Los polígonos son un elemento importante en el modelado 3D y nos permiten crear objetos complejos con precisión. Al combinar formas simples, se crean modelos versátiles y tridimensionales que se pueden utilizar para la impresión 3D. Pero, ¿cómo funcionan exactamente los polígonos?, ¿cómo se utilizan en el modelado 3D?, ¿qué papel desempeñan en la impresión 3D? Respondemos a estas preguntas en la siguiente guía.
Los polígonos son superficies bidimensionales que se utilizan para crear mallas 3D, es decir, estructuras reticulares. Se componen de puntos, o vértices, en el sistema de coordenadas 3D que están conectados entre sí por aristas para formar la forma deseada. Tres puntos unidos forman una superficie en forma de triángulo, que se considera el tipo más pequeño de polígono. Sin embargo, los polígonos también pueden tener más de tres vértices, como los cuadrados. Si se unen varias de estas superficies, se crea un objeto 3D que se asemeja a una malla debido a sus puntos y aristas. Por lo tanto, un polígono siempre consta de al menos tres vértices conectados por aristas para formar una superficie cerrada. Los polígonos con más de cuatro aristas se denominan n-gonos, pero son bastante inadecuados para el modelado 3D.
Créditos de la imagen: CGI Furniture.
Las partes de un polígono
Las partes de un polígono son diferentes entre sí. Los vértices, por ejemplo, son el punto de encuentro de dos aristas. Cuando se desplaza un vértice, también cambian las posiciones de las dos aristas que están unidas en ese punto. Son cruciales ya que constituyen la base de las aristas de un polígono. Un polígono también tiene aristas, es decir, líneas que unen dos vértices en un programa de modelado. Son las piezas de unión que construyen la forma de un polígono. Si se mueve o modifica una arista, esto afecta a todo el polígono, ya que forma la estructura entre los vértices.
Tampoco hay que olvidar las superficies, o caras, que se crean cuando los bordes se unen entre sí y construyen una forma 2D cerrada. Si la posición de una superficie cambia, esto también afecta a los vértices y aristas conectados, ya que estos elementos definen la superficie. En resumen, cualquier cambio en alguna de las partes del polígono afecta a toda la geometría del modelo 3D.
Créditos de la imagen: Universidad de Colonia.
Técnicas de modelado poligonal
Las principales técnicas de modelado poligonal son la extrusión, la subdivisión y el biselado. La extrusión consiste en seleccionar un área específica de una malla, ya sea una cara o una arista, y luego arrastrarla hacia adentro o hacia afuera. De este modo se genera una extensión de la forma original y esta queda conectada a los bordes existentes. Además, es un método básico para añadir volúmenes y crear formas complejas. La subdivisión, por otro lado, es una técnica utilizada para crear modelos 3D armoniosos al dividir cada cara de un modelo en caras más pequeñas. Esto implica añadir nuevos vértices para dividir las caras y aristas en secciones más pequeñas, aumentando el número de polígonos. Luego está el biselado, una técnica para suavizar o redondear los bordes afilados de un modelo. Como regla general, las aristas son muy afiladas, lo que en muchos casos da un aspecto poco natural, por lo que las herramientas de biselado permiten redondearlas. Esto es útil para lograr transiciones realistas y suaves, pero debe aplicarse con cuidado, ya que los biseles también pueden provocar conflictos con la topología.
La diferencia entre alto polinaje y bajo polinaje
En el modelado 3D se hace una distinción básica entre alto polinaje (High-poly) y bajo polinaje (Low-poly). Un modelo High-poly se caracteriza por un alto nivel de detalle y contiene una gran cantidad de polígonos. Muchos de esos modelos no se crean mediante el modelado poligonal clásico, sino mediante métodos 3D basados en vóxeles. Los vóxeles corresponden a la contraparte 3D de los píxeles en las imágenes 2D, es decir, consisten en puntos que almacenan información importante. Las tecnologías de voxel pueden utilizarse para crear objetos 3D en tiempo real, que luego se exportan en forma de malla, con modelado poligonal realizado por algoritmos informáticos Sin embargo, debido a la gran cantidad de polígonos, estos modelos suelen necesitar mucho espacio de almacenamiento.
