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Sets virtuales

La tecnología de estudios virtuales está empezando a ofrecer productos maduros, realmente funcionales y que pueden enfrentar los rigores del trabajo cotidiano.

En los mercados más competitivos, la industria de la televisión se convierte en furiosa consumidora de tecnología. A pesar de las crisis, la presión del mercado publicitario y la necesidad de originar programación exitosa convierten a los productores de televisión en compradores compulsivos de equipos novedosos. Mientras los grandes realizadores continúan su furiosa carrera tecnológica y siguen rotando equipos en ciclos de dos o tres años, quienes se mueven en mercados más pequeños se ven obligados a planificar sus inversiones de forma diferente. Cuando el negocio mueve menos dinero la relación costo-beneficio se hace más importante y algunas veces el factor decisivo es el costo, aunque la tecnología tenga algunos años a cuestas. En los mercados pequeños la adquisición de equipos se hace en función de la durabilidad y la eficiencia. Esta tendencia pragmática lleva a algunos productores a descalificar de forma casi automática los lanzamientos más recientes, las aplicaciones novedosas de la tecnología de punta. Antes de adoptar las novedades se espera que otros las prueben. Y que los precios bajen, eventualmente.

Técnica y competencia

En algunos casos, sin embargo, esta tendencia conservadora se vuelve en contra del inversionista prudente. Por ejemplo, cuando los competidores adquieren oportunamente algún producto visionario que hace sus operaciones más productivas, y empieza a alterarse el precario balance del mercado. Quizás éste es el caso de los últimos desarrollos en el campo del video digital, que prometen resultados espectaculares con inversiones que hace algunos años parecerían ridículas.

Uno de los avances recientes en esta línea es la tecnología de estudios virtuales. Este es precisamente el tipo de producto que despierta desconfianza, especialmente por su relativa complejidad y alto costo. Aun para los grandes productores el montaje de una instalación de sets virtuales supone una inversión monumental y su operación parece ser tan distante de los sistemas tradicionales de producción que tiende a intimidar a los productores con experiencia.

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Pero el tema de los estudios virtuales merece una revisión detallada. Los costos de las operaciones de estudio son muy altos. El mantenimiento de estructuras, decorados e iluminación es tan oneroso como para justificar el desarrollo de sistemas de trabajo alternativos. En muchos casos se prefiere someterse a los inconvenientes de la producción en exteriores para evitar los complicados procesos de montaje y desmontaje de sets. A veces es necesario destinar un estudio a una sola aplicación porque resulta imposible cambiar los decorados en un tiempo corto, o almacenarlos mientras se usa el estudio para un trabajo diferente.

Una instalación de sets virtuales hace más productiva el área de estudio, reduciendo al mínimo el downtime por cambio de proyectos. La producción de un programa noticioso para prime time puede resolverse en un área física de 80 ó 90 metros cuadrados, conservando el look del decorado que requeriría 300 ó 400 metros cuadrados... si existiera en realidad. Algunos minutos más tarde el mismo estudio del noticiero puede estar originando un magazine de gran riqueza visual. Y un par de horas más tarde podría transmitirse un programa infantil con escenografía interactiva.

Cada proyecto puede tener un ambiente propio, limitado sólo por la imaginación de los creativos. Las posibilidades visuales son realmente revolucionarias. Y es muy posible que un plazo más o menos largo se obtenga en un balance económico favorable.

El estudio virtual

Pero, ¿qué es un estudio virtual? En principio es una variación de la familiar tecnología de blue screen. La composición de imágenes mediante procedimientos de chroma key es un recurso de uso cotidiano en muchas operaciones de producción.

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Sin embargo, la composición de imágenes realistas es un proceso tan complicado que en la mayoría de los casos se limita a los proyectos de alto presupuesto. En ocasiones es imposible coordinar correctamente todos los elementos para lograr una composición perfecta. Y cuando esto se logra las imágenes se limitan a tomas estáticas, pues cualquier movimiento puede hacer necesarios demorados ajustes del encuadre de la cámara para mantener la ilusión de realidad.

