BLENDER: Modelado 3D y fotogrametría en entornos virtuales. Contenidos del curso

En el curso BLENDER: Modelado 3D y fotogrametría en entornos virtuales el alumno aprenderá a utilizar este software multiplataforma, libre y gratuito, trabajando el modelado de objetos 3D y la edición de mallas, así como la creación de texturas y materiales y técnicas de iluminación.

A la finalización del curso el alumno adquiere una base sólida para el desarrollo de sus proyectos profesionales asistidos por técnicas de representación 3D

El alumno trabajará sobre modelos fotogramétricos, optimizándolos para su inclusión en visores 3D online, entornos de Realidad Virtual y el renderizado con un alto nivel de fotorrealismo gracias al motor gráfico Cycles y técnicas avanzadas de iluminación

El curso se realiza con clases online en directo, garantizando la interacción total entre docente y alumno, el alumno ve en todo momento la pantalla del docente y sigue sus explicaciones, puede plantear las dudas que le surgen y el docente las irá resolviendo. Además, las clases se graban para que el alumno que no pueda asistir pueda visualizarlas en el horario que desee.

El curso se sigue a través de la plataforma de formación, donde se ofrece el manual específico de Postprocesado fotogramétrico y reconstrucción virtual con Blender, recursos añadidos, material de descarga, ejercicios, prácticas, foros, mensajería y los vídeos grabados de las clases.

En el curso “BLENDER: Modelado 3D y fotogrametría en entornos virtuales” el alumno adquiere las capacidades para transformar modelos fotogramétricos en modelos 3D perfectamente adecuados para la presentación de los mismos. Mediante el uso de Blender, se consigue reducir el tamaño de los modelos, mejorando, reduciendo y ordenando su geometría, lo que nos va a facilitar la edición de las mismas mediante el uso de software libre. Además, el alumno aprenderá a manejar Blender, una completa suite de modelado 3D que permite conseguir renders de calidad fotorrealista a partir de modelos fotogramétricos.

La fotogrametría digital se ha convertido en un método accesible y de bajo coste para conseguir modelos digitales de cualquier objeto de la realidad. Sin embargo, los softwares fotogramétricos dan por resultado modelos 3D de enorme complejidad geométrica basada en triángulos, lo que dificulta su edición. Además, un alto nivel de detalle en los modelos fotogramétricos, implica una alta densidad de geometría, lo que obliga a trabajar con modelos muy pesados y difíciles de gestionar. Por otro lado, no siempre se va a lograr capturar satisfactoriamente aquellos elementos de nuestro interés, lo que implica que debamos de adecuarnos a unos resultados que no siempre son los que buscamos. Estos inconvenientes no dependen de la planificación que se haga del trabajo de captura de imágenes, ni siquiera de las posibilidades que pueden ofrecer los softwares fotogramétricos y de los parámetros que ofrecen para la generación de los modelos fotogramétricos.

En el curso “BLENDER: Modelado 3D y fotogrametría en entornos virtuales” el alumno va a obtener las competencias necesarias para el desarrollo de un flujo de trabajo que le va a permitir optimizar cualquier modelo fotogramétrico mediante el uso de software libre, obteniendo modelos 3D finales de gran calidad y ligereza, adecuados a nuestras necesidades.

Para el desarrollo de este método para el Postprocesado Fotogramétrico, el alumno aprenderá a manejar el software libre Blender, que ofrece infinidad de posibilidades en el desarrollo de proyectos 3D, tanto en trabajos de edición como en el de modelado de objetos 3D para todo tipo de proyectos.

De este modo, aprenderá a reducir y ordenar la geometría de sus modelos fotogramétricos mediante el proceso de Retopología. Se obtendrá una nueva malla del modelo fotogramétrico con un menor número de vértices, más ligera y más ordenada, basada en Quads, que va a facilitar la edición y ajuste a las necesidades específicas, permitiéndonos además trabajar con equipos de menores prestaciones.

