Cómo convertir auténticos tesoros históricos de difícil escaneo en modelos fotorrealistas para videojuegos

Un modelo con la armadura de caballero medieval mientras le escanean en 3D con Artec Leo

Para transformar personas, objetos y entornos del mundo real en modelos realistas para televisión, cine y videojuegos, la fotogrametría sigue siendo la técnica más extendida en el sector.

Este proceso de creación de modelos a partir de fotos de alta resolución superpuestas, suele realizarse en cabinas repletas de cámaras y permite recrear con precisión objetos físicos en el mundo virtual. Sin embargo, el escaneo 3D se está convirtiendo cada vez más en la solución más rápida y flexible para digitalizar con precisión y en cuestión de segundos modelos de personajes y objetos de atrezo.

Estas ventajas no son sólo teorías, esta tecnología está despegando en el mercado. Hasta el momento, el escaneo de Artec 3D ha contribuido a crear desde modelos de videojuegos bélicos en alta resolución para el juego online World War 3, hasta increíbles efectos especiales para la película de terror Sleepy Hollow.

Dada la eficacia que ya está demostrando el escaneo 3D como herramienta de CGI de última generación, muchos se preguntan: ¿cómo de sencilla es la adopción de esta tecnología? ¿Y cómo convertir los escaneos en efectos visuales? Por suerte, el experto de Artec, Mikhail Shumikhin, está a su disposición para explicarle el proceso paso a paso y cómo optimizar los resultados.

Digitalización de un caballero de brillante armadura

En cualquier juego, ya sea Dark Souls, Dragon Age o cualquier otro gran título, las armaduras de caballero se han convertido en algo habitual, una tendencia que los desarrolladores no parecen querer abandonar.

Por eso Shumikhin eligió una armadura para su demostración de escaneo 3D. Tomándola prestada del Museo de historia viva medieval de Kotor, un lugar donde conservadores y actores mantienen viva la historia del país restaurando y actuando con trajes de época. Y allí mismo quiso demostrar cómo el escaneo 3D puede capturar incluso las superficies más difíciles, en este caso práctico real, de interés para el sector de los videojuegos.

Un caballero digitalizado minuciosamente con una cámara tradicional de alta resolución a partir de fotografías, como las que se necesitan para aplicar la fotogrametría.

Una vez que eligió un traje para capturar y convenció a un compañero para que sirviera de modelo del personaje, Shumikhin empezó a escanearlos en 3D usando Artec Leo. Con una velocidad de escaneo de 35 millones de puntos/s, Leo puede digitalizar objetos o personas enteras en cuestión de segundos. Esto, junto a la ausencia de cables, convierte la digitalización en un proceso rápido y sencillo.

A la hora de digitalizar este tipo de modelos, Shumikhin aconseja dividir el escaneo en secciones para minimizar los efectos de los pequeños movimientos involuntarios del modelo. En el proyecto de su armadura, dice que esto le dio "más control sobre la calidad" y le permitió evitar " artefactos provocados por los ligeros movimientos".

Impulsado por la IA, en el Modo HD, una función disponible para los usuarios de Leo y Artec Eva, que también ayuda a maximizar la resolución y minimizar la pérdida de datos por el brillo.

"La reconstrucción HD es una herramienta sumamente útil", explica Shumikhin. "Permite aumentar la cantidad de datos que se pueden recopilar, recogiendo 2, 4 o incluso 8 veces más. Con Leo, también se puede detener el escaneo, moverse al otro lado del objeto y continuar".

"La mayor ventaja de nuestros escáneres 3D es su movilidad y la calidad de la captura de texturas y geometrías. Pueden transportarse fácilmente a cualquier parte del mundo para capturar objetos en alta resolución".

Malla en Artec Studio

En el proceso de ordenar y preparar los escaneos para la exportación, el trabajo de Shumikhin ha contado con la ayuda de las avanzadas herramientas incluidas en Artec Studio. En concreto, señala que la sencillez del algoritmo de registro global del software de captura y procesamiento de datos lo convierte en un método rápido y fácil de usar para corregir errores y crear mallas de la máxima calidad a partir de los fotogramas capturados.

Algunas de las brillantes superficies de la armadura capturadas en el modelo 3D de Shumikhin.