Los estudios virtuales utilizan la tecnología de composición de imágenes para ubicar al talento dentro de un ambiente artificial, que puede ser creado a partir de imágenes reales o de gráficos generados por un computador. Una unidad de control computarizada se encarga de mantener ajustada la perspectiva de las imágenes haciendo posible que los actores se desplacen dentro del set y conservando constantemente una composición realista. En los sistemas más sofisticados es posible hacer que el talento interactúe con elementos virtuales. También es posible hacer instalaciones multicámara, en las que se logrará una composición correctamente ajustada para todos los ángulos de cámara posibles.

¿Y cómo se logra esta aparente maravilla? A continuación revisaremos las soluciones ofrecidas por los principales fabricantes de sistemas de estudios virtuales. Todas coinciden en los puntos básicos, y tienen requerimientos similares. Se necesita un estudio adecuado para trabajos de chroma key, con el equipo de iluminación apropiado y todas las superficies visibles pintadas de un color uniforme. Además este estudio debe tener espacio suficiente para acomodar los desplazamientos que los actores deben hacer realmente.

Algunas veces los sistemas pueden integrarse a los equipos análogos existentes. Mientras algunos usan procedimientos corrientes de chroma key otros utilizan alguna variante del proceso ULTIMATTE. La mayoría requiere una inversión significativa en estaciones de gráficos y otros equipos de cómputo, y casi todos utilizan soportes de cámara robóticos. Pero a pesar de sus similitudes existen diferencias básicas que pueden determinar cuál es el sistema más adecuado para una aplicación específica.

Cámaras sincronizadas

La primera solución es de una ingenuidad asombrosa, y precisamente por eso la mejor forma de presentarla es mediante un ejemplo. Supongamos que se quiere presentar en directo un gran evento deportivo utilizando un set con ventanas hacia el escenario. El efecto que se quiere lograr es que el comentarista presente la acción que se ve a través de una de las ventanas del set. El problema es que el set necesita un área de 60 metros cuadrados, y la cabina de transmisión del estadio es un cubículo de 4 metros cuadrados. Sin embargo, la cabina de transmisión tiene un punto de vista realmente privilegiado. La solución obvia sería instalar un estudio provisional, con sus ventanas, alrededor de la cabina de transmisión. Esto presentaría problemas por las diferencias de luz entre el interior y el exterior del estudio, que producirían una imagen desagradable.

Además esta instalación tiene un costo prohibitivo. ¿Cómo puede solucionarse el problema?

Supongamos que se instala una cámara en la cabina de transmisión y se transmite su señal por un enlace de microondas al estudio de la estación. En el estudio se puede componer una imagen aceptable simulando la ventana mediante una combinación de chroma key y efectos digitales. Cada cámara está correctamente balanceada y se logra una imagen homogénea. El problema es que no se pueden hacer tomas con movimientos, pues sería imposible coordinar el movimiento de la cámara del estudio y la cámara remota para mantener la perspectiva correcta.

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Si se utilizan cabezas de cámara robóticas es posible solucionar este problema con relativa facilidad. La cámara del estudio se instala en un hot head y se opera mediante una unidad de control remoto. Esta cámara se conecta mediante un enlace digital (que bien puede ser una conexión por modem) a la cámara del estadio, de tal forma que esta última reproduzca todos los movimientos que se hacen en el estudio.

Para lograr una imagen bien ajustada será necesario sincronizar perfectamente los movimientos en todos los ejes y también los ajustes del lente. Evidentemente el setup inicial requerirá muchos ensayos para lograr una imagen compuesta con la perspectiva y la profundidad de campo correctas, y la instalación será más fácil de ajustar si las cámaras son totalmente idénticas. Si se quisiera hacer una instalación multicámara sería necesario montar varias líneas de control de cámara en paralelo, y posiblemente usar varios enlaces de microondas simultáneamente.

