Una vez llegados al último tema del guión establecido, cabe decir que en este caso se trata de un tema relativamente colateral y un tanto ajeno a lo que en sí, es el dibujo asistido por ordenador, en el ámbito de la arquitectura.

En todo caso se trata de un tema que puede resultar bastante útil. Básicamente consiste en relacionar objetos dentro de un dibujo de AutoCAD, con “registros” de una “Base de Datos Relacional”  (DGBR), completamente externa al propio AutoCAD, de tal forma que los datos pueden consultarse y modificarse desde el propio dibujo, y al mismo tiempo se pueden insertar en el dibujo “rótulos” de texto sincronizado con los datos del DGBR de forma que si son modificados allí, quede reflejado en el propio dibujo, y además permite la selección y localización dentro de este, de aquellos objetos que responden a criterios de consultas estructuradas “SQL” o de otro tipo, desde la base de datos.

Este tema relaciona dos campos muy diferentes, ambos con gran protagonismo en la informática  actual, pero que han seguido rumbos conceptualmente diferentes, ya que en el caso del CAD lo que se maneja es una concreción geométrica de objetos reales, y en el mundo de los DGBR (o Bases de Datos Relacionales), se manejan estructuras abstractas de datos, con relaciones de vinculación y jerarquía, con total independencia del contenido concreto de los propios datos.

En el mundo de la informática, el manejo abstracto de “datos” (de cualquier tipo), está muy vinculado a los primeros ordenadores, y desde luego su desarrollo es anterior a los primeros intentos de abordar el C.A.D. o diseño gráfico.  De hecho los primeros sistemas operativos en grandes ordenadores, tenían mucho que ver con la gestión y manejo de grandes bases de datos, aunque luego hayan ido evolucionando y a partir de los años 80s, prácticamente el manejo de las grandes bases de datos se haya estandarizado alrededor de las especificaciones SQL.

El manejo de los datos en un DGBR, se organiza a través de un conjunto de “tablas” que se pueden “relacionar entre sí para formar otras más amplias, o bien subconjuntos de aquellas que responden a ciertas condiciones o restricciones. En cualquier caso los “datos” se organizan siempre en forma de una “tabla” organizada en “registros” que son las filas horizontales, y “campos” que son las columnas verticales.

Cada registro se compone siempre del mismo número de campos, y dentro de estos se almacenan los datos de forma que cada uno pueda responder a diferentes tipologías: textos, números, fechas, .. etc. Cada registro constituye a su vez una unidad a modo de ficha, mediante la vinculación propia de los datos contenidos en sus campos, con independencia de que algunos puedan estar vacíos. (Nombre, apellidos, edad, profesión .. etc.). El conjunto de registros puede ser ampliado indefinidamente sin mas restricciones que la disponibilidad de memoria y recursos del ordenador, y esto constituye la “tabla” que se convierte en el objeto básico de los DGBR.

Normalmente las Base de Datos están constituidas por un conjunto más o menos amplio de “tablas” que se relacionan entre sí, y se pueden combinar para formar otras mayores, o bien al aplicar algunas condiciones  y/o restricciones, pueden formar subconjuntos con los  datos resultantes, pero que siempre se manejan y presentan mediante una nueva estructura en forma de “tabla”.

Bases de datos externas, conexión y enlace de objetos

Dado que a partir de cierto tamaño, los datos que puede manejar una empresa o corporación, se gestionan y mantiene en departamentos o servicios especializados fuera del ámbito técnico, y completamente desligados de los trabajos habituales de CAD, puede resultar conveniente en ciertos casos la posibilidad de compartir ciertos datos entre un archivo de dibujo, y alguna base de datos exterior.

A modo de ejemplo la instalación del AutoCAD incluye un archivo de ejemplo: “db_sample.dwg”, que consiste en el dibujo de una  “oficina” en planta, donde figura no solo la distribución de espacios, sino que contiene también una representación de los muebles, y algunos equipos como ordenadores o teléfonos, además de los “rótulos” que identifican los diferentes despachos, puestos de trabajo o zonas,  así como el nombre de los empleados que los ocupan.

La utilidad de un dibujo como ese, podría ser la de facilitar el mantenimiento o la administración de la “oficina” mediante una visión rápida e inmediata de los espacios disponibles y ocupados, por quien lo están, el tipo de ordenadores, equipos o muebles que hay en cada despacho etc. Obviamente en una organización medianamente amplia, los datos correspondientes al inventario o al personal que trabaja en la oficina se gestionan y deciden en sus propios departamentos o servicios, por lo que mantener perfectamente sincronizado el “dibujo” con esos datos y características podría ser una tarea relativamente compleja.

En ese punto es donde aparece la “utilidad” del tema, ya que con toda probabilidad los propios servicios de la entidad, mantienen la información actualizada en sus propias bases de datos, y el manejo de estas responderá con toda seguridad a alguna especificación “SQL”, ya sea a través de Oracle / DB2 / SQLserver  o bien un simple “ACCESS” de Microsoft. integrado en el paquete “Office”.