Shumikhin tiene un consejo para aquellos que quieran replicar su flujo de trabajo, en lo que se refiere a la optimización de la resolución durante la fusión del escaneo. Para obtener los mejores resultados, sugiere ajustar la resolución de fusión a 0,5 mm, no necesariamente a los 0,1 mm que Eva y Leo son capaces de alcanzar.

Asimismo, Shumikhin señala que la herramienta de Artec Studio para rellenar agujeros es muy eficaz para cubrir los huecos en la malla, donde los reflejos han limitado la captura de datos, y que él no ha utilizado la foto-textura, una función que aumenta aún más la resolución.

"Artec Studio tiene un algoritmo muy bueno para la foto-texturización y el registro", dice Shumikhin. "Con esto se pueden lograr modelos sumamente detallados. En este proyecto, logré texturas de gran calidad con Leo, por lo que no necesité usarlo, pero el foto-texturizado es muy útil para otros proyectos."

Pasar de malla a modelo

Después de poner a punto la malla, Shumikhin la envía a un montón de programas de terceros para que la texturicen, la rendericen y aborden otro problema habitual del modelado CGI: la simetría. Para él, conseguirla es "una regla fundamental" para conseguir modelos aptos para videojuegos.

Como es prácticamente imposible conseguir que los actores sean exactamente simétricos, dice que las mallas deben igualarse digitalmente mediante un software de edición. Para ello, Shumikhin recomienda exportar las mallas a plataformas como ZBrush, donde se pueden reflejar los lados izquierdo y derecho y utilizarlos como "guías" para hacerlas más simétricas.

A continuación, Shumikhin exporta su modelo a Maya para crear geometrías de pocos polígonos y aprovechar las herramientas de trazado de UV del programa (para el mapeado de texturas), antes de enviarlo a Marmoset Toolbag y Substance 3D Painter.

El modelo de la armadura del caballero montenegrino se renderiza y se prepara para la animación. 

Con Toolbag, a continuación, Shumikhin renderizó su modelo y perfeccionó su iluminación, antes de aplicar las texturas. Sin embargo, aunque la configuración estándar de creación de mapas de texturas es adecuada para la mayoría de los modelos, Shumikhin aconseja reducirlos previamente a 4K para minimizar el tamaño del archivo. Después de limpiar las texturas en Substance para "estilizarlas", envió el modelo de vuelta a Maya para añadir pelo realista a su personaje mediante el plugin Ornatrix del programa.

Por último, una vez terminado el texturizado, simplemente había que utilizar las herramientas de creación automática de esqueletos y "skinning" de Maya para empezar la animación o el rigging. Como hay "una comunidad tan grande de gente que trabaja con Maya", afirma que es perfecto para buscar respuestas a preguntas habituales y obtener consejos sobre rigging y otras partes del proceso.

Escaneo 3D: ¿el futuro del CGI?

Tras haber convertido con éxito a un actor y una armadura medieval en un personaje totalmente animado y disfrazado, Shumikhin cree que su proceso de escaneo 3D puede servir de base para que otros lo usen, no sólo los profesionales de la industria CGI.

Modelo final de armadura de caballero de Shumikhin (con modelos de espada y escudo diseñados anteriormente).

Aunque es un experto en escaneo, Shumikhin asegura que su trabajo "no requiere un gran conocimiento" del modelado de videojuegos. En cambio, sostiene que su "entusiasmo y ganas de progresar" le obligan a "hacer grandes descubrimientos en el mundo del 3D."

Por eso, anima ahora a futuros artistas 3D a seguir sus pasos y "buscar lecciones y nuevos trucos que aplicar", a la vez que escanean para crear sus propios modelos.

"Todo lo que vemos en el mundo actual puede recrearse como modelo 3D. Así, los escáneres 3D representan un puente entre los mundos real y virtual", concluye Shumikhin. "El escaneo 3D de Artec y Artec Studio pueden proporcionar contenido de alta calidad a los estudios de juegos, las compañías cinematográficas y la industria de la RV."

El escaneo 3D tiene ya un mercado muy consolidado: el de la creación con gran realismo de atrezo, entornos, armaduras, vehículos, personajes y actores".