Tesis para optar el título profesional de ingeniero informático






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Figura 2. Un artista pintando en un Cave (un cuarto con pantallas estereoscópicas que dan la sensación de que la imagen flota en el aire).
“Los Gráficos 3D generados por computadora son imágenes 2D que mediante fórmulas matemáticas imitan el comportamiento de la profundidad o Eje Z que tienen los objetos 3D. Esta limitación se debe básicamente a que los gráficos en 3D son mostrados en dispositivos 2D como monitores de computadoras o pantallas de celulares, estos dispositivos cuentan con 2 ejes (Eje X y Eje Y).

Los programas de computadora que crean gráficos 3D (como el 3ds MAX, Maya, Blender, etc.) inician con un mundo virtual 3D donde se modelaran estos objetos 3D, generalmente a partir de formas básicas como cubos, esferas, cilindros etc. hasta llegar a técnicas más complejas como modelamiento de mallas NURBS.

Una vez el objeto 3D esta modelado, necesita texturas o materiales, la diferencia radica en que una textura es una imagen que envolverá al objeto 3D como por ejemplo la fotografía a una tabla de madera, mientras que los materiales son las propiedades físicas que simulara el objeto 3D, por ejemplo material de vidrio que será translucido, o metal que reflejara fuertemente la luz, etc.

Al igual que en el mundo real en el mundo 3D también existen las cámaras, y estas serán los puntos de visión que tendremos de los objetos 3D, hay cámaras estáticas y cámaras móviles.

Las luces son uno de los aspectos más cruciales para poder generar un gráfico 3D, pues definirán el grado de profundidad y afectaran a todas las propiedades de los objetos 3D, además que son las encargadas de dirigir el proceso de creación de la imagen (renderizado) mediante complejos algoritmos computacionales, a mayor precisión con el mundo físico real mayor tiempo de cálculo para generar el grafico 3D.

Y finalmente el proceso de renderizado, que es el cálculo de todos los elementos descritos para desde el punto de vista de la cámara generar el grafico 3D por computadora, este proceso consume altos recursos computacionales para efectuar su labor”. (Definición del autor)


    1. Motor de Videojuegos 3D


“The term ‘game engine’ arose in the mid-1990s in reference to first-person shooter (FPS) games like the insanely popular Doom by Id Software. Doom was architected with a reasonable well-defined separation between its core software components (such as the three-dimensional graphics rendering system, the collision detection system, or the audio system) and the art assets, game worlds, and rules of play that comprised the player’s gaming experience.

The value of this separation became evident as developers began licensing game and re-tooling them into new products by creating new art, world layouts, weapons, characters, vehicles, and game rules with only minimal changes to the ‘engine’ software.

This marked the birth of the ‘mod-community’ –a group of individual gamers and small independent studios that built new games by modifying existing games, using free toolkits provide by the original developers. Towards the end of the 1990s, some games like Quake III Arena and Unreal were designed with reuse and ‘modding’ in mind. Engines were made highly customizable via scripting language like Id’s Quake C, and engine licensing began to be a viable secondary revenue stream for the developers who created them.

Today, game developers can license a game engine and reuse significant portions of its key software components in order to build games. What this practice still involves considerable investment in custom software engineering, it can be much more economical than developing all of the core engine components in-house.

One would think that a game engine could be something akin to Apple QuickTime or Microsoft Windows Media Player –a general-purpose piece of software capable of playing virtually any game content imaginable. However this ideal has not yet been achieved (and may never be).

Most game engines are carefully crafted and fine-tuned to run a particular game on a particular hardware platform.

And even the most general-purpose multiplatform engines are really inly suitable for building games in one particular genre, such as first-person shooters or racing games. It’s safe to say that the more general-purpose a game engine or middleware component is, the less optimal it is for running a particular game on a particular platform.
This phenomenon occurs because designing any efficient piece of software invariably entails making trade-offs and those trade-offs are based on assumptions about how the software will be used and/or about the target hardware on which it will run. For example, a rendering engine that was designed to handle intimate indoor environments probably won’t be very good at rendering vast outdoor environments.
The indoor engine might use a BSP tree or portal system to ensure that no geometry is drawn that is being occluded by walls or objects that are closer to the camera.