Por el contrario, los modelos Low-poly contienen un pequeño número de polígonos. Son especialmente comunes en las áreas de computación gráfica y animación. Los modelos Low-poly están optimizados para reducir el número de polígonos manteniendo su forma y estructura general. Un término que se integra en este contexto es la retopología. Se trata del proceso de convertir un modelo High-poly en un modelo Low-poly, utilizando herramientas y programas específicos para facilitar esta transición. A menudo se simplifica la topología del modelo, mientras que los detalles de la superficie se conservan gracias a las texturas, de modo que apenas se pierden detalles visibles.
La diferencia entre High-poly y Low-poly. (Créditos de la imagen: 3DCoat).
Ventajas y desventajas de los polígonos
Comprender los polígonos facilita el modelado en gráficos 3D. Los polígonos son fáciles de manejar y combinar, por lo que el proceso de simplifica. Sin embargo, una de las mayores ventajas es que los polígonos se pueden editar fácilmente mediante el mapeo de texturas. Además, los polígonos a menudo se pueden modelar como superficies individuales, lo que simplifica el trabajo. Desde el punto de vista técnico, constan de diferentes lados, lo que permite crear superficies de cualquier tamaño y crear formas flexibles y complejas.
Sin embargo, el uso de polígonos también tiene sus desventajas. Crear modelos muy detallados a menudo requiere miles de polígonos, lo que resulta en un aumento significativo en el tamaño del archivo y el esfuerzo computacional. Además, los polígonos no siempre se pueden utilizar para técnicas específicas como Paint FX, ya que estas no trabajan con detalles más finos que superan la capacidad de un solo polígono. Modelar formas muy orgánicas o complejas puede resultar difícil con polígonos, ya que sus bordes rectos conllevan limitaciones en el modelado. Dado que los polígonos están formados por líneas rectas, las curvas tienen que aproximarse mediante un gran número de pequeñas líneas rectas, lo que significa que cuantos más polígonos se utilicen, con mayor precisión podrá modelarse una curva, pero esto se traduce en un mayor tamaño del archivo.
Estas esferas muestran cómo el nivel de detalle afecta a un modelo: con 2048, 512 y 128 polígonos, el modelo se vuelve más suave y detallado a medida que aumenta el número de polígonos, mientras que menos polígonos dan como resultado un modelo menos preciso. (Créditos de la imagen: Universidad de Colonia).
Importancia del modelado poligonal en la impresión 3D
El número y la disposición de los polígonos en un modelo 3D tienen un impacto directo en la calidad de impresión y el tiempo de procesamiento, ya que los modelos con un alto número de polígonos a menudo son más pesados y pueden causar largos tiempos de procesamiento, ya que requieren una mayor potencia de cálculo. Por otro lado, los modelos con muy pocos polígonos pueden tener detalles insuficientes y posiblemente no alcanzar el nivel de detalle deseado. Por lo tanto, la optimización del número de polígonos, simplificando el modelo sin perder detalles importantes, es una medida decisiva para encontrar un equilibrio entre el detalle y la eficiencia. Además, un número de polígonos adecuado garantiza que el modelo se pueda procesar en un tiempo aceptable. Además de la cantidad de polígonos, la alineación de los polígonos en el objeto 3D también es de gran importancia, ya que cada polígono tiene un interior y un exterior, y para la impresión 3D se debe tener en cuenta la alineación correcta de los polígonos. Si no se respeta correctamente esta orientación, pueden surgir problemas durante la impresión. Por este motivo, es muy recomendable realizar una comprobación exhaustiva de los datos antes de imprimirlos.
Programas disponibles
Como probablemente ya haya quedado claro, el modelado poligonal a menudo puede llevar mucho tiempo, pero existen muchos programas que facilitan el proceso. Uno de ellos es Substance 3D Modeler (basado en voxel), un potente software de Adobe orientado al modelado de polígonos y a la creación de modelos 3D detallados. También resulta útil Polygonica, un kit de herramientas de software 3D para el procesamiento de mallas poligonales, que es especialmente eficaz en el procesamiento de mallas y la optimización de modelos 3D complejos. Figuro es otra herramienta potente para modelar y optimizar modelos poligonales 3D, mejorando la eficiencia en la preparación de modelos para la impresión 3D. Muchos otros softwares de modelado 3D también tienen funciones para el modelado poligonal, como Maya, Blender o 3ds Max. El software Maya, por ejemplo, ofrece una introducción al modelado poligonal. Conoce más sobre este tema en el siguiente video:
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*Créditos de la foto de portada: Ebal Studios