Termos e Conceitos - Computação Gráfica 3D e Maquete Eletrônica

Os principais termos sobre computação gráfica e maquete eletrônica para arquitetura, engenharia, e industria estão listados mais abaixo com suas respectivas explicações.

Veja também os principais tipos de apresentações com maquete eletrônica e computação gráfica.

Termos Gerais em CG

À primeira vista estes termos podem parecer confusos ou estranhos. E certamente para a maioria das pessoas, a leitura destes termos não é importante, pois obviamente o que interessa é o resultado ou a "saida" do trabalho feito em computação gráfica, como especificado mais acima em "Tipos de Apresentações" obtidas.

Mas para pessoas que queiram se familiarizar com um linguajar mais técnico ou mais elaborado, ou mesmo que queiram entender melhor estas definições, coloquei abaixo uma descrição mais detalhada referente a estes termos.

Podem ser de interesse também para os que se iniciam ou se interessam em dar prosseguimento nesta área. Geralmente estes são os que pretendem fazer ou que estão fazendo cursos de maquete eletrônica ou modelagem e animações 3d.

As imagens que se alternam ao lado mostram um desenho 3d em fase de construção ( modelagem 3D) e depois renderizado (renderizado = finalizado para apresentação). As imagens se referem à um trabalho de 2006. O que foi chamado de desenho 3d, é também chamado de modelo tridimensional (malha e wire-frames). O modelo renderizado também pode ser chamado de modelo processado para apresentação.

Abaixo uma lista com os principais termos de computação gráfica.

Computação Gráfica - CG

O termo computação gráfica refere-se à atividade e serviços de desenho, cálculo e projeto baseado em gráficos, obtenção de imagens gráficas e animações que são executados através de computador.

Em linguagem coloquial e prática, muitas vezes este termo é abreviado para C.G.

CAD

Termo que vem do Inglês, cujas letras da sigla significam "Computer Aided Design" o que em português significa " Projeto Auxiliado por Computador". Em termos de aplicação prática, refere-se à computação gráfica aplicada à Arquitetura, Engenharia e Áreas Técnicas e Industriais.
Para o desenho e projeto auxilado por ou feito em computador, podem ser utilizados recursos de Computação Gráfica Bidimensional CAD 2D ou Computação Gráfica Tridimensional CAD 3D.

2D

Abreviatura de 2 Dimensões ou Bi-Dimensional (Desenho Plano)

3D

Abreviatura de 3 Dimensões ou Tri-Dimensional (Construção de malhas tridimensionais, sólidos e nurbs)

Computação gráfica 2D ou CAD 2D

A computação gráfica 2D ou bidimensional passou para a era da informática desenhos que eram feitos em pranchetas. Passaram a serem executados em computador, e impressos em maquinas chamadas plotters ou plotadoras, que "plotam" ou imprimem os desenhos acabados, sem a necessidade de "passar" ou copiar a tinta nanquim como era feito antigamente.

Artista 3D

É o profissional que trabalha com computação gráfica 3D e tem não somente conhecimento técnico como também talento para dar um toque pessoal ao seu trabalho, tornando o resultado das imagens e animações atrativas e criativas. Geralmente o chamado Artista 3D ou "3D Artist" tem mais flexibilidade para trabalhar no campo da publicidade, no campo de animação de personagens ou desenho animado de cinema e video games.

Especialista em Visualização 3D

É o profissional que trabalha com computação gráfica 3D e faz apresentações de projetos para serem visualizados antes de estarem concluídos. Este profissional geralmente domina os campos de uma apresentação 3D, incluindo modelagem, elaboração do molelo 3D como atribuição de materiais de acabamento ou de superfície, composição de cenas e geração de imagens estáticas como também produção de animação com camera e objetos, criação de roteiro, assim como dominio de programas de edição e pós edição, aprimoramento e efeitos visuais. No campo da Engenharia e Arquitetura, este profissional deve ter a capacidade de ler e compreender desenhos técnicos para a apresentação dos projetos. Este profissioal é também chamado de "3D Visualization Specialist" ou "3D Visualist".

Temos relativos aos principais campos de atuação de um Profissional de 3D

Em grandes projetos, existem tarefas que devem ser divididas para ganhar tempo e conseguir melhor qualidade. Os principais campos de atuação dos Especialistas em Visualização e Artistas 3D são Iluminação (Lighting), Animação (Animating), Compositing (Mesclagem com cenário real), Modelagem 3D e Texturização.

Modelagem 3D

Relativo à computação gráfica, modelagem 3D é o processo de criar uma malha que represente um objeto tridimensional usando computadores e programas de computadores.

Texturização

Após a modelagem 3D, a malha 3D deve aparentar como se composta de materiais e revestimentos verdadeiros. As texturas (ou materiais de superfície e revestimento) podem ser fotografias dos materiais que são atribuidos às superfícies da malhas, ou podem ser cores ou combinação de muitas texturas para simular caracteristicas com transparência, aspereza (roughness), reflexão difusa da luz (diffusion), reflexão especular ou reflexão de superfícies polidas (specular), iluminação ambiente, etc.

