Centro Universitario de Tecnología y Arte Digital

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Descubre las claves del Premio Turing otorgado a pioneros de Pixar

Patrick M. (Pat) Hanrahan y Edwin E. (Ed) Catmull acaban de recibir el Premio Turing (algo aproximado al Nobel de Informática), por sus contribuciones al descubrimiento de los gráficos generados por ordenador en 3D, así como por el revolucionario impacto de estas técnicas en las imágenes generadas por ordenador (CGI) en la realización de películas (y en otras múltiples aplicaciones).

Ha sido la  ‘Association for Computing Machinery’ la encargada de otorgar el premio. Esta es la primera vez que un premio de estas características se otorga para algún trabajo relativo al sector del 3D.

Un ejemplo de la llegada del 3D gracias a los descubrimientos de Catmull fue la película Toy Story, la primera película de animación en 3D que marcó un hito en la historia del cine de animación, pero esto es solo un pequeño ejemplo de hasta qué punto han sido útiles los descubrimiento de Catmull. Hoy en día no concebiríamos la industria del cine, la de los efectos especiales, la de los videojuegos, la de la realidad virtual, la medicina, la publicidad, el marketing, o algunas experiencias educativas, etc. sin la utilización del 3D.

Para entender qué ha supuesto este reconocimiento hablamos con Laura Raya, responsable de la disciplina académica de Computación Gráfica y Realidad Virtual de U-tad, así como directora del Máster Universitario en Computación Gráfica, Realidad Virtual y Simulación de U-tad.

 

¿Qué es un Premio Turing?

Es uno de los premios más importantes dentro del ámbito de las Ciencias de la Computación, otorgado por la ACM. Estos premios comenzaron a darse en 1966, y su nombre se debe al padre de la informática, Alan Turing.  Investigadores como el generador del protocolo TCP/IP o la WWW lo han recibido. El hecho de que expertos en computación gráfica hayan sido reconocidos con este prestigioso premio no hace más que indicar que las investigaciones realizadas sobre los gráficos por ordenador han influido notablemente en el desarrollo de la sociedad tal y como la conocemos.

 

¿Qué importancia tienen las investigaciones de Catmull?

Con ellas fue posible crear técnicas que cambiaron el mundo de los gráficos generados por ordenador (CGI) para siempre. Por ejemplo, investigaciones de Catmull diseñaron lo que actualmente se llama el z-buffer, un mecanismo de almacenamiento y comparación de los ejes z de los objetos virtuales. Hasta ese momento, los gráficos, principalmente, se generaban a través de dibujos 2D, los cuales contaban con las coordenadas x e y, al igual que la pantalla que los mostraba.

Películas como La Bella Durmiente, Aladdín, etc. se realizaron de manera 2D, e intentaron potenciar las sensaciones de profundidad con distintas técnicas. La técnica z-buffer, por su parte, lo que ha conseguido es permitir definir objetos generados por ordenador, no solamente en sus ejes x e y, sino también teniendo en cuanta su posición en profundidad, es decir, definiendo también su eje z.

Ese eje, que no puede ser pintado en la pantalla es almacenado en un buffer, es decir, en un fragmento de memoria. Al tener almacenados todos los ejes z de los distintos objetos virtuales que componen una aplicación gráfica, pueden ser comparados entre sí. ¿Qué permite esto? Permite que podamos tener información sobre qué objetos están delante o detrás, haciendo que esos objetos tengan una z mayor y, por lo tanto, se encuentren más alejados del punto de vista del espectador y sean ocluídos por aquellos objetos que hayan sido pintados con una coordenada z menos, es decir, se encuentren más cerca del punto de vista del espectador.

De esta manera, nace la generación de gráficos tridimensionales de forma automática dentro del renderizado y, con él, posteriormente, nacerían técnicas como el occlusion culling que permitirían optimizar los renderizados evitando el procesamiento de las partes geométricas ocluídas.

Todo ello, si bien parecen ideas de corte técnico, permitieron cambiar la forma de generar las películas de animación, videojuegos, aplicaciones gráficas, etc. Con esta investigación, más la realizada en su tesis doctoral que permitía el renderizado distribuido de fragmentos de gráficos, acabó materializándose en un software de renderizado avanzado, que llevó a Pixar a utilizarlo en todas sus películas. Es así, como Renderman, surge gracias al trabajo de estos tres expertos en computación gráfica junto con el trabajo de muchos desarrolladores que crearon una herramienta que permitía iniciar el camino que acabaría en los gráficos realistas y de alta calidad que tenemos actualmente.

