miniatura| Exposición de arte dixital xerada por ordenador Morphogenetic Creations de Andy Lomas no Watermans Arts Centre, ao oeste de Londres, en 2016. As imaxes xeradas por ordenador (CGI polas siglas en inglés Computer-generated imagery) son as imaxes e o uso de gráficos por ordenador para crear ou contribuír á xeración de imaxes en arte dixital, medios impresos, videoxogos, simuladores, animación por ordenador e efectos visuais en películas, programas de televisión, curtas, anuncios, vídeos ou videoclips.
As imaxes poden ser dinámicas ou estáticas, e poden ser bidimensionais (2-D), aínda que o termo "CGI" úsase máis habitualmente para referirse aos gráficos de ordenador en 3D utilizados para crear personaxes, escenas e efectos especiais en películas e televisión, que se describe como animación por ordenador ou en inglés CGIA, CGI-A (Computer-generated imagery animation).
A primeira longametraxe que fixo uso de CGI foi a película de 1973 Westworld. Outras das primeiras películas que incorporaron CGI foron A guerra das galaxias (1977), Tron (1982), Golgo 13: The Professional (1983), The Last Starfighter (1984), Young Sherlock Holmes (1985) e Flight of the Navigator (1986).Hearn, Marcus (2005). The Cinema of George Lucas. New York City: Harry N. Abrams, Inc. p. 156. . O primeiro vídeo musical en utilizar CGI foi o premiado "Money for Nothing" (1985) de Dire Straits, cuxo éxito foi determinante para darlle a visibilidade ao proceso.
A evolución do CGI levou á aparición da cinematografía virtual na década de 1990, onde a visión da cámara simulada non está restrinxida polas leis da física. A dispoñibilidade do software CGI e o aumento da velocidade dos ordenadores permitiron que artistas individuais e pequenas empresas produzan películas, xogos e obras de arte de calidade profesional desde os seus ordenadores domésticos.
Tipos
Imaxes estáticas e paisaxes miniatura| Unha paisaxe fractal creada en Terragen. Non só as imaxes animadas forman parte das imaxes xeradas por ordenador; As paisaxes de aspecto natural (como as paisaxes fractais) tamén se xeran mediante algoritmos informáticos. Unha forma sinxela de xerar superficies fractais é utilizar unha extensión do método de malla triangular, baseándose na construción dalgún caso especial dunha curva de Rham, por exemplo, o desprazamento do punto medio. Por exemplo, o algoritmo pode comezar cun triángulo grande, despois facer zoom recursivamente dividíndoo en catro triángulos de Sierpinski máis pequenos, e despois interpolar a altura de cada punto dos seus veciños máis próximos. A creación dunha superficie browniana pódese conseguir non só engadindo ruído a medida que se crean novos nós senón tamén engadindo ruído adicional en varios niveis da malla. Así, pódese crear un mapa topográfico con diferentes niveis de altura usando algoritmos fractais relativamente sinxelos. Algúns fractais típicos e fáciles de programar usados en CGI son o fractal de plasma e o fractal de falla máis dramático.Game programming gems 2 by Mark A. DeLoura 2001 páxina 240
Moitas técnicas específicas foron investigadas e desenvolvidas para producir efectos xerados por ordenador altamente enfocados, por exemplo, o uso de modelos específicos para representar a meteorización química das pedras para modelar a erosión e producir un "aspecto envellecido" para unha determinada superficie baseada en pedra.
Escenas arquitectónicas miniatura|Unha imaxe xerada por ordenador que presenta unha casa ao pór do sol, feita en Blender. Os arquitectos modernos usan servizos de empresas de gráficos informáticos para crear modelos 3D tanto para clientes como para construtores. Estes modelos de imaxes xeradas por ordenador poden ser máis precisos que os debuxos tradicionais. Tamén se pode utilizar a animación arquitectónica para ver a posible relación que terá un edificio en relación co medio e os edificios circundantes. O procesamento de espazos arquitectónicos sen o uso de ferramentas de papel e lapis é agora unha práctica amplamente aceptada cunha serie de sistemas de deseño arquitectónico asistido por ordenador.