El resultado final es una imagen compuesta que sólo se habría podido lograr mediante una instalación muy complicada y de utilidad limitada. Esta solución puede aplicarse a todos los casos en que sea necesario combinar imágenes "vivas" originadas en sitios diferentes. También puede tener aplicación en trabajo de efectos especiales. Si se registran los movimientos y ajustes que usó una cámara para lograr una toma determinada es posible combinarla a posteriori con una cámara viva manteniendo la perspectiva correcta.

Una solución 2D

Para que la ilusión del set virtual funcione, todos los movimientos de cámara deben afectar tanto a los actores como a la imagen de fondo. En la práctica muchos de estos movimientos son pannings, tilts y ajustes de zoom que no afectan la percepción de la perspectiva de la imagen del fondo. Estos son los casos en que el talento aparece adelante del set, y los movimientos son básicamente desplazamientos y ajustes paralelos al plano de la acción.

En dichas ocasiones puede usarse una unidad de efectos digitales para manipular el background y mantener ajustada la imagen compuesta. El ideal es que sea una unidad DVE de alta calidad, que no deteriore mucho la imagen al agrandarla en correspondencia con los ajustes de zoom. Para que funcione este sistema es necesario instalar la cámara en una cabeza robótica que codifique la información sobre ajustes de la cámara y el lente y se la transmita al DVE.

De esta forma la unidad de efectos "sigue" los movimientos de la cámara en tiempo real, acomodando el background para lograr una composición correcta. Incluso es posible que la unidad de efectos manipule el "foco" de la imagen de fondo para lograr el efecto correspondiente a las variaciones de la profundidad de campo. La imagen de fondo puede ser originada de muchas formas. Puede ser un gráfico 3D, imágenes "vivas" o fotografías.

Como las posibilidades de manipulación de la imagen de fondo son limitadas, la realización de las tomas requiere una planificación muy cuidadosa. Cuando se trate de utilizar como fondo imágenes 3D generadas por computador es necesario hacer un setup muy riguroso para poner la cámara en la posición correcta. Sin embargo, una vez establecida la posición inicial que entrega la perspectiva correcta resulta relativamente sencillo mantenerla mediante movimientos programados.

En algunos casos se puede lograr el efecto de interacción con objetos si se compone la imagen con varias capas. Por ejemplo, si se quiere que el personaje pase detrás de un mueble, la imagen del mueble puede sobreimponerse a la imagen compuesta manteniendo la perspectiva correcta. Esto implica usar un canal adicional de DVE que también esté sincronizado con la cámara. De la misma forma pueden utilizarse canales adicionales de efectos para insertar video "vivo" logrando efectos tipo video wall. En algunos casos pueden utilizarse máscaras para lograrlo, pero generalmente los resultados quitan realismo al producto final.

Para implementar aplicaciones multicámara con este tipo de soluciones se necesitan varios sistemas en paralelo. Sin embargo, es probable que en un futuro próximo sea posible utilizar una sola unidad de efectos para manipular el background de varias cámaras en producciones que utilicen solamente cortes.

Sets sintéticos

En los sistemas que revisamos anteriormente se logra la ilusión de la imagen real mediante un cuidadoso trabajo de alineación y sincronización entre los elementos que componen la toma. Sin embargo estos sistemas ofrecen pocas posibilidades porque en cada setup solamente puede utilizarse un repertorio limitado de posiciones de cámara. Una alternativa viable es la utilización de sets virtuales creados en computadores de gráficos como modelos tridimensionales. Con base en un sistema de coordenadas es posible visualizar el set tal como se vería desde cualquier posición y con cualquier ajuste de cámara. Gracias a las herramientas de software para gráficos es posible aplicar texturas y luces para lograr gráficos de calidad fotográfica, con apariencia real.