Lógicamente el dibujo anterior solo es una muestra de ejemplo y el sistema puede permitir por ejemplo el acceso a través de un plano parcelario, a datos de identidad de sus titulares, o cualquier otro tipo de características o información que se “mantiene” y gestiona de forma externa en bases de datos específicas.

Acceso y edición de datos desde AutoCAD

Para poder acceder a los datos desde AutoCAD, en primer lugar es preciso definir un “acceso” específico desde el Sistema Operativo, (en este caso se esta considerando W7) que se realiza a través del sistema “ODBC” (Open Data Base Connect). Esto se hace fuera del programa, abriendo el Panel de Control del S.O. y eligiendo dentro de este, las  “Herramientas de Administración” y aquí la “Fuente de datos ODBC”. Esta opción despliega un cuadro de diálogo donde se puede “Añadir” una nueva conexión, concretando un nuevo nombre, y con ayuda de los cuadros y paneles correspondientes, se localiza el archivo o la carpeta que contiene la base de datos en el propio ordenador o a través de la red. La conexión debe estar basada a su vez en el “driver” adecuado para ese tipo de “base de datos”.

Un vez que iniciamos el nuevo archivo de dibujo dentro de AutoCAD, tenemos que establecer la “conexión” con la base de datos externa, y eso se hace mediante la orden «CONEXIONBD(_DBCONNECT)”. Esta orden despliega una paleta que contiene además de algunas herramientas en la barra superior un diagrama en árbol con las conexiones existentes de datos y los archivos de dibujo abiertos en la sesión.

Si aún no hemos definido la nueva conexión, esto se puede hacer seleccionando el nodo “Fuentes de datos”, y al pulsar el botón derecho del ratón se abre un cuadro que permite asignar un nuevo nombre, y a continuación acceder a su configuración mediante un cuadro con varias solapas, donde seleccionamos el “proveedor”, que depende del tipo de base de datos, la “conexión”, que estará en una lista desplegable como: “el nombre que hemos definido en el Sistema Operativo a través del ODBC”. Podremos comprobar la efectividad de la conexión, y en la solapa “Avanzada”, elegir si queremos hacer la conexión como “solo lectura”, o bien como “lectura/escritura”. Esto puede depender también de los administradores del sistema de la base de datos y las restricciones que puedan existir. Normalmente se puede incluir un sistema de nombres y contraseñas para asegurar los accesos.

Una vez establecida la conexión, con una doble pulsación en el nodo de esta, se despliegan en el cuadro de dialogo todas las “tablas” que contiene la base de datos, además de otros elementos que se vayan configurando como “vínculos”, “consultas” o “rótulos”

Cuando realizamos una doble pulsación en el nodo de una de las tablas, esta se despliega en pantalla como una “hoja de datos” y podemos recorrerla con las barras de navegación. Si el acceso es de “solo lectura” el fondo se presenta gris, y si está habilitada la escritura el fondo es blanco. En este caso podemos insertar el cursor en cualquier campo y cambiar su contenido, que automáticamente quedará modificado en la propia base de datos.

Además de la hoja de datos, la cabecera del cuadro dispone a su vez de algunos botones de herramientas y listas desplegables, que facilitan el manejo general.

Interacción entre datos externos y archivos de AutoCAD

La relación entre los datos externos y los objetos dentro de un archivo de dibujo se realiza a través de un sistema de “vínculos”. El “Vínculo” es una conexión virtual que se realiza dentro del archivo de dibujo, y por tanto se guarda y almacena con este, entre un bloque o cualquier otro objeto del dibujo, y uno o varios “registros” en la tabla de datos, de tal forma que cuando posteriormente se seleccionen los datos en la tabla, se identifican los objetos “vinculados” en el dibujo o viceversa, cuado se selecciona un determinado conjunto de objetos en el dibujo se destacan estos en la hoja de datos.

La definición de los vínculos obviamente se va realizando entre objetos y registros uno a uno, pero una vez establecidos todos, podemos acceder a las selecciones desde el dibujo a los datos o desde los datos al dibujo. Además de los vínculos existen otro par de mecanismos, que son los “rótulos” y las “consultas”.

El “Rótulo” es un objeto de texto, que se inserta en el dibujo de AutoCAD, pero cuyo contenido es el dato de la base de datos externa, de tal forma que cuado este se modifica en la base, de forma externa al archivo de AutoCAD, al volver a abrir el archivo de dibujo, el texto del rótulo se encuentra actualizado con el nuevo valor.

La “Consulta”, es una herramienta propia de los sistemas de bases de datos y sirven para establecer criterios de selección sobre estos, que permiten reducir o presentar solo una parte del conjunto completo de datos. Hay que tener en cuenta que el manejo de una base de datos, puede contener varios miles de registros por lo que estos mecanismos son fundamentales y habituales en la gestión de las bases de datos.