 

¿Qué importancia tiene este premio en el sector del 3D y la computación gráfica? ¿Y qué implicaciones positivas puede tener para el sector a partir de ahora?

Reconocer que dentro del ámbito de la informática la informática gráfica influye en el avance tecnológico y social es algo muy importante. Muchos perfiles dependen de los avances que los perfiles de computación gráfica realizan, con el fin de proporcionar software de renderizado avanzado, software de desarrollo de videojuegos, software para la visualización científica de datos, etc. Es ahora cuando la comunidad de las Ciencias de la Computación ha reconocido la labor de toda una carrera de perfiles de computación gráfica, y cómo dicha labor ha influido en el avance social y en las posibilidades que existen actualmente en el ámbito multimedia.

La parte positiva es que, cuanta más gente entienda cómo perfiles de conocimiento detallado y avanzado como el de computación gráfica son esenciales para el avance de un sector tecnológico muy importante, como es el sector digital, más estudiantes y profesionales podrán dedicarse a dicho sector y, consecuentemente, más amplio y más avance tecnológico podrá existir.

 

¿Qué perfiles se han beneficiado de los avances realizados por estos investigadores?

Si bien la investigación en el ámbito de la computación gráfica es frecuente y existe en multitud de empresas departamentos destinados a ello, la aportación de estos investigadores fue esencial y, desde entonces, muchos más avances imprescindibles han sido desarrollador por perfiles de computación gráfica. Todos aquellos perfiles que utilicen software para generar gráficos por ordenador han podido ver evolucionar su trabajo y obtener mejores calidades visuales gracias a estas investigaciones. Es decir, expertos en realidad virtual, expertos en simulación, diseñadores de VFX, animadores, desarrolladores de videojuegos, etc.

 

¿Cómo serían, por ejemplo, las películas de animación actuales o el cine y sus efectos, si no hubiera existido esta investigación reconocida con el premio Turing?

Antes de que se ideara el z-buffer, los algoritmos de subdivisión y renderizado distribuido y muchas más aportaciones que estos tres grandes expertos en computación gráfica han realizado a lo largo de toda su carrera profesional, el cine o las películas de animación, eran distintas. No eran en 3D, el realismo bajo y las tendencias perseguidas posiblemente eran más artísticas y narrativas. Existen películas maravillosas en 2D que, incluso actualmente, se han visto beneficiadas por todos los avances aportados por Catmull et. Al. Sin embargo, fueron ellos quienes idearon una primera secuencia desconocida con renderizado 3D en 1972, a Computer Animated Hand. Un vídeo de seis minutos y medio que muestra lo que fue el proyecto que Catmull y su compañero Fred Parke. Si bien, la secuencia es limitada, las técnicas pioneras utilizadas en esta secuencia son la base de la visualización del 3D que hoy en día podemos ver en las películas y videojuegos.

Posteriormente, Pixar produjo en 1995 la primera película de animación, Toy Story, que se beneficiaria de las técnicas que estos tres pioneros desarrollaron. Y fue así como nació un sector de la animación 3D.

 

¿Qué hace un perfil de computación gráfica?

Un perfil de computación gráfica es aquel perfil técnico y programador que pone su conocimiento informático al servicio de los gráficos por ordenador. Es aquel que programa los motores de renderizado que van a ser posteriormente utilizados. Es el desarrollador software que idea, estructura, diseña e implementa soluciones software que permiten renderizar simulaciones, VFX, videojuegos, animaciones, etc.

Es un perfil que idea, de forma constante, nuevas técnicas de renderizado, de sombrado, de optimización, de shaders, de detección de colisiones. Que diseña, investiga e implementa soluciones más optimizas, más rápidas en su generación, más realistas, etc. Soluciones que miles de profesionales, posteriormente, utilizan.

En el Máster Universitario en Computación Gráfica, Realidad Virtual y Simulación de U-tad enseñamos a los estudiantes a convertirse en profesionales de la computación gráfica, que podrán diseñar sus propias y novedosas soluciones, aportando avances y diferencias en el sector de los gráficos por ordenador. Son ellos quienes, además de manejar el software gráfico como puede ser Houdini, Unity, Unreal, OpenGl, Vulkan, etc., tienen conocimientos para poder mejorarlos, personalizarlos y evolucionarlos para que, día a día, los gráficos por ordenador sean cada vez más atractivos y realistas.

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La imagen utilizada en este artículo es propiedad de armandocalles721.

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