejor a este tipo de aplicaciones. 

Al utilizar un dispositivo de detección y alcance de luz (LiDAR), también deberán tener en cuenta de qué está hecho un objeto. Si se trata de un material reflectante, por ejemplo, es probable que su superficie rebote la luz hacia el receptor del escáner con una pérdida de señal mínima. Por otro lado, si dicho objeto es brillante u opaco, va a ser más complicado digitalizarlo. 

Una vez que los desarrolladores han abordado estos problemas y capturado un conjunto de mediciones completamente superpuestas, necesitan procesarlas comenzando con un programa como Adobe Photoshop. Hacerlo permite ajustar aspectos como la iluminación y las sombras para que los modelos finales coincidan con el tono del juego para el que están diseñados. Después de la corrección de color, a menudo se exportan a programas como RealityCapture, donde las imágenes se pueden alinear en una nube de puntos y se transformar en una malla 3D texturizada. 

Los modelos iniciales pueden ser «re-topologizados» más tarde, un proceso que reduce el número de polígonos de los modelos para que sean más fáciles de renderizar en el juego. Finalmente, una vez que la información almacenada en estas mallas 3D se procesa en archivos de textura, sus superficies se pueden ajustar de varias maneras paraque parezcan más realistas. 

Puede combinarlos con máscaras que agregan efectos visuales como sombras y desgaste, e incluso usar mapas de procedimientos o texturas para simular mejor las geometrías de los objetos, antes de exportarlos a motores de juegos populares como el Unreal Engine. 

Mejora tu flujo de trabajo con la Fotogrametría con IA 

Nueva en Artec Studio, la Fotogrametría con IA toma muchos de los mismos pasos del flujo de trabajo y agiliza todo el proceso. Sube cualquier conjunto de fotos o video y Artec Studio se encargará del resto. Esto comienza con una Reconstrucción Dispersa, en la que el software crea un modelo inicial para que los usuarios jueguen con él. A partir de ahí, es simplemente cuestión de ajustar el volumen límite del modelo y presionar el botón de reconstrucción densa. 

Esto genera una malla 3D realista en tiempo real, para que puedas verla «crecer» ante tus ojos. Por supuesto, la malla resultante tendrá que pasar por los mismos pasos de texturizado y otros pasos de posprocesamiento que los creados con la fotogrametría normal. Pero la fotogrametría con IA ofrece algunas ventajas únicas: está abierta a los datos de imagen capturados por prácticamente cualquier dispositivo (incluso con su teléfono inteligente) y ofrece un realismo increíble, así como una precisión relativamente alta, lo que le brinda más aplicaciones fuera de los videojuegos. 

Línea de tiempo de Computación grafica

Créditos

Autor: Juan Manuel Poveda Peña

Editor: Carlos Iván Pinzón Romero

Código: UCRVG1-10

Universidad: Universidad Central

Referencias 

Investigación 

Video 

Imágenes