En la operación normal del programa, tanto los vínculos como los rótulos se definen previamente a través de “plantillas” que son las que contienen la configuración, y los “campos” o datos que intervienen en cada caso. Entre las herramientas que se encuentran tanto en la hoja de datos como en el cuadro general, se encuentran herramientas para definir primero las plantillas mediante los cuadros de dialogo oportunos, y luego cada uno de los registros seleccionando la plantilla oportuna en la lista desplegable.

En el caso de las consultas, estas se realizan a través de un cuadro de dialogo con varias solapas que van incorporando un nivel mayor complejidad. Una vez configuradas, también pueden ser almacenadas en una lista propia de nombres que se puede recuperar y ejecutar en ocasiones posteriores.

Asignación de Materiales

La asignación de materiales a las superficies de un modelo en 3D, tiene a su vez dos niveles relativos. El primero de ellos que podemos considerar como el de “material simple” supone asignar el material, elegido desde el repertorio de una librería, o bien definido expresamente mediante sus propiedades, en cuyo caso además de ser aplicado sobre algún objeto de la escena, puede guardarse en la librería para ser empleado en otra ocasión.

El tipo de material simple, supone que tiene un aspecto uniforma y continuo y sus propiedades dependen del “color”, que a su vez está subdividido en tres niveles, “Difuso” “Ambiente” y “Especular”, de forma que cada uno de ellos sería el color que se aplica en las distintas fracciones de luz que configuran el color propio del objeto, o contribuyen al color de la luz ambiente, o configuran los brillos reflejados por este. Además del color de los objetos, también se configuran otras propiedades como son el “brillo”, la “opacidad” o transparencia, la “reflexión”, la “refracción” o la capacidad para mostrarse translúcido, autoiluminado, etc.

El segundo tipo de materiales, que resulta aún más complejo, supone que además de las propiedades anteriores, se puedan aplicar sobre él, ciertas imágenes o dibujos propios que se extienden a lo largo de toda la superficie del material, como podría ser por ejemplo el caso del “ladrillo”, las vetas de la “madera”, o simplemente la “etiqueta” o el “rótulo” en un determinado envase.

Mapeado de Superficies

En este segundo tipo de casos, además de las propiedades anteriores, es preciso asignar sobre el material cierto tipo de archivos o patrones, que contienen la definición de esos dibujos básicos o elementales, pero a su vez, también hay que definir una geometría local, para configurar la forma y tamaño relativo con la que es preciso repetir estos dibujos elementales, sobre la superficie del objeto final y sobre todo la forma de proyectar la “imagen” en la superficie correspondiente. Este último procedimiento es lo que se conoce como “MAPEADO” de los materiales. En el caso del ladrillo, este mapeado sería el que nos define y regula el tamaño relativo de los ladrillos con respecto a la fachada completa o modelo general, ya que obviamente tiene que estar en consonancia si se pretende obtener un resultado razonable.

Como puede intuirse tanto de las características de iluminación como de los conceptos avanzados sobre la aplicación de materiales, se comprende que la parte del modelado en 3D, es una tarea, que puede llegar a ser tremendamente compleja y laboriosa, por lo que queda a criterio de cada usuario el nivel hasta el que debe profundizar en el tema.

Una estimación razonable, podría ser la de conocer con relativa claridad las bases de la iluminación y la aplicación de materiales, con la posibilidad de abordar o resolver trabajos sencillos o bien con niveles de desarrollo esquemático, para descargar los modelos más complejos y elaborados como una ejecución por especialistas en esta materia.

Librerías y Editor.

La instalación del AutoCAD incluye una librería de materiales que abarca varias solapas de las “Paletas de Herramientas”. Los materiales de esta librería se pueden trasladar de forma dinámica al “Editor de Materiales”, que se despliega con la orden “MATERIALES(_MATERIALS)”, que es en el que se puede seleccionar, asignar, modificar materiales existentes o configurar y crear nuevos materiales.

El acceso al editor, se puede realizar desde la opción “Render” en el menú “Ver” o bien desde el espacio de trabajo 3D en la solapa “Render”. El editor de materiales dispone de un visor en la parte superior donde se presentan una serie de muestras, de los que uno se encuentra activo y es sobre el que se van ajustando los parámetros y modificaciones.

Justo debajo del visor se encuentran algunas herramientas que sirven para regular las características de las muestras, borrar y crear materiales, o bien asignarlos a los objetos y superficies del modelo.

A continuación en el bloque inferior existen varias solapas o apartados que se despliegan a voluntad, dando acceso a los diferentes tipos de controles, cuya presencia depende también del tipo elegido de material, o de si este es simple o complejo. Desde aquí se accede en su caso a los archivos auxiliares que contienen las definiciones de texturas y mapas que se aplican en los materiales complejos, identificándose en el visor tanto el material complejo como sus componentes por separado.

