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Piel virtual que acaricia al espectador

¿Cómo se logra que un ordenador termine mostrándonos seres digitales, que nunca han existido -como Gollum en 'E'l Señor de los Anillos' o los na'vi de la oscarizada 'Avatar'- de manera tan perfecta? La clave está en la correcta simulación de la interacción de la luz con la piel. El trabajo realizado por el Grupo de Informática Gráfica Avanzada ha despertado el interés de la industria del cine.

Diego Gutiérrez Actualizada 14/04/2010 a las 21:24
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La piel de este personaje virtual ha sido generada en la Universidad de ZaragozaGIGA

EN PRIMER PLANO

En los últimos años, hemos visto una gran proliferación de personajes digitales en películas de éxito. Actores completamente generados por ordenador, como Gollum en ‘El Señor de los Anillos’ o los na’vi de la reciente ‘Avatar’, que, lejos de limitarse a pequeñas apariciones en escenas de efectos especiales, toman papeles protagonistas y soportan con éxito el escrutinio, a través de prolongados primeros planos, de una audiencia cada vez más especializada. Es en estos primeros planos donde podemos apreciar los minuciosos detalles que logran dotarlos de un aspecto tan realista: la porosidad de la piel, el aspecto húmedo de los labios, el carácter translúcido de las orejas…
 
REALISMO EXTREMO

Pero ¿cómo se consigue este elevadísimo nivel de sofisticación en la apariencia de estos actores digitales? ¿Cómo logramos que un ordenador termine mostrándonos a esos seres digitales, que nunca han existido, de manera tan perfecta? La clave está en la correcta simulación de la interacción de la luz con la piel, un proceso mucho más complejo de lo que podemos pensar a simple vista. Escenas habituales en el mundo real como el aspecto irisado de una pompa de jabón, la translucidez de un insecto o el característico aspecto de la piel humana son en realidad el resultado de una rica fenomenología que solo puede explicarse en ocasiones a nivel cuántico. La realidad nos brinda escenas de una belleza fascinante, aunque el precio que debemos pagar para simularlas es excesivamente alto.
 
LO FALSO NO CUELA
Pero la física de esta interacción no es el único obstáculo a salvar, sino que nos encontramos además con un desafío mayor: nuestro sistema visual es especialmente preciso con la percepción de piel, y cualquier simulación que presente una pequeña desviación o simplificación de la realidad activará toda una serie de alarmas en nuestro cerebro que nos indicarán que lo que vemos es falso. Seguramente seremos incapaces de explicar por qué, no podremos precisar qué es lo que falla, pero sabremos que no es real. Nuestro cerebro es relativamente tolerante a ciertas imprecisiones en la simulación de muchos materiales (metal, plástico, piedra, madera…), pero sin embargo se vuelve extremadamente exigente con piel. Parece ser que hay razones evolutivas en este comportamiento, que estamos casi genéticamente programados para reconocer el aspecto de la piel o de una cara: hay que distinguir al amigo del enemigo.
 
LUZ VIAJERA
Dado que construir modelos a escala cuántica no es viable, la solución pasa por describir los fenómenos a una escala mayor. Podemos entonces simular cómo rebota la luz en la superficie de los objetos y ‘recrear’ así un amplio rango de materiales diferentes con un modelo relativamente sencillo; pero una mirada más atenta a nuestro alrededor nos desvelará que esto no es suficiente: existen ciertos materiales (cera, jabón, papel, leche… y por supuesto piel) donde la luz no se limita a rebotar en la superficie, sino que penetra en el objeto y viaja a través de él antes de salir de nuevo. Esto da a estos materiales ese aspecto translúcido tan característico, la diferencia entre una estatua de piedra y una de mármol. Para simular la apariencia de estos materiales debemos ampliar nuestro modelo e incluir la simulación del transporte de luz dentro del propio objeto.

 
CAPA A CAPA
En el caso concreto de simulación de piel, tenemos que tener en cuenta además su estructura multicapa (dermis, epidermis e hipodermis), donde la concentración y el tipo de sus distintos componentes (melanina y hemoglobina son los más influyentes) guían el aspecto final. El aspecto rosado de la piel es debido a que la luz que penetra en ella interacciona con los vasos sanguíneos; el color morado de las venas o el que se adquiere tras un golpe se debe a la mayor absorción de luz en esa zona; diferentes concentraciones de melanina producen diferentes pigmentaciones; el enrojecimiento facial por vergüenza o enfado es la consecuencia de un aumento reflejo de hemoglobina…
 
La estructura en capas hace que no baste ya con modelar cómo viaja la luz por dentro de la piel, sino que, además, hay que tener en cuenta las transiciones entre capas, que desvían, absorben y transmiten luz de unas a otras en función de su composición particular. La cantidad y complejidad de los cálculos necesarios son de proporciones abrumadoras. Dar vida a personajes como Gollum, Benjamin Button o los estilizados habitantes azules de Pandora requiere por tanto infinidad de horas de precisa simulación, algo al alcance todavía de muy pocos. 

 
DIEGO GUTIÉRREZ PERTENECE AL GRUPO DE INFORMÁTICA GRÁFICA AVANZADA (GIGA) DE LA UNIVERSIDAD DE ZARAGOZA
 
LEER MÁS:
Hollywood se fija en la Universidad de Zaragoza

ENLACES:
How Benjamin Button got his face.
Renderización de piel: 'Why Is This Man Smiling?'; 'Virtual skin looking even better'.

 







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