The outdoor engine, on the other hand, might use a less-exact occlusion mechanism, or none at all, but it probably makes aggressive use of level-of-detail (LOD) techniques to ensure that distant objects are rendered with a minimum number of triangles, while using high resolution triangle meshes for geometry that is close to the camera.
The advent of ever-faster computer hardware and specialized graphics cards, along with ever-more-efficient rendering algorithms and data structures, is beginning to soften the differences between the graphics engines of different genres. It is now possible to use a first-person shooter engine to build a real-time strategy game, for example.

However, the trade-off between generality and optimality still exists. A game can always be made more impressive by fine-tuning the engine to the specific requirements and constraints of a particular game and/or hardware platform.” (Gregory, 2009, p11)


(Traducido por el autor)
“El término ‘motor de video juego’ se acuño a mediados de 1990s en referencia a los juegos de tiros en primera persona como el increíblemente popular Doom hecho por Id Software. Doom tuvo una arquitectura con una razonable separación bien definida entre los componentes núcleos de software (tales como el sistema de renderizado de gráficos tridimensionales, el sistema de detección de colisiones, o el sistema de audio), los componentes de arte, mundos del juego, y las reglas de juego que componen la experiencia de juego del usuario.

El valor de esta separación se volvió evidente cuando los desarrolladores comenzaron a licenciar juegos y reestructurándolos dentro de nuevos productos creando nuevos componentes de arte, capas de mundos, armas, vehículos y reglas de juego con solo cambios mínimos al ‘motor’ de software.

Esto marco el nacimiento de la ‘comunidad de mod’ que son un grupo de jugadores individuales y pequeños estudios independientes que construyeron nuevos juegos modificando juegos existentes, usando herramientas libres provistas por los desarrolladores originales. Hacia el final de los 90s, algunos juegos como Quake III Arena y Unreal fueron diseñados con reúso y ‘modding” en mente. Los motores fueron hechos altamente personalizables a través de lenguajes de script como el Id’sQuake C, y la venta de motores empezó a ser una vía secundaria de flujo de ingresos para los desarrolladores que los habían creados.

Hoy, los desarrolladores de juegos pueden licenciar un motor de juego y reusar porciones significativas de sus componentes de software claves para construir video juegos. Mientras esta práctica todavía involucra una considerable inversión en componentes de software a la medida, es mucho más económica que desarrollar todos los componentes núcleos de un motor de juegos internamente.

Uno podría pensar que un motor de video juegos podría ser algo parecido al Apple QuickTime o al Microsoft Windows Media Player –una pieza de software de propósito general capaz de ejecutar virtualmente cualquier contenido imaginable de juego. Sin embargo esta idea aún no ha sido alcanzada (quizás nunca).

La mayoría de motores de juego son manufacturados cuidadosamente y afinados para ejecutar un juego particular en una plataforma de hardware particular. Y aún los motores de videojuegos multiplataforma de propósito general son realmente adecuados para un género de video juegos tal como juegos de disparo en primera persona o juegos de carreras.

Es seguro decir que cuando más general es un motor de video juego es menos óptimo para un especifico juego o plataforma.

Este fenómeno ocurre porque diseñar cualquier pieza eficiente de software invariablemente implica hacer compensaciones, y estas compensaciones están basadas en como el software será usado y/o el hardware objetivo o en cómo se ejecutara. Por ejemplo un motor de renderizado que fue diseñado para manejar ambientes de interiores probablemente no sea muy bueno para ambientes largos de exteriores.

El motor de interiores podría usar un árbol BSP o un sistema portal para asegurar que ninguna geometría que está detrás de una pared u otro objeto, o demasiado cerca de la cámara sea dibujada.

El motor de exteriores, por otra parte, podría usar un mecanismo de oclusión menos preciso, o ninguno en lo absoluto, pero probablemente haga un uso agresivo de técnicas de niveles de detalle (LOD por sus siglas en inglés) para asegurar que los objetos distantes son renderizado con un mínimo número de triángulos, mientras usa mallas de alta resolución de triángulos para las geometrías que están cerca de la cámara.

La llegada de hardware de computadora aún más rápida y tarjetas de video especializadas, junto con algoritmos de renderizado y estructuras de datos más eficientes, está comenzando a suavizar las diferencias entre los motores de juegos y los diferentes géneros.