Dentro de las solapas del editor se define el tamaño relativo o la repetición sucesiva de los patrones superpuestos en el caso de los materiales compuestos, aunque tomando como referencia el tamaño de la muestra que luego se aplica en el modelo con un tamaño unitario del icono o glifo con el que se tiene que definir el “mapeado” del material. El uso del editor resulta complejo por lo que necesita una dedicación y practica considerables si se quiere manejar con cierta soltura.

La definición del “mapeado” sobre los objetos y superficies del modelo 3D, constituye la configuración del modo en que se “proyectan”, cada una de las imágenes que definen el material sobre la superficie de los objetos.

Con el fin de aclarar esa idea podemos pensar en lo que sucede si tratamos de proyectar una imagen plana, que corresponde al aparejo de una pared de ladrillo, contenida en una imagen en la que todas las piezas son iguales y del mismo tamaño, sobre la superficie de un muro curvo. Evidentemente, en las partes del muro que este se aproxima a la superficie de referencia, los ladrillos de la imagen proyectada, se parecen bastante a la forma real, pero en las partes que la curvatura del muro lo separa del plano de proyección, cada uno de los ladrillos se va distorsionando progresivamente aumentando la longitud relativa en la dirección de la curvatura.

Aplicación del Mapeado

Con el fin de corregir ese problema, el programa dispone de diferentes modos de “mapeado” que en última instancia no son mas que otras tantas formas geométricas de establecer la proyección entre los archivos que contienen la “imagen” de cada material, y las superficies de los objetos, con el fin de evitar o paliar en la medida de lo posible, ese tipo de distorsiones.

Los tipos de “mapa” contemplados por el programa son cuatro: “Plano”, “Caja” “Cilindro” y “Esfera”. En todos los casos el mapeado se define seleccionando en primer lugar el tipo de mapa, y a continuación el objeto del dibujo sobre el que se quiere aplicar. A continuación el programa presenta un “icono” o “gizmo” que mediante unas marcas activas se puede modificar de tamaño, desplazar o girar hasta que consigamos el ajuste óptimo con el modelo que queremos mapear. El tamaño del “gizmo” es la referencia unitaria sobre el que se van a repetir la imagen del mapeado, el número de veces que tengamos especificadas en el editor de materiales.

Hay que destacar que las técnicas de mapeado nos sirven lo mismo para representar un muro de ladrillo visto o un suelo de baldosas que se repite sucesivamente, como cuadro en una pared interior, ya que en este caso podemos asignar como material la imagen plana del cuadro contenida en un archivo de tipo “raster” apropiado, y asignarlo sobre un área rectangular en la superficie de la pared mediante el ajuste oportuno del “gizmo” de mapeado plano.

El mapeado “Plano”, es que se aplica normalmente sobre superficies planas, y sirve tanto para ajustar la orientación de la proyección, como el tamaño relativo y sus repeticiones.

Los mapeados “Cilíndrico” y “Esférico” obviamente constituyen proyecciones de las imágenes del material sobre superficies de una sola curvatura y de doble curvatura.

Ejecución del Render.

Una vez que tenemos establecida la iluminación del modelo y asignados todos los materiales y en su caso los mapeados de los materiales compuestos, solo queda seleccionar el repertorio de puntos de vista o escenas que nos interesa y aplicando la ejecución del “Render”, obtenemos como resultado un repertorio de imágenes virtuales, que se almacenan luego an archivos independientes.

La ejecución del “Render” dispone de un cuadro de dialogo para configurar multitud de parámetros ya que muchas veces, cuando se están realizando pruebas, nos interesa un compromiso entre la rapidez de ejecución y la calidad de acabado.

Otra de las opciones que se puede configurar en el render es la asignación de un entorno determinado, en el que se puede incluir una “fotografía” como fondo, de tal forma que si ajustamos correctamente el punto de vista del modelo con la perspectiva de la fotografía del fondo, se puede obtener el efecto de superposición virtual del edificio proyectado en su entorno real.

Como ya se ha comentado anteriormente, una de las principales razones del modelado 3D en los ordenadores, es la de generar “Presentaciones” con un carácter tan realista y fiel, al proyecto que se quiere ejecutar, como sea posible.

Normalmente la elaboración de presentaciones tiene dos posibles vías, la primera sería la generación de imágenes estáticas con la mejor calidad y resolución posible que posteriormente acompañan o complementan las presentaciones de un proyecto. La segunda vía es la de generar “animaciones” con movimiento, en las que se pueden incluir recorridos de una cámara virtual por el interior o exterior del modelo, o bien procesos de montaje o ensamblaje, de forma que se pueda mostrar el proceso constructivo, o la configuración interna de las partes interiores de un determinado objeto. En este segundo caso se requieren medios más especializados, o instalaciones complementarias como una pantalla para las presentaciones, la convocatoria de público a un acto determinado etc. Esto hace que se dependa también de otras circunstancias ajenas, aunque no obstante la proliferación de animaciones de video en plataformas como “YoTubre” y la disponibilidad casi universal de conexión permanente con “Internet” convierte esta vía en otra opción a considerar.