As ferramentas de modelaxe arquitectónica permiten que un arquitecto visualice un espazo e realice "percorridos" de forma interactiva, proporcionando así "contornos interactivos" tanto a nivel urbano como de edificio.Interactive environments with open-source software: 3D walkthroughs by Wolfgang Höhl, Wolfgang Höhl 2008 pages 24-29 As aplicacións específicas en arquitectura non só inclúen a especificación de estruturas de edificios (como paredes e fiestras) e os percorridos, senón os efectos da luz e como a luz solar afectará a un deseño específico en diferentes momentos do día.Advances in Computer and Information Sciences and Engineering por Tarek Sobh 2008 páxinas 136-139
As ferramentas de modelaxe arquitectónica están cada vez máis baseadas en Internet. Non obstante, a calidade dos sistemas baseados en Internet aínda está por debaixo da dos sofisticados sistemas de modelaxe interna.Encyclopedia of Multimedia Technology and Networking, Volume 1 por Margherita Pagani 2005 páxina 1027
Nalgunhas aplicacións, as imaxes xeradas por ordenador utilízanse para facer "enxeñería inversa" de edificios históricos. Por exemplo, unha reconstrución xerada por ordenador do mosteiro de Georgenthal en Alemaña foi derivada das ruínas do mosteiro, pero ofrece ao espectador un "aspecto e sensación" de como sería o edificio no seu día.Interac storytelling: First Joint International Conference por Ulrike Spierling, Nicolas Szilas 2008 pages 114-118
Modelos anatómicos miniatura|Unha imaxe de anxiograma pulmonar por TC xerada por un ordenador a partir dunha colección de raios X. Os modelos de imaxes xeradas por ordenador utilizados na animación do esqueleto non sempre son anatomicamente correctos. Non obstante, organizacións como o Scientific Computing and Imaging Institute desenvolveron modelos informáticos anatomicamente correctos. Os modelos anatómicos xerados por ordenador pódense utilizar tanto con fins instrutivos como operativos. Até a data, un gran número de imaxes médicas producidas por artistas seguen sendo utilizadas por estudantes de medicina, como imaxes de Frank H. Netter, por exemplo imaxes cardíacas. Non obstante, están dispoñibles unha serie de modelos anatómicos en liña.
Unha radiografía dun só paciente non é unha imaxe xerada por ordenador, aínda que sexa dixitalizada. Non obstante, nas aplicacións que implican exploracións por TC prodúcese automaticamente un modelo tridimensional a partir de moitos raios X dunha soa porción, producindo "imaxe xerada por ordenador". As aplicacións que inclúen imaxes de resonancia magnética tamén reúnen unha serie de "instantáneas" (neste caso a través de pulsos magnéticos) para producir unha imaxe interna composta.