Iluminação

Refere-se ao processo de colocar fontes de luz em um Cena 3D. Após a construção do modelo 3D e atribuição de materiais, para captar a imagen ou animação, fazem parte dos componentes de uma "cena 3D" não somente o modelo 3D texturizado, mas também cameras virtuais e luzes.

Animação

É o processo de dar movimentos a cameras, luzes ou objetos que fazem parte da cena.

Compositing ou Mesclagem com Cenas Reais

É o processo de misturar ou mesclar um imagens estáticas (fotografia) ou video da vida real com objetos de uma Cena 3D. A foto-montagem é um exemplo disto, assim como o processo de "camera tracking" é também um exemplo com relação à animação 3D.

Computação Gráfica Tridimensional - CAD 3D

É a área da computação gráfica que se utiliza de programas de computadores para executar desenhos e modelos tridimensionais, e não somente desenhos planos como se obtem numa prancheta convencional de desenho.

A grande revolução no desenho computadorizado se dá exatamente na computação gráfica 3D ou tri-dimensional, com a possibilidade visualizar dinamicamente o projeto antes que o mesmo seja construido, sem que para isto seja necessário construir modelos físicos ou maquetes em tamanhos reais ou reduzidos.

Ao lado a maquete eletrônica de uma casa mostrada em wire-frame e depois de renderizada.

Maquete Eletrônica

Maquete Eletrônica é um modelo computadorizado 3D (tridimensional vetorial), feito a partir de um projeto, utilizando os recursos de computação gráfica 3D para criação de perspectivas de diferentes pontos de vista, e com possibilidade de animações. Simulação de vôo em torno do projeto ou caminhar dentro. Se for o objetivo, é possivel simular automóveis e pessoas se movendo, portas se abrindo, etc. Uma maquete eletrônica, tecnicamente falando é uma malha tridimensional com atribuição de texturas (materias de acabamento) e iluminação.

Ao lado maquete eletrônica de equipamento industrial em fase de construção. Ilustrações 3d ou desenhos 3d são excelentes recursos para visualização e apresentação de projetos

Renderizar / Renderização

Renderizar é fazer apresentação de um projeto, dar acabamento. Torna-lo apresentavel com recursos de computação gráfica.

Renderizar ou "colocar para renderizar" um modelo 3D refere-se também a "colocar" o computador para "trabalhar" e gerar imagens estáticas ou animações que já estão elaboradas. Ou seja, refere-se também à etapa de processamento.

Fly-By

É o nome em inglês que se dá à simulação de vôo em torno do projeto, simulação conseguida através da maquete eletronica.

Walk-Through

Caminhar por dentro do projeto - É o nome em inglês que se dá à simulação de caminhar por dentro do projeto, simulação conseguida através da maquete eletronica.

Modelagem 3D ou Tridimensional

A atividade de modelar refere-se à construção tridimensional de um projeto, feita através de programas de computadores que permitem ver o projeto não somente em vistas planas, mas obter inumeras vistas de vários angulos e posições, a partir deste modelo matemático computadorizado.

Em outras palavras, modelar em 3d é criar um modelo de um projeto para ser visualizado. Geralmente a modelagem 3D se refere mais a criação da forma e não se refere a colocação de texturas (materiais de acabamento) nem cameras nem iluminação.

Wire-Frame

Wire-Frame ou desenho de linhas, aramado ou em "arames" é uma estrutura tridimensional de linhas do projeto sem estar de forma "sólida", ou sem que estejam atribuidas faces aos planos definidos pelas linhas, e portanto, ainda não visualizados em modo sombreado, ou sem atribuição de cores e materiais de acabamento.

Wireframe pode também ser definido como um modelo matemático se baseie conceitualmente em linhas e não em faces ou superfícies planas, e portanto não apresenta propriedades de massa.

Como se vê na imagem ao lado, uma malha tridimensional e um wire-frame podem ser visualizados de vários angulos, e são desenhos que possuem comprimento, largura e profundidade.

Malha Tridimensional - Mesh

São modelos computadorizados 3D ou tri-dimensionais, constituidos de faces. Tendo as malhas disponíveis, a estas são atribuidos materiais de acabamento (texturas) e iluminação.

Mesh é uma malha poligonal, que pode ser melhor entendida como um conjunto de inúmeras faces ou pequenos planos conetados entre sí que formam um modelo, uma espécie de pele ou casca. Geralmente é usado para representar superfícies irregulares, como terrenos com sua topografia, objetos de formas irregulares ou não, mas que não são formados por angulos retos ou superfícies muito bem devinidas. Um exemplo seria uma poltrona do tipo puf ou uma rede de dormir.

O modelo mesh ou malha como explicado, é uma superfície composta de faces ou facetada, e não apresenta espessura, mas permite atribuir materiais de acabamentos ou texturas baseadas em imagens (mapas). Estes objetos não tem propriedade de massa atribuidos à eles.