Normalmente la vía de la animación tiene menos presencia en el mundo técnico de la arquitectura, aunque sin embargo sea la primordial en el mundo de los videojuegos. Dentro del programa AutoCAD, no se contempla la realización de animaciones pero sin embargo existe un programa desarrollado y comercializado por la misma compañía, “3Dstudio”, el cual es de hecho una referencia en la realización de animaciones, y permite con suma facilidad importar y exportar los “modelos” y en general los archivos de trabajo elaborados con “AutoCAD”. No obstante conviene advertir que el mundo de la animación en 3D es lo suficientemente especializado y complejo, como para mantener una separación clara entre ambos tipos de trabajos.

La vía de las “Ilustraciones estáticas” es la que se utiliza con mayor frecuencia en arquitectura y construcción y a su vez se basa en dos partes o pilares fundamentales, que son por un lado el control de la “ILUMINACION”, y por otro lado el control del aspecto de materiales y superficies de los objetos, mediante la aplicación de MAPAS de SUPERFICIE, que permiten asignar diferentes texturas o aspectos a los objetos.

En este caso nos vamos a ocupar exclusivamente de la elaboración de imágenes virtuales de tipo fotográfico, aplicando a los modelos ya elaborados en tres dimensiones, los parámetros o elementos de iluminación oportunos, y “mapas” de superficie.

Una vez ajustada la “iluminación” y las características de “materiales y superficie”, el ordenador realiza una proceso de “calculo numérico” muy exhaustivo, que a veces puede requerir tiempos de varios minutos, por lo que normalmente son tareas para dejar en procesos automáticos y desatendidos, que finalmente generan una o varias “imágenes” virtuales de calidad fotográfica, que se guardan en archivos independientes como cualquier otra fotografía.

Presentaciones RENDER

Se denomina “RENDER” al proceso de cálculo numérico que realiza internamente el programa para obtener una imagen virtual del modelo, en función no solo de la geometría de los objetos en tres dimensiones, sino que se incorporan también a través de un proceso de cálculo numérico, las propiedades físicas de la iluminación que se ha definido, junto con la reflexión y absorción de luz para los distintos tipos de materiales, hasta obtener un resultado final en forma de una imagen fotográfica del modelo iluminado. (“En la imagen adjunta se incluye un ejemplo de imagen virtual que se encuentra en el propio manual del AutoCAD”)

El proceso normal para la realización de imágenes, comprende las siguientes etapas:

1. Elaborar la geometría del modelo en 3D
2. Establecer las condiciones de Iluminación, detallando los diferentes parámetros y/o fuentes de luz para el conjunto de la escena.
3. Asignar los diferentes tipos de materiales con sus propiedades, en cada una de las superficies, y cuando sea necesario, ajustar el “mapeado” o condiciones de geometría local para aplicar texturas o tramas de superficie a cada uno de los objetos del modelo.
4. Finalmente seleccionar un determinado repertorio de “escenas” o puntos de vista diferentes, para ir aplicando en cada uno de ellos, la ejecución del proceso “RENDER”, que va generando mediante el oportuno cálculo, cada una de las “imágenes virtuales” que después guardamos y gestionamos como archivos independientes en formato “*.JPG”, o cualquier otro que resulte oportuno.

Las etapas 2 y 3, en realidad son intercambiables entre sí, y además son procesos concurrentes, ya que pueden ir solapándose a medida que avanzamos en la elaboración del modelo, incluso también con la etapa 4, sobre todo en las fases de aprendizaje, ya que a medida que vamos asignando elementos se van “probando” los resultados que genera cada uno de los elementos, para poder descartar o confirmar las diferentes opciones.

En todo caso cuando la experiencia y el conocimiento de los resultados previsibles son suficientes, el esquema de etapas anterior se hace más nítido y estricto, aunque también con el posible intercambio de las etapas 2 y 3.

Cuando se aborda la elaboración de modelos 3D El programa AutoCAD dispone de una configuración específica de “espacio de trabajo” denominado “3D Modeling”, que tiene una configuración específica de la “cinta de opciones” o “Ribbon” bastante útil y recomendable, ya que agrupa a través de la solapa “Render” la mayoría de las órdenes y elementos que se utilizan, desde los estilos de visualización hasta los cuadros de opciones para configurar la ejecución del “render”, pasando por las luces, los materiales, los mapas de sombreado, o la localización geográfica que establece correctamente las sombras generadas por el sol en una hora determinada.

Iluminación

La ayuda del programa describe los aspectos relativos a la iluminación de los modelos 3D, dentro del manual de usuario, en su último capítulo dedicado a “Modelizado de un dibujo para la presentación”.

