Magazine de Información Independiente sobre Nueva Economía y Mercados de las Tecnologías de la Información

También puedes descargar el Magazine en PDF.

Demetri Terzopoulos

El modelado gráfico por ordenador en los campos de la animación y realidad virtual ha avanzado de manera dramática en la última década, revolucionando la industria del cine, juegos interactivos y multimedia. Los investigadores gráficos están explorando una nueva frontera consistente en el modelado y simulación de sistemas vivos, sistemas de mucha mayor complejidad que los que se pueden obtener mediante un simple modelado geométrico o físico. Este nuevo campo de gráficos por ordenador se denomina vida artificial (ALife), una disciplina que trasciende los bordes entre la informática y las ciencias biológicas.

Los nuevos modelos gráficos realizados mediante el uso de conceptos de vida artificial han producido una emulación realista de una variedad de seres vivos, desde organismos inferiores hasta los organismos más complejos, los seres humanos. Típicamente, estos modelos toman formas complejas y habitan en mundos virtuales donde están sujetos a leyes físicas. El reto es desarrollar y desplegar modelos gráficos sofisticados que se puedan crear, evolucionar, controlar y animar por sí mismos, simulando de esta manera los mecanismos naturales fundamentales para la vida.

Signos de vida artificial

La vida artificial para gráficos por ordenador ha creado diversas disciplinas de investigación y desarrollo entre las que se encuentran las siguientes:

Plantas artificiales. Para el crecimiento de modelos de plantas de gran complejidad y realismo se han utilizado formalismos inspirados en procesos de desarrollo biológico. De esta manera, se han llegado a modelar patrones realistas de ramificaciones de plantas y florecimientos así como la interacción entre una planta en crecimiento y su entorno (luz, nutrientes y obstáculos físicos).

Evolución artificial. Mediante esta técnica se consiguen crear entidades virtuales complejas sin necesidad de un proceso de diseño y construcción detallado. La evolución artificial desarrolla códigos genéticos complejos (genotipos) que especifican los procedimientos de computación para el crecimiento automático de entidades (fenotipos) útiles en gráficos y animación.

Modelado del comportamiento y animación. En esta disciplina, de gran aplicación últimamente en el mundo del cine, se pueden crear animaciones complejas con un mínimo esfuerzo por parte del animador a través del uso de modelos de comportamiento de los personajes que forman parte de la animación. Estos modelos toman la forma de reglas de conducta que gobiernan la interacción de múltiples agentes autónomos con capacidad de locomoción y percepción dentro de un mundo virtual.

Animales artificiales. Los ingredientes clave de este tipo de aproximación para el modelado de animales en animaciones y realidad virtual son la creación de modelos funcionales de los cuerpos y cerebros de los mismos. El modelo funcional del cuerpo implica la simulación de la física del animal en su mundo, mientras que el modelo del cerebro emula el procesamiento de información que tiene lugar en los centros biológicos del cerebro responsables del control motriz, la percepción, la conducta, el aprendizaje y, en animales superiores, el conocimiento.

Seres humanos artificiales. Investigaciones recientes han determinado la gran importancia de la percepción sensorial en el modelado de seres humanos, equipando a los mismos con sensores visuales, táctiles y auditivos para que sean conscientes de su entorno. Esta consciencia sensorial da soporte a comportamientos humanos como la locomoción dirigida visualmente, la manipulación de objetos o la respuesta a sonidos.

Personajes interactivos sintéticos. La industria del ocio interactivo por ordenador está impulsando la creación de caracteres gráficos que incluyen conceptos clave de la vida artificial. Así, existe un juego por ordenador llamado "Creatures" (Criaturas) que permite a los usuarios la interacción con agentes autónomos cuyo comportamiento está controlado por redes neurológicas y bioquímicas definidas genéticamente (http://www.creatures.co.uk).