Para recuperar la calidad de detalle que poseía el modelo fotogramétrico de Alta Resolución, se “transfiere” la información geométrica al modelo de Baja Resolución. De este modo, se conserva toda la calidad de detalle del original en Alta Resolución sin que se traduzca en una mayor geometría en el modelo de Baja Resolución. Esta técnica se conoce como Bakeado de texturas, mediante la cual el modelo reducido va a recibir la información geométrica y de color del modelo original a través de una textura de imagen que va a simular el detalle geométrico del Modelo de Alta Resolución sin que esto repercuta en la densidad de la geometría de nuestro modelo en Baja Resolución. El modelo obtenido tendrá el nivel de detalle de un modelo de Alta Resolución en un modelo de Baja Resolución de geometría ordenada y bajo peso. Además, mediante el bakeado de la textura de color, se puede agrupar diversas texturas de Color/Diffuse en una sola.

La retopología del modelo fotogramétrico va a facilitar enormemente la Edición de la Malla. Mediante las herramientas de edición, modelado, esculpido digital y pintado de texturas, vamos a poder modificarla con mayor facilidad. En la edición de la malla, se va a poder retirar partes de la geometría como elementos no deseados, esculpir la geometría o incluso retirar elementos para remodelarlos en una resolución más adecuada al objetivo final que definamos para nuestro modelo. Con el pintado de texturas vamos a conseguir editar la textura de imagen directamente sobre nuestro modelo 3D.

Por otro lado, se verá cómo utilizar softwares de edición de imagen para eliminar las sombras en los modelos optimizados, consiguiendo que las sombras actúen únicamente en función de la fuente de iluminación que se genere en Blender.

El alumno aprenderá a modelar objetos 3D desde cero, en base a la información del modelo fotogramétrico, planimetría, referencias fotográficas y documentación técnica, creando para nuestros modelos materiales de alta calidad e incorporándolos al modelo fotogramétrico.

Para poner en práctica todas estas técnicas de Postprocesado Fotogramétrico, trabajaremos sobre distintos tipos de modelos fotogramétricos, tanto de fotogrametría aérea como terrestre, adecuando nuestro flujo de trabajo a distintos resultados finales en función de los distintos medios de difusión de nuestros trabajos y cuáles deben ser las características de nuestros modelos para que se adecúen en cada caso: la difusión de nuestros modelos a través de visores 3D online como SketchFab o documentos técnicos con PDF3D; el renderizado fotorrealista, la animación 3D o la restauración digital de piezas arqueológicas y la impresión 3D.

En el primer caso, trabajaremos sobre un modelo fotogramétrico de la Torre de Cálago en Pontevedra, correspondiente a las ruinas de un antiguo convento del s. XI. El objetivo es preparar el modelo para la difusión del mismo a través de visores 3D online además de su inclusión como modelo 3D en un documento técnico con PDF3D. La retopología del modelo y posterior bakeado de texturas va a permitirnos reducir el peso del mismo, pasando de los 2.250.000 vértices del modelo en bruto, procedente del software de fotogrametría, a los 140.000 vértices del modelo optimizado sin que hayamos perdido calidad en el detalle gracias al bakeado de texturas. Es decir, hemos reducido 18 veces su tamaño sin pérdida de calidad, pasando de un peso de 597 Mb (527 Mb del archivo .OBJ más 70 Mb de las texturas) del modelo en bruto a 62 Mb (40 Mb del archivo .OBJ y 22 Mb de las texturas) del modelo optimizado.

Además, este proceso nos ha permitido aunar las distintas texturas de color del modelo en bruto de casi 60 Mbs en una sola de apenas 7 Mbs. Mediante el uso de software de edición de imagen, hemos retirado las sombras de la textura de color generadas por las condiciones atmosféricas durante el proceso de captura de imágenes para la realización de la fotogrametría. De este modo, vamos a conseguir que las únicas sombras que proyecte nuestro modelo optimizado sean aquellas procedentes de la fuente de iluminación que estableceremos nosotros mismos.

