Los animadores de computadora y los diseñadores de videojuegos pronto podrán encontrar una mejor manera de crear el brillo púrpura verdoso del ala de un grajo, o el destello rosado en la garganta de un colibrí, gracias a un nuevo método para reproducir plumas iridiscentes.
Los investigadores del laboratorio de Steve Marschner , profesor de informática en la Facultad de Informática y Ciencias de la Información Ann S. Bowers de Cornell, en colaboración con la empresa de tecnología NVIDIA, modelaron cómo la luz se refleja en diferentes tipos de plumas iridiscentes de aves. Utilizando especímenes del Laboratorio de Ornitología de Cornell como referencia, generaron imágenes digitales que cambian de color en diferentes ángulos y, a diferencia de los modelos anteriores, incorporan pequeñas variaciones que dan a las plumas reales su apariencia brillante.
“Las cosas naturales iridiscentes siempre tendrán estas cualidades imperfectas”, dijo Marschner.
Yunchen Yu, estudiante de doctorado en el campo de la informática, presentó la investigación, “ Modelado de apariencia de plumas iridiscentes con diversas nanoestructuras ”, el 6 de diciembre en SIGGRAPH Asia 2024, donde ganó el Premio al Mejor Artículo.
Yu lleva mucho tiempo fascinado por la iridiscencia biológica, el brillo resplandeciente de ciertos peces, ranas y plumas. Si bien la mayoría de los colores provienen de pigmentos, la iridiscencia es el resultado de la interacción de la luz con nanoestructuras dentro de las células (que solo se pueden ver con un microscopio) que reflejan de forma selectiva ciertas longitudes de onda.
Yu y sus colaboradores eligieron aves para su primer intento de modelar la iridiscencia biológica porque es fácil trabajar con las plumas.
“Las plumas de las aves tienen la ventaja de que las estructuras están ahí, justo en la superficie, por lo que no están enterradas debajo, por ejemplo, de la piel de un pez… o de muchas otras estructuras que simular”, dijo Marschner. Las nanoestructuras de las plumas están ubicadas en las bárbulas, filamentos diminutos que son demasiado pequeños para verse a simple vista, que se proyectan desde las barbas, las hebras horizontales que se adhieren al eje central de la pluma.
Había sólo un problema: Yu tenía un miedo tremendo a los pájaros.
La primera vez que visitó el Laboratorio de Ornitología, tuvo que enviar a su coautor, Bruce Walter, un investigador asociado en Cornell, para manipular y fotografiar las pieles preservadas y recortar sus cabezas.
Utilizando diagramas de la literatura sobre ornitología, Yu modeló la forma de las bárbulas con las nanoestructuras en su interior y utilizó las fotos recortadas para comprobar sus resultados. El estudio incluyó siete especies, que abarcaban los diferentes tipos de iridiscencia en las aves y cuyas nanoestructuras se habían determinado previamente: ánade real, paloma bravía, tórtola, pavo real, urraca, estornino y colibrí.
A continuación, Yu simuló cómo cada nanoestructura dispersa las ondas de luz. Su modelo también incorporó cierta aleatoriedad para simular las pequeñas variaciones que se producen en la naturaleza, lo que dio a las representaciones destellos realistas.
“Las bárbulas son como copos de nieve”, dijo Yu. “No se pueden encontrar dos idénticas”.
El paso final fue generar imágenes de las plumas reales. Previamente, el coautor Andrea Weidlich de NVIDIA había creado un módulo en un programa de software de generación de gráficos para generar las plumas, desde el tallo hasta la bárbula, y Yu integró el modelo de iridiscencia.
El proceso produce de forma rápida y precisa plumas individuales y partes de aves que brillan y cambian de color con la luz.
El siguiente paso será incorporar el modelo a una interfaz más amigable para los artistas, dijeron los investigadores, para que los diseñadores puedan aplicarlo en videojuegos y animación.
“Aunque se necesitan muchos cálculos para construir estos modelos, su uso al final es bastante eficiente”, dijo Marschner. “Definitivamente, se podría imaginar implementarlos en tiempo real para poder usarlos en un entorno virtual o en un videojuego”.
En última instancia, este trabajo también podría ampliarse para representar aves enteras y otros animales iridiscentes, aunque será necesario un modelado adicional para representar los efectos de los pigmentos en la piel de animales como pulpos y peces.
Yu destacó otro resultado positivo de este trabajo: ya no le teme a los pájaros. En su tercer viaje al Laboratorio de Ornitología, por fin pudo manipular los especímenes. “Creo que mi fobia a los pájaros de la infancia se curó después de este proyecto”, dijo.
Eugene d’Eon, científico investigador de NVIDIA, es coautor del estudio. El trabajo recibió apoyo de la National Science Foundation y NVIDIA Corporation. Cornell University. P. W. Traducido al español
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