En este tema se habla en primer lugar de la “Iluminación por defecto”, que supone la existencia de una iluminación por defecto, que opera aunque no hayamos realizado ninguna otra especificación, de forma que cualquier escena se visualizan con unos niveles suficientes para representar correctamente su volumetría y el aspecto general. Esa iluminación está configurada por dos orígenes distantes, vinculados al punto de vista de forma que las condiciones de brillo y contraste de los objetos se vean correctamente.

La iluminación por defecto debería desactivarse cuando se fijan condiciones particulares de iluminación en la escena. De hecho cuando incorporamos nuevos objetos de iluminación esto se recuerda a través de un mensaje del sistema.

Además de la iluminación por defecto el sistema dispone de la opción, para definir una posición geográfica, junto con parámetros de altitud, posición, orientación y hora del día, de forma que se puede establecer la posición del sol para poder calcular una representación rigurosa de las sombras propias y arrojadas en el caso de edificios vinculados a un emplazamiento concreto.

Con independencia de la iluminación por defecto o la iluminación del “Sol” en una ubicación geográfica, el programa gestiona la iluminación mediante la incorporación y definición objetos de iluminación que se incorporan dentro de la escena mediante un símbolo o “glifo” característico, que puede ser desplazado, movido, o girado, lo mismo que cualquier otro objeto de AutoCAD. Esto objetos de “iluminación” pueden ser de tres tipos diferentes de forma que cada uno tiene sus parámetros y propiedades.

Los tipos son: “Luces puntuales”, “Focos de iluminación” y por último “Luces distantes”. El primer tipo corresponde a un punto de luz, a modo de bombilla aislada, que emite luz en todas direcciones de forma homogénea, y se amortigua con la distancia. En el segundo caso la iluminación es direccional y esta representada por un “cono” de luz con unas determinadas características de abertura, y atenuación, con una transición más o menos gradual. Finalmente la luz direccional no tiene atenuación, y está caracterizada por una sola dirección, que podría considerarse equivalente a una luz puntual muy distante situada en esa dirección.

Mediante el oportuno cuadro de dialogo o las propiedades de los objetos designando los “grifos” correspondientes, se puede acceder a los parámetros propios de cada objeto de iluminación.

En las versiones recientes del programa, se ha incorporado también la posibilidad de realizar cálculos fotométricos para la iluminación o también incorporar objetos definidos por sus características fotométricas, de forma que los resultados además de ser mas precisos pueden incluir modelos de luminarias específicas de fabricantes concretos definidos a través de archivos y datos estandarizados de acuerdo con las normas internacionales más habituales.

Objetos en 3D.  Sólidos, definición y edición.

En la primera parte de este capítulo, se comentaba la diferencia entre los armazones alámbricos, las mallas de superficie compleja, y los objetos sólidos.

En general y con respecto a la generación de imágenes y presentaciones en 3D, la utilización de sólidos, no tienen ninguna ventaja adicional respecto al manejo de mallas y superficies, pero sin embargo aportan una diferencia sustancial en la definición geométrica de piezas y componentes que luego tienen que derivar a procesos de fabricación o cálculo numérico, en los que el conocimiento de sus propiedades estáticas es fundamental. Por otra parte cuando se tiene definida una geometría de sólidos más o menos compleja siempre es posible obtener de forma inmediata las mallas de las superficies que definen su envolvente.

Como ya se había comentado, la estrategia general cuando se trabaja con “sólidos”, es la de iniciar el modelo mediante un repertorio de figuras simples que luego se van sumando, restando o intersecando entre ellas, hasta obtener un objeto determinado. Las figuras simples pueden ser o bien un repertorio determinado de figuras básicas, o bien estar generados por la aplicación de ciertas funciones sobre cierto tipo de entidades u objetos planos como las regiones.

 Las figuras básicas disponibles se encuentran en la primera parte del menú de “modelado” dentro del de “Dibujo”, y estas son: “Prisma rectangular”, “Cuña”, “Cono”, “Esfera”, “Cilindro”, “Toroide” y “Pirámide”. Cada una de las figuras primitivas se define con un repertorio de parámetros que se solicitan a través de la línea de órdenes o las opciones de menú correspondientes.

Además de las figuras básicas o primitivas, en el caso de los sólidos también es posible generarlos, mediante operaciones de “barrido”, “extrusión”, “revolución” y “solevación”. Este tipo de operaciones son similares o equivalentes a la generación de superficies de malla, pero no se deben confundir ya que en este caso lo que se genera son objetos sólidos definidos por todo el volumen que ocupan y no solo por su superficie como en aquel caso. Este tipo de operaciones está explicado con toda claridad en la “Ayuda” del programa.

La combinación de los sólidos iniciales mediante las operaciones booleanas de “unión”, “diferencia” e “intersección”, permite generar cualquier tipo de figura compleja, como ahuecar objetos con un cierto espesor de paredes, hacer agujeros y/o vaciados, etc.