En el segundo caso, vamos a actuar sobre un modelo de fotogrametría terrestre. Se trata de una copa cerámica de época neolítica. Nuestro objetivo va a ser realizar una retopología manual, lo cual nos va a permitir centrar la resolución de la geometría en aquellas zonas del modelo donde encontramos un mayor detalle. De este modo, vamos a conseguir un modelo optimizado de apenas 6.000 vértices y sólo 0,8 Mbs (810 kBs) de peso, frente a los 390.000 vértices y 67 Mb del modelo original. Mediante el bakeado de texturas, con la que transferiremos la información de la geometría y de color a nuestro modelo optimizado, conseguiremos un resultado de la misma calidad en cuanto al detalle de la geometría en nuestro modelo optimizado.

En el tercer caso, trabajaremos sobre un modelo fotogramétrico más complejo, el Faro Torbjørnskjær, en Noruega. En este caso, nuestro objetivo es optimizar el modelo fotogramétrico y obtener un render fotorrealista mediante el procesado de texturas, el añadido de elementos modelados por nosotros mismos y la creación de materiales de calidad. Además, trabajaremos la composición y los efectos de cámara para, con una iluminación ambiental HDRi, conseguir un resultado final fotorrealista para renders estáticos o animaciones de cámara.

Realizaremos una retopología automática del modelo, profundizando en el trabajo de optimización de la topología y reducción de polígonos para, con ayuda de las herramientas de edición y esculpido digital, cerrar los huecos heredados del modelo fotogramétrico mejorando elementos del medio físico, así como retirar elementos arquitectónicos incompletos o deficientemente digitalizados y corregir fallos en la textura mediante la herramienta Texture Paint de Blender. Como resultado, obtendremos un modelo optimizado de 750.000 vértices y 180 Mbs de peso (incluyendo las estructuras que hemos modelado), respecto al modelo en bruto que contaba con 1.500.000 vértices y 305 Mbs de peso. Modelaremos aquellos elementos arquitectónicos retirados en base a documentación técnica y referencias visuales además de la propia información del modelo fotogramétrico y les aplicaremos materiales creados por nosotros mismos para, una vez texturizados, integrarlos en el modelo optimizado. Por último, crearemos un contexto para el modelo fotogramétrico, generando un material que simula el mar y que va a aportarnos un gran grado de realismo para nuestro renders finales, creado a partir de materiales procedurales, para de esta forma no añadir geometría a nuestro trabajo final.

Objetivos específicos:

• Conocer la Interfaz de Blender y los Layouts
• Modelar y Editar Objetos 3D
• Crear Materiales Simples y Avanzados
• Mapeado de texturas y UV’s
• Técnicas de Iluminación de Estudio e Iluminación Ambiental Mediante HDR’s
• Renderizar e iluminar nuestra Escena
• Parámetros y Ajustes de Cámara en Blender
• Técnicas de Esculpido Digital de Objetos
• Topología y Retopología de Objetos
• Pintado de Texturas
• Importación y Exportación de distintos Formatos
• Optimización de Modelos Fotogramétricos
• Integración de modelos en escenas Fotorrealistas
• Procesos de Modelado Específicos
• Creación de Entornos Virtuales

TEMARIO CURSO BLENDER: Modelado 3D y fotogrametría en entornos virtuales

1: INTRODUCCIÓN
1. Blender 3D
1.1. Definición
1.2. Características
1.3. Motores gráficos
1.4. Sitio Web y Recursos Online
2. Equipo necesario e instalación
2.1. Equipo necesario
2.2. Instalación
3. Interfaz de Blender
3.1. Interfaz
3.2. Gestión de capas
3.3. Gestión de Escenas
3.4. Visor 3D