Nas aplicacións médicas modernas, constrúense modelos específicos para o paciente en "cirurxía asistida por ordenador". Por exemplo, na substitución total de xeonllo, pódese usar a construción dun modelo detallado específico do paciente para planificar coidadosamente a cirurxía.Total Knee Arthroplasty por Johan Bellemans, Michael D. Ries, Jan M.K. Victor 2005 páxinas 241-245 Estes modelos tridimensionais adoitan extraerse de múltiples tomografías computarizadas das partes adecuadas da anatomía do propio paciente. Estes modelos tamén se poden usar para planificar implantacións de válvulas aórticas, un dos procedementos comúns para tratar enfermidades cardíacas . Dado que a forma, o diámetro e a posición das aberturas coronarias poden variar moito dun paciente a outro, a extracción (a partir de tomografías computarizadas) dun modelo que se asemella moito á anatomía da válvula do paciente pode ser moi beneficiosa na planificación do procedemento.I. Waechter et al. Patient Specific Models for Minimally Invasive Aortic Valve Implantation in Medical Image Computing and Computer-Assisted Intervention -- MICCAI 2010 editado por Tianzi Jiang, 2010 páxinas 526-560
Imaxes de tecido e pel miniatura|Pelo húmido xerado por ordenador creado en Autodesk Maya. Os modelos de tecidos xeralmente divídense en tres grupos: A estrutura xeométrica-mecánica no cruzamento do fío A mecánica das follas elásticas continuas Características macroscópicas xeométricas do pano.Cloth modeling and animation por Donald House, David E. Breen 2000 páxina 20
Até a data, facer que a roupa dun personaxe dixital se dobra automaticamente dun xeito natural segue sendo un reto para moitos animadores.Film and photography por Ian Graham 2003 páxina 21
Ademais do seu uso en películas, publicidade e outros modos de exhibición pública, as imaxes xeradas por ordenador de roupa son agora usadas habitualmente polas principais firmas de deseño de moda.Designing clothes: culture and organization of the fashion industry por Veronica Manlow 2007 páxina 213.
O reto de renderizar imaxes de pel humana implica tres niveis de realismo:
Fotorrealismo que se asemella a pel real a nivel estático Realismo físico ao asemellarse aos seus movementos Realismo de funcións ao asemellarse á súa resposta ás accións.Handbook of Virtual Humans por Nadia Magnenat-Thalmann and Daniel Thalmann, 2004 páxinas 353-370
As características visibles máis finas, como as engurras finas e os poros da pel, teñen un tamaño duns 100 µm ou 0,1 milímetros. A pel pódese modelar como unha función de textura bidireccional de 7 dimensións (BTF) ou unha colección de funcións de distribución de dispersión bidireccional (BSDF) sobre as superficies do obxectivo.
Simulación e visualización interactiva
A visualización interactiva é a representación de datos que poden variar de forma dinámica e que permite ao usuario ver os datos desde múltiples perspectivas. As áreas de aplicación poden variar significativamente, dende a visualización dos patróns de fluxo en dinámica de fluídos até aplicacións específicas de deseño asistido por ordenador.Mathematical optimization in computer graphics and vision por Luiz Velho, Paulo Cezar Pinto Carvalho 2008 páxina 177 Os datos representados poden corresponder a escenas visuais específicas que cambian a medida que o usuario interactúa co sistema; por exemplo, os simuladores, como os simuladores de voo, fan un uso extensivo de técnicas CGI para representar o mundo.GPU-based interactive visualization techniques por Daniel Weiskopf 2006 páxinas 1-8.
A nivel abstracto, un proceso de visualización interactivo implica un "canal de datos" no que os datos en bruto son xestionados e filtrados a un formulario que os fai axeitados para a representación. Isto adoita chamarse "datos de visualización" (en inglés visualization data, véxase o artigo visualización dos datos). A continuación, os datos de visualización son asignados a unha "representación de visualización" que se pode alimentar a un sistema de renderizado. Isto adoita chamarse "representación renderizada". A continuación, esta representación represéntase como unha imaxe visible. A medida que o usuario interactúa co sistema (por exemplo, usando controis de joystick para cambiar a súa posición no mundo virtual), os datos en bruto son alimentados a través da canalización para crear unha nova imaxe renderizada, facendo que a eficiencia computacional en tempo real sexa unha consideración fundamental para tales aplicacións.Trends in interactive visualization por Elena van Zudilova-Seinstra, Tony Adriaansen, Robert Liere 2008 páxinas 1-7.
Animación por ordenador miniatura|Os filmes Machinima son, por natureza, filmes de CGI Aínda que as imaxes xeradas por ordenador de paisaxes poden ser estáticas, a animación por ordenador só se aplica ás imaxes dinámicas que se asemellan a unha película. Non obstante, en xeral, o termo animación por ordenador refírese a imaxes dinámicas que non permiten a interacción do usuario, e o termo mundo virtual úsase para os ambientes animados interactivos.