Ahora es posible, por ejemplo, usar un motor de juegos de disparos en primera persona para construir un juego de estrategia en tiempo real. Sin embargo, las compensaciones entre generales y óptimos todavía existen. Un video juego puede ser hecho siempre más impresionante afinando el motor de juegos a los requerimientos específicos y restricciones particulares del juego en si y/o la plataforma de hardware.” (Gregory, 2009, p11)


Figura 3. Call of Duty 2 (Xbox 360 / PlayStation 3)


“Un motor de videojuegos es un sistema que en encapsula las partes principales que tienen en común los videojuegos, pero va más allá de los videojuegos, entrando en el campo de la simulación o recorridos virtuales de lugares que es muy difícil de ver, por ejemplo el interior de una cámara nuclear, o de lugares donde es imposible ir como por ejemplo algún lugar histórico, o incluso hacer un paseo lunar.

De manera similar al motor de un auto, el motor de un videojuego es el elemento principal agrupador de otros componentes que harán que el video juego se pueda ejecutar, los motores de video juegos no pueden ser del todo generalistas y en muchos casos están afinados para un objetivo específico o para un tipo de plataforma.
Otro campo importante donde los motores de juegos tienen un desempeño fundamental es en la educación interactiva 3D, donde los alumnos pueden aprender de manera virtual, por ejemplo en un laboratorio de química virtual donde los alumnos no solo estudian en un entorno virtual sino que además pueden ver situaciones imposibles como la simulación de alguna fusión química.” (Definición del autor)


    1. Realidad Virtual – Va 2.1


“Virtual reality is a term that we've all heard many times. Movies such as the Matrix brought virtual reality out of science fiction and into the minds of the masses. Examples of virtual and augmented reality are also becoming more and more prevalent in real life, from military flight simulators to simple smartphone applications. But since everyone has their own impression of virtual reality is, let's first give the definition that we'll use throughout the book.
Virtual reality is composed of an interactive computer simulation, which senses the user's state and operational and replaces or augmented sensory feedback information to one or more senses in a way that the user gets a sense of being immersed in the simulation (virtual environment). We can thus identity four basic elements of virtual reality: the virtual environment, virtual presence, sensory feedback (as a response to the user's actions) and interactivity.
A computer-generated virtual environment presents descriptions of objects within the simulation and the rules as well as relationships that govern these objects.
Virtual reality is the observation of the virtual environment through a system that displays the objects and allows interaction, thus creating virtual presence.
Virtual environment is determined by its content (objects and characters). This content is displayed through various modalities (visual, aural and haptic), and perceived by the user through vision, hearing and touch.
Just like objects in the real world, objects in a virtual environment also have theirs properties such as shape, weight, color, texture, density and temperature. These properties can be observed using different senses. The color of an object, for example, is perceived only in the visual domain, while its texture can be perceived both in visual as well as haptic domains.” (Mihelj, 2014, p2)
(Traducido por el autor)
“La realidad virtual es un término que todos hemos oído muchas veces. Películas como la “Matriz” trajeron la realidad virtual de la ciencia ficción a la mente de las masas. Los ejemplos de realidad virtual y aumentada también se están volviendo más y más frecuentes en la vida real, desde los simuladores de vuelo militares hasta simples aplicaciones para teléfonos inteligentes. Pero ya que cada uno tiene su propia impresión de lo que la realidad virtual es, primero vamos a dar la definición que vamos a utilizar en todo el libro.
La realidad virtual se compone de una simulación de computadora interactiva, la cual detecta el estado y operaciones del usuario y reemplaza o aumenta la información sensorial a uno o más sentidos de una manera que el usuario obtiene una sensación de estar inmerso en la simulación (entorno virtual). Podemos por lo tanto identificar cuatro elementos básicos de la realidad virtual: el entorno virtual, presencia virtual, la retroalimentación sensorial (como respuesta a las acciones del usuario) y la interactividad.
Un entorno virtual generado por computadora presenta descripciones de los objetos dentro de la simulación y sus normas, así como las relaciones que rigen estos objetos.
La realidad virtual es la observación del entorno virtual a través de un sistema que muestra los objetos y permite la interacción, creando así la presencia virtual.
El entorno virtual está determinado por sus contenidos (objetos y personajes). Este contenido se muestra a través de diversas modalidades (visual, fonético y táctiles), y percibida por el usuario a través de la visión, el oído y el tacto.
Al igual que los objetos en el mundo real, los objetos en un entorno virtual también tienen propiedades tales como forma, peso, color, textura, densidad y temperatura. Estas propiedades se pueden observar utilizando diferentes sentidos. El color de un objeto, por ejemplo, se percibe sólo en el dominio visual, mientras que su textura se puede percibir tanto en los dominios visuales, así como táctiles.”
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