Superfícies ou Surfaces

Muitos objetos do mundo real tem formas que não obedecem à "Chamada geometria Euclidiana", ou seja, que não é baseada em ângulos e formas geometricamente precisas, e portanto não podem ser decompostas em poucas vistas planas.

Um exemplo de objetos produzidos pelo homem que possuem uma geometria mais complexa seria por exemplo uma taça, uma chícara, ou indo mais além um automóvel, um navio ou um avião.

Se observarmos a natureza, vemos formas mais complexas ainda, como as plantas e sua folhagem.

Existem dois tipos de surfaces ou superfícies que servem para representar os mais diversos tipos de objetos ou superfíceis com formas mais complexas.

Superfície Procedural

Superfícies procedurais, são superfícies que seguem um procedimento lógico para sua criação, ou seja, seguem um procedimento. Um exemplo disto é uma taça ou uma garrafa que na verdade é possui um perfil plano que rotaciona em torno de um eixo, criando portanto um volume previsível através da criação de seu perfil e também do eixo em torno do qual este gira.

Os tornos mecânicos ou de marcenaria, são máquinas que criam peças seguindo um procedimento, ou seja criam objetos com superfícies de forma procedural.

Em computação gráfica, ao se desenhar uma taça ou garrafa, o que acontece em verdade é a simulação de um torno, onde uma superfície de revolução é criada à partir de um contorno de linhas rotacionadas em torno de um eixo.

Mas as surfaces procedurais podem seguir outros modelos de formatação de suas formas, como quatro linhas curvas que são indicadas para moldar uma superfície, como por exemplo uma abóbada ou uma rede.

Nurbs

A sigla ou abreviação "Nurbs" refere-se à uma definição que vem do Inglês, "Non Uniform Rational Basis Spline" que traduzindo para o Português significa Spline Básico Racional Nao-Uniforme. Spline Básico também é abreviado e conhecido como B-Spline. O termo Nurbs, vindo do Inglês se proliferou, embora os dois principais criadores destes modelos de representação matemática e computadorizada fossem dois franceses ligados à industria automobilística. Trata-se de um sistema para representar formas complexas baseadas em "splines".

Para entender o que é Nurbs, é preciso entender o que é Spline. O termo spline refere-se à uma curva que é definida matematicamente por dois ou mais nós ou pontos de controle. Modificando a posição destes nós ou pontos de controle, altera-se as curvas.

Os programas que se utilizam de Nurbs permitem desenhar e projetar muitas formas de modo fácil e bem flexivel através do controle de vértices ou nós, que por sua vez controlam a curvatura e a suavidade dos contornos. Matematicamente falando, as NURBS são funções paramétricas que podem representar qualquer tipo de curva ou superfície, ou seja, obedecem imediatamente as modificações feitas em seus parâmetros representados pelos nós.

Sólidos

Modelos chamados sólidos, são representações computadorizadas de objetos com representações volumétricas exatas, assim como com suas propriedades físicas, como massa, centro de massa, etc. São bastante utilizados em programas para desenho mecânico e também para projeto baseado em modelagem paramétrica para engenharia e arquitetura.

Animação 2D

A animação 2D, ou animação plana ou desenhada no plano, é uma animação feita com desenhos "chapados" ou planos feitos em computador. Utilizando os recursos da computação gráfica, estes desenhos ou partes destes desenhos podem ser animados, criando efeitos dinâmicos para apresentações.

Para tal, são utilizados programas como o Corel Rave, Flash e antigamente era usado o Animator. Atualmente, muitos websites utilizam animação 2D em Flash e a animação ao lada é um exemplo.

Diferentemente dos antigos processos de animação, onde desenhos eram feitos quadro a quadro manualmente em folhas de desenho e depois filmados em sequência, as animações 2D computadorizadas são obtidas através de desenhos feitos em computador, mas estes desenhos são feitos num plano e podem se mover para criar efeitos.

Falando em termos matemáticos, este movimento se dá apenas num plano de eixos bidimensionais X-Y. Ou seja, o movimento e os objetos e/ou imagens, possuem apenas comprimento e largura real, mas não tem profunididade real. Definindo melhor, e vetorialmente falando trabalha apenas com vetores restritos aos planos X-Y.

Alguns dos primeiros programas de animação 2D, como o Animator na época do antigo sistema operacional DOS, não trabalhava com vetores, mas apenas com animação de bitmaps.

Animação 3D

A animação em 3D ou tridimensional é a que possibilita ver uma cena criada em computador, formada por vários objetos (sólidos, nurbs e malhas tridimensionais) de vários angulos ou pontos de vista, pois se trata da criação de modelos num espaço tridimensional, possuindo comprimento, largura e profundidade. Matemáticamente falando, os vetores não se restringem ao plano, e estão orientados por coordenadas espaciais X-Y-Z.

Veja um exemplo de animação técnica 3D. Neste site tenho também a descrição de antigas animações 3D voltadas para engenharia e arquitetura, ilustradas também com imagens estáticas e descrição resumidada do processo. Veja também mais considerações sobre tipos de animações e fator custo em "tipos de apresentações".