2. HERRAMIENTAS DE EDICIÓN Y MODELADO
1.Edición
1.1. Selección de objetos
1.2. Eliminar-Deshacer-Ocultar
1.3. Añadir y Nombrar Objetos
1.4. Modos de Sombreado
1.5. Transformaciones Básicas
1.6. Unidades de Medida
1.7. Modo Objeto-Modo Edición
1.8. Duplicar, Unir y Separar Objetos
1.9 Origen y Puntos de Pivote
1.10 Sistemas de Orientación
1.11 Edición Proporcional
1.12 Herramienta Snap to
1.13 Rellenar Geometría
1.14 Añadir Geometría
1.15 Añadir imágenes a Blender
2. Modelado
2.1 Extrusión
2.2 Subdivisión
2.3 Modificadores
2.4 Herramientas de Modelado
2.5 Procesos de Modelado Específico

3: MATERIALES
1. Introducción
2. Materiales PBR
2.1. Introducción
2.2. Creación de materiales
2.3. Sistema de Nodos en Blender
3. Materiales PBR con Principled shader
3.1. Materiales PBR Simples con Principled shader
3.2. Materiales PBR Avanzados con Principled shader
4. Mapeado y Coordenadas UV
4.1. Mapeado/Unwrap Automáticos
4.2. Edición de Mapeado
4.3. Mapeado/Unwrap Manual
4.4. Distintos UV’s para un mismo material
4.5. Recursos para la creación de texturas

4: ILUMINACIÓN
1. Introducción
2. Técnicas de Iluminación Ambiental
2.1 Lámparas
2.2 Mesh Lights u Objetos de Emisión
3. Técnicas de Iluminación Ambiental
3.1 Oclusión Ambiental
3.2 Background

5: RENDER Y PARÁMETROS DE CÁMARA
1. Parámetros de Cámara
1.1 Cámara, Puntos de Vista y Navegación
1.2 Tipos de Lentes
1.3 Parámetros Shift y Clipping
1.4 Tipos de cámaras
1.5 Enfoque y Profundidad de Campo
2. Render
2.1 Introducción
2.2 Opciones del Render
2.3 Dimensiones del Render
2.4 Metadata
2.5 Output y Formatos de salida
2.6 Samples, Clamp y Denoising
2.7 Light Paths
2.8 Film

6: TOPOLOGÍA Y RETOPOLOGÍA
1. Introducción a la Topología de objetos 3D
2. Importar/Exportar en formato .OBJ
3. Cómo Separar nuestros modelos para el proceso
de Retopología
4. Retopología
4.1 Método Manual
4.2 Método Semiautomático
4.3 Método automático: Instant Mesh
5. Cómo Unir nuestros modelos tras el proceso de

7. BAKEADO DE TEXTURAS
1. Normal Map
2. Diffuse Map
3. Ajustes del Diffuse Map mediante software externo

8. ESCULPIDO DIGITAL
1. Introducción a Esculpido Digital
2. Modificador Multirresolución
3. Parámetros Generales de Esculpido Digital
4. Tipos de Pinceles
4.1 Pinceles predeterminados
4.2 Pinceles de texturas

9. PINTADO DE TEXTURAS
1. Introducción a Texture Painting
2. Comenzando en Texture Paint
2.1 Pintar en una Nueva Textura
2.2 Pintar en una Textura Preexistente
3. Herramientas en el Modo Paint de Blender
3.1 Color
3.2 Parámetros Generales
3.3 Accumulate y Use Gradient
3.4 Blend Mode
3.5 Tipos de Pinceles
3.6 Paint Curve
3.7 Symmetry
3.8 Texture (Pintar con Texturas)
4. Guardar las texturas de imagen

10. DIFUSIÓN DE NUESTROS MODELOS
1. SketchFab
1.1 Crear una cuenta
1.2 Subir un modelo
1.3 Ajustes 3D
2. PDF 3D
2.1 Convertir a U3D
2.2 Crear el PDF 3D