Agentes autónomos vivos

En la Universidad de Toronto se ha desarrollado un modelo especialmente sofisticado de vida artificial para la animación por ordenador. Se trata de un pez artificial, completamente autónomo, con un cuerpo deformable impulsado por músculos internos. El cuerpo incluye los ojos y un cerebro que contiene centros motrices, perceptivos, de conducta y de aprendizaje. De esta manera el modelo funcional de pez artificial contiene no sólo su forma en 3D y su apariencia sino que también contiene los principios físicos básicos del animal (biomecánica) y de su entorno (hidrodinámica) así como las funciones de su cerebro.

Los peces artificiales son conscientes de su mundo a través de la percepción sensorial por lo que para conseguir un comportamiento natural en sus movimientos es necesario modelar no sólo la capacidad de los sistemas de percepción del animal sino también sus limitaciones. Por ejemplo, el pez artificial sólo atiende a información sensorial sobre fuentes de comida cercanas cuando se dispone a buscarla.

El centro de conducta del cerebro de un pez artificial actúa de mediador entre su sistema perceptivo y el motriz. Existen una serie de características innatas que determinan la herencia genética estática de un pez, tales como si es macho o hembra o si es depredador o presa. Un estado mental dinámico incluye variables que representan hambre, miedo o la libido y cuyos valores dependen de la recepción sensorial. El repertorio de comportamientos de un pez artificial incluye rutinas de conducta tan primitivas y reflejas como el evitar obstáculos, o más sofisticadas como el apareamiento y el formar parte de un banco de peces.

Aunque de manera muy rudimentaria, comparados con los de animales reales, los cerebros de los peces artificiales también pueden aprender. Por ejemplo, un pez artificial puede aprender movimientos locomotores a través de la práctica y la información sensorial que recibe. Así, se recuerdan las contracciones musculares coordinadas que producen movimientos de avance y los éxitos parciales forman la base que permite mejorar su técnica de nado. Un acuario virtual a gran escala fue implantado en SMART Toronto en Febrero de 1998 (http://www.sto.org) en la que los usuarios pueden pilotar un submarino virtual que permite recorrer este mundo sintético bajo el mar y observar a través de una gran ventana panorámica la variedad de animales marinos artificiales que lo habitan.

Conclusiones

La vida artificial está tomando cada vez mayor importancia en el campo de los gráficos por ordenador, incluyendo la síntesis de imágenes, el modelado, la animación, los juegos interactivos, la multimedia, y la realidad virtual.

Las técnicas desarrolladas emulan fenómenos fundamentales para los organismos biológicos, tales como el nacimiento, el crecimiento y la muerte, el control motriz y el biomecánico, la consciencia, el comportamiento, la inteligencia e incluso la evolución.

El apasionante reto para los investigadores gráficos es ahora el de desarrollar y desplegar modelos gráficos cada vez más sofisticados que puedan simular los propios mecanismos de la naturaleza.

DEMETRI TERZOPOULOS (dt@cs.toronto.edu) es un profesor de Computer Science y de Ingeniería Eléctrica de la Universidad de Toronto, en donde dirige el Grupo de Visualización y Modelado (http://www.cs.toronto.edu/~dt). Este artículo es un resumen del publicado en la revista Communications of the ACM, Agosto de 1999, con el título original "Artificial Life for Computer Graphics".

• Opina sobre este tema en Un Foro Para TI.
• Escribe a la redacción con tus comentarios sobre este artículo.

Puedes examinar artículos aparecidos en números anteriores:

• Una panorámica de las Tecnologías de la Persuasión
• El impacto de las nuevas Tecnologías en el Turismo
• ICANN y la regulación de Internet
• Calidad de Servicio en Internet: Una Panorámica Amplia
• El Problema de la Privacidad en la Sociedad Digital
• Freeware, Open-source y Nuevas Tendencias en la Industria del Software
• Sobre la necesidad histórica de una síntesis en la ingeniería del software
• ¿Internet o no Internet?: Internet segura

© 1999 Tecnova.