La forma de operar interna del programa es la de mantener una estructura de datos interna en la que conserva los valores de los objetos iniciales, y los de todas las operaciones de unión resta o intersección, lo que permite conocer y calcular los valores finales a través de la estructura en árbol correspondiente. De todas formas este tipo de estrategia hace que indirectamente el volumen de “calculo numérico” que se efectúa dentro el ordenador puede crecer muy deprisa en función de la complejidad de cada modelo, y aunque la potencia de cálculo es bastante desahogada, la complejidad puede conducir a una cierta “pesadez” en el manejo de los modelos, por lo que puede ser conveniente adoptar las estrategias oportunas para subdividir los modelos más complejos en archivos de trabajo independientes, que luego se ensamblan solo para el resultado final, ya ser por integración completa o como referencias externas.

Consulta de volúmenes y momentos de inercia.

Una de las diferencias primordiales en la utilización de sólidos, es la posibilidad de asignar “densidades” al volumen que ocupan y de esta forma obtener los valores de sus propiedades estáticas como centros de gravedad, inercias, o la orientación efectiva en el espacio de los ejes principales de inercia, lo que equivale a diagonalizar el tensor de inercias de cualquier objeto, lo cual si recordamos el cálculo tensorial, constituía un problema numérico de cierta laboriosidad.

En el programa AutoCAD existe una orden “PROPFIS(_MASSPROP)”, que se encuentra disponible en el menú “Herr/Consultar” permite designar uno o más objetos sólidos, señalando en la pantalla y a continuación presenta sus propiedades en una ventana de texto, con la opción de escribir esos datos en un fichero ASCII.

Coordenadas en 3D y trabajo sobre el plano XY

Como ya se había comentado en otras ocasiones el trabajo con la geometría habitual se realiza de forma predeterminada en una proyección ortogonal del plano XY, de forma que resulta más inmediata y cómoda la definición de intersecciones, tangencias, perpendicularidad, y otras muchas relaciones geométricas. No obstante cuando se trabaja en un espacio de tres dimensiones, aunque se tenga acceso a la definición de las coordenadas de cualquier objeto en el espacio 3D, esto puede suponer una restricción excesiva, que se resuelve en la práctica con la incorporación de los sistemas de coordenadas personales, de tal forma que sobre el espacio inicial, podemos definir un nuevo sistema particular de coordenadas, que orientamos a nuestra conveniencia, sin ningún tipo de restricción, y a partir de ese momento tenemos situado el plano de trabajo XY, en la orientación que más nos convenga en cada momento.

 El manejo de los sistemas de coordenadas personales, se realiza igual que otros repertorios de estilos, mediante la asignación de un “nombre” o etiqueta particular que identifica cada nuevo sistema de coordenadas y permite volver a él en cualquier momento a través de la gestión de una “lista” en la que siempre se identifica de forma singular el sistema de coordenadas inicial o “Universal”. El sistema principal o universal se identifica también en pantalla con la presencia de un pequeño cuadrado sobre el centro del icono que representa los ejes de coordenadas, que desaparece cuando nos situamos en un sistema de coordenadas particular.

Para el manejo de los sistemas personales de coordenadas, el programa dispone de dos órdenes complementarias, por un lado “SCP(_UCS)” que sirve para definir un sistema nuevo, y se puede invocar desde la línea de ordenes, o también desde el menú de persiana “Herr”, o en la cinta de opciones “Vista”. En ambos casos dispone de un submenú que desarrolla varias alternativas para definir el nuevo sistema de distintas formas. Además de esto dispone también de opciones que invocan directamente el sistema Universal, o al sistema utilizado inmediatamente antes.

Cuando se define un nuevo sistema, el programa lo asume directamente actualizando el icono que representa los ejes de coordenadas, pero sin solicitar la asignación de un nombre particular. No obstante cuando invocamos el cuadro de dialogo correspondiente mediante la orden “ADMINSCP(_UCSMAN) se presenta una lista con todos los sistemas guardados, y también se identifica el actual aunque no tenga un nombre particular, junto con el inmediato anterior. La modificación o asignación de un nuevo nombre se realiza editando directamente la “etiqueta” correspondiente con un doble clic. También podemos “activar” cualquier otro, o simplemente borrarlos apuntando al nombre correspondiente y pulsando “suprimir” desde teclado.

Cuando definimos un nuevo sistema de coordenadas, se presentan varias opciones en el menú, que permiten definir el nuevo sistema, directamente alineado con una cara 3D, o bien con un objeto, o con la vista actual. También se puede definir situando un nuevo “origen” manteniendo las orientaciones de los ejes, definiendo una nueva alineación para el eje “Z” o bien definirlo por 3 puntos, que siempre es la opción más general. También se puede definir el nuevo sistema mediante giros sucesivos en cada uno de los tres ejes de coordenadas.