Esta tecnología se ha desarrollado con base en la enorme capacidad de cómputo de las estaciones de trabajo de SILICON GRAPHICS, especialmente los supercomputadores Onyx RealityEngine. Estos equipos permiten hacer rendering de imágenes de apreciable complejidad en tiempo real, lo que hace posible generar de forma continua las imágenes de background correspondientes a cualquier posición de cámara, sin límites. Como se está generando un ambiente virtual el set puede contener cualquier elemento que el diseñador pueda imaginar y modelar. Es posible incorporar imágenes reales, cambios súbitos de ambiente, efectos de vuelo o posiciones físicamente imposibles.

Como en los otros sistemas, para coordinar los movimientos de la cámara con las imágenes del set es necesario transmitir al computador de gráficos toda la información sobre los ajustes del lente, del foco y el zoom y los movimientos de la cabeza de cámara. Además es necesario ubicar con precisión la posición de la cámara en el piso del estudio, así como su orientación. Para lograr obtener esta información se utiliza un sistema de tracking basado en reconocimiento de patrones impresos. La cámara está dotada de unos sensores ópticos que establecen su posición "rastreando" una serie de indicadores que se instalan en las paredes del estudio.

Una unidad de control toma la información posicional de la cámara y el lente y alimenta la estación de gráficos para generar las imágenes de background que permitirán lograr una composición perfecta. Con estos sistemas es posible extender el set virtual fuera de los límites reales del estudio, e incluso combinar las imágenes compuestas con vistas del set efectuadas con "cámaras virtuales".

Como los elementos que conforman el set están perfectamente proporcionados es relativamente fácil generar tomas en las que los actores interactúen con estos elementos, y pueden generarse las máscaras necesarias para obtener efectos de profundidad. Para lograr que el talento maneje correctamente el espacio virtual puede ser necesario incorporar al estudio una serie de guías, bloques o dummies que indiquen a los actores la distribución de los espacios y el tamaño de los objetos. En muchos casos resulta más práctico utilizar objetos reales cuando el actor debe interactuar con ellos, pues se evitan las imprecisiones que pueden presentarse cuando el talento debe entenderse con objetos imaginarios.

Existen varias opciones para implementar aplicaciones multicámara con este tipo de estudios virtuales. Algunas de ellas pueden compartir las unidades de control o las estaciones de gráficos, pero si se trata de lograr un sistema completamente funcional es necesario montar un sistema completo para cada línea de cámara.

Otra forma de aprovechar este tipo de gráficos es programar movimientos de cámara y generar los gráficos correspondientes para lograr secuencias correctamente acopladas. Por lo general esta fórmula se usa para programas con movimientos repetitivos, en los que se combina la secuencia de gráficos previamente grabada con los movimientos de cámara realizados "en vivo" según los parámetros establecidos previamente. Esta solución resulta insuficiente para la mayoría de aplicaciones, pues el realizador sólo cuenta con un repertorio limitado de movimientos. Sin embargo puede resultar atractiva para proyectos de bajo presupuesto, pues requiere una inversión relativamente baja en equipos y software.

Una opción intermedia es pregrabar la imagen del frente y registrar la información del tracking de las cámaras para hacer el rendering de los gráficos posteriormente, en equipos de bajo costo que no necesariamente tienen que generar las imágenes en tiempo real. Más adelante se componen las tomas en postproducción obteniendo un resultado similar al de los estudios que operan "en vivo".

Tracking inteligente

Una variante respecto a los sistemas anteriores utiliza un sistema de tracking basado en software que permite ubicar perfectamente las cámaras, su posición, orientación y ajustes sin necesidad de usar cabezas robóticas ni sistemas de reconocimiento óptico.

