El modelado procedural es una técnica de diseño gráfico por ordenador para crear contenido de manera automática, como modelos 3D, texturas o sistemas de partículas, mediante algoritmos y reglas predefinidas, en lugar de utilizar métodos tradicionales basados en la creación manual de cada elemento. De esta forma, utilizando un conjunto reducido de datos, se consigue generar gran cantidad de contenido similar de manera eficiente, variada y rápida.
Es una técnica que lleva muchos años desarrollándose y que tiene gran proyección de futuro, contado ya con numerosas aplicaciones en videojuegos, películas y entornos virtuales donde la repetición de patrones es común.
Si bien desde los años 60 se llevan investigando este tipo de sistemas para la generación eficiente de gráficos, no fue hasta la década de los 90 y posteriores, gracias al auge de los videojuegos y al rápido avance en la capacidad de procesamiento de los ordenadores, cuando la industria del entretenimiento y de los efectos visuales comenzaron a adoptar y desarrollar estas técnicas de generación procedural de manera más eficiente. Su uso siguió aumentando, pero fue en la década de 2010 que verdaderamente se popularizó gracias a la aparición de softwares específicos que, al proporcionar múltiples herramientas configurables, hizo la generación procedural accesible al público en general sin necesidad de amplios conocimientos matemáticos.
Tampoco es necesario tener una especialización concreta, se puede decir que está a caballo entre la programación y el diseño, ya que mezcla los procesos creativos tradicionales con procesos iterativos informáticos y secuencias matemáticas para generar contenido mediante algoritmos.
La implantación de estos nuevos sistemas nos ayuda a crear una gran cantidad de contenido “aleatorio” limitado por una serie de reglas previamente definidas, ahorrando tiempo y esfuerzos, ya que una vez establecidas dichas reglas, nos permite reproducir numerosos elementos similares, obteniendo un enorme conjunto de datos. Además, no solo se limita a creación de elementos variados, si no que posibilita la construcción de sistemas a partir de estos elementos individuales.
Para simplificar, y usando un concepto que nos es a todos familiar, lo que antes se generaba manualmente ahora se automatiza, pero introduciendo un nuevo flujo de trabajo: en vez de crear cada objeto de forma individual y cada detalle manualmente, trabajamos las reglas y normas que son comunes a todos y que describen cómo debe generarse un contenido específico.
Por ejemplo, podemos crear un fichero que contenga los datos que queremos reproducir de un ente determinado, como un árbol, incluyendo la forma de crecimiento, las ramas, el tipo de hojas, su color y textura, o incluso comportamientos especiales que le apliquen. Cada uno de esos valores tendrá un rango en el que es aceptable que haya variaciones, como si establecemos que el color de las hojas puede ir del verde brillante al marrón o que la altura se mantenga entre 1,50mts y 2,30mts.
La combinación de todos esos datos, con sus variaciones, nos dará como resultado todo un bosque de árboles de la misma especie, pero cada uno de un tamaño y una forma diferentes, como podría darse en un bosque real. Y obtenemos no sólo las entidades individuales de cada árbol, sino que también podemos establecer las reglas del bosque en su conjunto para determinar la frondosidad, las relaciones entre los árboles o espacios reservados para caminos o claros.
Esta idea es la base fundamental del diseño procedural y de su gran ventaja y versatilidad, el hecho de que a partir de las partes se va construyendo un todo. Podemos dividir el sistema en tantas partes como queramos, trabajarlas de forma individual, introducir cambios y variaciones, y el sistema adaptará todos esos cambios en cada parte para crear un todo perfectamente escalable. Todo sin necesidad de hacer los ajustes de forma manual, ya que se basa en algoritmos y procesos informáticos que procesan los cambios por nosotros.
Ejemplo de modelado procedural en edificios
Cada vez más, las empresas de softwares están aplicando estas técnicas de generación procedural empleando y combinando diferentes tipos de algoritmos recurrentes para lograr resultados específicos en alguna de las numerosas áreas que componen el modelado procedural.
Por citar algunos, los algoritmos de Perlin Noise y Simplex Noise se utilizan para generar patrones de ruido, que son esenciales para la creación de terrenos realistas. Pueden ser aplicados para simular detalles como montañas, colinas y valles. Las funciones de Valor Aleatorio (Random Value Functions) se pueden utilizar para generar variaciones en la textura, como patrones de grietas en rocas o irregularidades en superficies. Los sistemas axiomáticos como los algoritmos de L-System se utilizan para describir el crecimiento de estructuras complejas, como árboles o sistemas de carreteras en ciudades, o los sistemas de cinemática inversa procedural que se aplican para generar movimientos realistas en personajes animados, permitiendo que las articulaciones se muevan de manera natural en función de ciertos objetivos.
Por todo esto, gracias a su flexibilidad, la generación procedural se aplica a campos muy diversos como la creación de mallas, generación de texturas, simulación de fluidos y partículas, efectos visuales como explosiones o sistemas de destrucción, simulaciones de tejidos y fibras o generación de terrenos, tanto para entornos industriales como de ocio.
A medida que las capacidades del modelado procedural se expandan y se simplifiquen, es probable que se adopte en nuevas industrias y campos, como la arquitectura, la medicina o la educación.
Además, la demanda de experiencias interactivas y en tiempo real está en aumento, especialmente en el ámbito de los videojuegos y la realidad virtual. Las capacidades de computación gráfica están mejorando continuamente, y si bien ahora la mayoría de los procesos de generación necesitan tiempos largos de renderizado, en poco años, podrá ofrecer de contenido en tiempo real con mayor detalle y complejidad, lo que abrirá la puerta a nuevas aplicaciones, como el entrenamiento de algoritmos de aprendizaje automático en entornos complejos y cambiantes, la creación eficiente de prototipos y simulaciones o permitir la creación de diseños personalizados y la adaptación rápida de procesos de fabricación para satisfacer las demandas cambiantes del mercado.
Como hemos visto, en este breve acercamiento, el modelado procedural es una poderosa técnica que ofrece flexibilidad, eficiencia y variabilidad en la generación de contenido digital. Una tecnología que ha evolucionado hasta convertirse en una herramienta esencial en la industria del entretenimiento digital y que continúa avanzando, con enfoques más sofisticados y el uso de inteligencia artificial para mejorar la generación de contenido automático.
Arquitecta Técnica, Grado en Ingeniería de la Edificación y Máster en modelado avanzado de personajes 3D. Lead Artist del Área de Arte del Grupo de Investigación de Simulación, RV y RA de ITCL Centro Tecnológico