Transform and Lighting (T&L)

A medida que los gráficos 3D cobran auge, aumenta la necesidad de mayores velocidades de procesamiento. Con la llegada de la unidad de procesamiento gráfico (GPU), los cálculos intensivos de transformación e iluminación se descargaron de la CPU a la GPU, lo que permitió obtener mayores velocidades. En la actualidad, la segunda generación de motores de transformación e iluminación ofrece las mayores velocidades de procesamiento gráfico del mundo. Con una GPU, los personajes animados adquieren gran verosimilitud en los detalles, complejidad en la expresión facial y suavidad de movimiento. Los desarrolladores y diseñadores pueden crear mundos con gran exuberancia de vida orgánica y detalles arquitectónicos que se confunden con el mundo real. Gracias a las funciones de transformación e iluminación con aceleración, se logra crear sensaciones 3D inigualables para todo tipo de usuarios, desde los internautas hasta los entusiastas del mundo multimedia.

¿Por qué T&L?
Los mundos geométricamente complejos requieren una excepcional velocidad de procesamiento. Al mismo tiempo, la transformación y la iluminación son procesos que conllevan intensos cálculos matemáticos. La combinación de transformación e iluminación mejora drásticamente el realismo fotográfico y permite crear mundos dotados de mucha vida en la pantalla. El motor de transformación convierte los datos 3D de una trama de referencia a la siguiente.
Cada vez que se redibuja la escena, es necesario transformar todos los objetos que aparecen en ella y algunos de los que no aparecen. Los efectos de iluminación mejoran el realismo de la escena y proporcionan un gran impacto visual.

¿Cómo funciona la transformación?
El rendimiento de la transformación define la precisión con la que los desarrolladores deben teselar sus objetos 3D, el número de objetos que pueden incluir en una escena y el grado de sofisticación de su mundo 3D. El teselado de un objeto consiste en dividirlo en objetos geométricos de menor tamaño, como polígonos. Las siguientes imágenes ilustran una esfera con distintos grados de teselado:

Cada una de las imágenes representa la misma esfera, pero la imagen de la derecha es la que, claramente, ofrece mayor realismo. Se ha fragmentado en un número de polígonos cinco veces mayor al de la esfera de la izquierda y, por tanto, requiere un rendimiento de transformación cinco veces superior. Este hecho puede parecer poco importante para una esfera; sin embargo, muchas de las escenas que se presentan en pantalla contienen cientos o miles de objetos. Sin una GPU, todos ellos deben compartir la potencia limitada de cálculo de la CPU, lo que obliga a los desarrolladores a planificar cuidadosamente las tareas de procesamiento.
La transformación de una escena en la jungla puede incluir numerosos árboles y abundante vegetación, y cada árbol puede constar de muchas hojas creadas por miles de polígonos. Dado que la GPU libera a la CPU del trabajo de calcular las transformaciones, podrá obtener escenas con gran riqueza de detalles y objetos complejos con la apariencia y el movimiento del mundo real. Los objetos y personajes serán más complejos, y además podrá incluir un mayor número de ellos en cada escena.

¿Cómo funciona la iluminación?
El ojo humano es más sensible a los cambios de brillo que a los de color, por lo que una imagen con efectos de iluminación transmite más información al espectador de forma más eficaz. El motor discreto de iluminación calcula los vectores de distancia entre las luces y los objetos y entre los objetos y los ojos del espectador dentro de las escenas 3D. Los cálculos de iluminación son un medio efectivo para modificar de forma sutil o radical el brillo de los objetos 3D para imitar las condiciones de iluminación del mundo real.
Los reflejos especulares se mueven por el objeto si el espectador o el objeto cambian de posición con respecto a la fuente de luz, lo que explica que no puedan calcularse anticipadamente ni ser estáticos.
La iluminación especular es especialmente útil para lograr dos de los efectos de las escenas 3D: el desplazamiento y la apariencia de los distintos materiales de los objetos.

Iluminación difusa y especular
La iluminación se divide en dos categorías principales: difusa y especular. En la iluminación difusa, la luz que alcanza a un objeto se dispersa por igual en todas las direcciones, de forma que la luz reflejada no depende en absoluto de la posición del espectador. Por ejemplo, cuando el sol baña un terreno de juego, la luz llega a todas partes. La iluminación especular es distinta porque depende de la posición del espectador, la dirección de la luz y la orientación del triángulo en el que se refleja. Por ejemplo, el haz de luz de una linterna rebotará de forma distinta cuando se refleje en una moneda y en una brizna de hierba. La iluminación especular reproduce las propiedades reflectantes de un objeto y permite crear efectos como reflejos y resplandores.

Referencia:

Nvidia.com