Para lograr obtener la información sobre las cámaras se agrega a las paredes del estudio un patrón de líneas rectas que se entrecruzan a intervalos irregulares. Un computador analiza las distorsiones de estas líneas en la imagen que entrega la cámara y "deduce" todos los datos pertinentes y con estos datos se alimenta la estación de gráficos para obtener las imágenes de background. Además es posible marcar los dummies que se instalen en el set real para identificar el nivel de profundidad de los objetos que corresponden a cada uno de ellos y poder aplicar máscaras de forma automática, sin intervención de un operador humano. Como las cámaras no tienen que utilizar cabezas robóticas pueden ser operadas por camarógrafos, conservando parcialmente las ventajas de los sistemas de trabajo convencionales mientras se aprovechan las ventajas de los sets virtuales. Por otra parte, al no tener las restricciones que imponen los sensores ópticos de otros sistemas es posible hacer tomas "a hombro" que conservan una perspectiva perfecta. El sistema de tracking inteligente permite instalar sistemas multicámara con una sola estación de gráficos, incluso con posibilidad de hacer disolvencias.

Algunos inconvenientes...

A pesar de las evidentes ventajas de los estudios virtuales sobre los sistemas tradicionales hay que tomar en cuenta varios inconvenientes inherentes a cada una de las soluciones que hemos examinado.

Por una parte, la mayoría de los sets virtuales están basados en instalaciones muy complejas que requieren un proceso permanente de mantenimiento y fine tuning para conservar sus prestaciones originales. Hay que considerar que al aumentar la complejidad del aparato técnico también aumenta la posibilidad de fallas. Y el temor de no encontrar personal capacitado para la operación de los equipos está plenamente justificado.

En algunos casos la naturaleza de los sistemas de tracking o la necesidad de conservar la orientación de las cámaras hace imposible el uso manual de las mismas. Algunos realizadores sienten que el uso exclusivo de cabezas robóticas le da a sus productos un aspecto acartonado. Por otra parte, puede resultar difícil darle un tratamiento convencional a un set que sólo existe en los monitores.

Consideremos el problema de los actores. Un ejemplo típico sería el caso del personaje que debe colocar un objeto en una superficie plana. El personaje debe moverse con fluidez en un espacio virtual que no conoce en realidad. No siempre será posible referirse a un monitor para encontrar alguna clave. En vez de ver la mesa en que debe depositar algo, el actor ve un dummy, un bloque de madera terciada pintado del mismo color de las paredes y el piso. Seguramente el estudio de este tipo de situaciones va a desarrollar una nueva escuela de técnica actoral, pero mientras esto ocurre será necesario trabajar con un elenco desorientado.

Un problema técnico importante es la sincronía del audio. En todos los sistemas de procesamiento digital de video se presentan retrasos que pueden llegar hasta a 5 o 6 cuadros, casi un cuarto de segundo. Esto puede resultar crítico para aplicaciones "en vivo" o cuando se requiera algún tipo de talkback.

En muchos casos el diseño de los sets sintéticos cae en el lugar común, en los modos característicos de los gráficos de computador. Esto hace que los programas tengan un look tipo ciencia-ficción que muchas veces puede resultar inadecuado para un producto en particular. Hay que recordar que el diseño de los sets es trabajo de arquitectos, y no necesariamente es más sencillo por tratarse de modelos computarizados. A veces se renuncia a los elementos que pueden dar un aspecto real a los sets para poder mejorar la velocidad de rendering o por otros motivos. Es necesario establecer economías en todos los frentes, pero hay que darle al aspecto de los sets la importancia que se merece.

A modo de conclusión podemos afirmar que la tecnología de estudios virtuales está empezando a ofrecer productos maduros, realmente funcionales y que pueden enfrentar los rigores del trabajo cotidiano. Es previsible que en un plazo medio aparezcan sistemas de costo intermedio que permitan plantear inversiones más fáciles de manejar. De cualquier manera hay que entenderlos como productos reales con un importante potencial para mejorar la productividad de los sistemas actuales de realización de programas de televisión.

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