La definición de un nuevo sistema por “3 puntos” es la opción que actúa por defecto en la llamada de línea de órdenes, y a medida que vamos identificando sucesivamente los 3 puntos, el sistema los interpreta como se expone a continuación, aunque también se puede interrumpir en cualquiera de ellos.

El primer punto designado se interpreta como un nuevo “origen”, con la misma orientación de los ejes si se interrumpe la secuencia. El segundo punto se utiliza para definir junto con el anterior, la parte positiva del eje X. Finalmente cuando señalamos el tercer punto, este se utiliza para identificar la parte positiva del nuevo plano XY, y con ello queda completamente definida cualquier nueva orientación de un sistema personal de coordenadas, actualizando a partir de este momento, la representación del “icono” con la nueva orientación de los ejes.

Objetos en 3D.  Caras, mallas y superficies. Definición y edición.

La orden “3DCARA(_3DFACE)” crea un objeto superficial de 3 ó 4 lados en el espacio, que es la pieza más elemental para el trabajo de modelado en tres dimensiones. Aparentemente se representa por su contorno como un triángulo o un cuadrilátero, pero es susceptible de ocultar cualquier objeto que se encuentra por detrás, en un “ocultamiento de líneas”, o bien de adoptar color, sombra o textura de superficie, en los estilos de visualización correspondientes.

Cuando se invoca la orden, se inicia una rutina que a través de los mensajes va pidiendo sucesivamente los puntos que forman el contorno, los cuales se deben definir siguiendo un orden circular a lo largo del contorno, para evitar “cruces” que en su caso generan “alas de mariposa”. La rutina se puede interrumpir con “Intro” a partir del tercer punto en cuyo caso se dibuja el triángulo, pero también se puede continuar, una vez completados los cuatro primeros puntos, cuando se dibuja el cuadrilátero correspondiente, y seguir definiendo sucesivamente otros “pares de puntos, de forma que con los dos anteriores forman un nuevo cuadrilátero, y se va configurando una especie de “cinta”.

Una vez dibujado un conjunto de 3Dcaras, que se encuentran en una determinada superficie, los contornos o aristas de las caras pueden ser un estorbo en algunas representaciones rápidas, o generar cierta confusión de percepción en personas ajenas. El programa permite controlar la posibilidad de hacer “invisibles” a voluntad, ese tipo de aristas. Por un lado se puede actuar con la opción “invisible” en la orden “3Dcara” justo antes de señalar el primero de los dos puntos que configuran la arista, o bien a posteriori editando oportunamente el objeto. En todo caso hay que mantener cierta previsión para evitar caras con todos sus contornos invisibles que luego sería difícil poder designar para alguna modificación posterior.

La orden “3DMALLA(_3DMESH)” se puede considerar como una evolución compleja de “3Dcara”. Genera conjuntos agrupados de cuadriláteros organizados en filas y columnas. El objeto esta caracterizado por tener un determinado numero de filas (M) y columnas (N) que define una superficie arbitraria mediante un conjunto de cuadriláteros que pueden adoptar cualquier geometría en el espacio. Su geometría queda definida por las coordenadas espaciales de cada uno de sus vértices, que en total serán: (M+1)*(N+1) y son completamente independientes.

A modo de ejemplo, una de las utilidades que puede tener esta orden, es la de modelar la superficie del terreno, en un área rectangular determinada. Supongamos que se divide el área rectangular en M x N filas y columnas, y en cada intersección se obtiene la cota de altura del terreno. Posteriormente con la orden “3Dmalla” podemos definir en primer lugar el número de filas y columnas de la malla, y a continuación ordenadamente las coordenadas de cada uno de los vértices, de las que obviamente la X y la Y determinan la posición horizontal del vértice y la Z su cota de elevación en el terreno. Finalmente obtendremos una “malla” en 3D que modela rigurosamente la superficie del terreno en esa área, aunque en función del tamaño o resolución de la malla.

Lógicamente en cuanto el número de dimensiones es un poco amplio, la cantidad de datos a escribir de forma manual hace que esa posibilidad sea inviable, no obstante la orden en cuestión es muy útil y practica cuando su ejecución se combina con alguna rutina programada en AutoLISP, o algún lenguaje de macros que pueda “automatizar” de forma coordinada la entrada de datos correspondientes.

El repertorio de órdenes para el trabajo con superficies en 3D, se basa en la definición de algunas formas simples con carácter de elementos básicos, como son; El prisma rectangular o paralelepípedo, una cuña, un cono, una esfera, un cilindro, un toroide y una pirámide. En estos casos, cuando se inicia la orden se van solicitando los diferentes parámetros que configuran sus formas finales, como radio, ancho, alto etc.

Además de las primitivas anteriores, también podemos generar superficies complejas con objetos “3Dmalla” que se generan mediante funciones que combinan alguna línea primitiva o generatriz con algún tipo de desplazamiento de esta a través del espacio. En este caso podemos citar superficies de: Revolución, Tabuladas, Regladas, e Interpoladas.

Las mallas de “Revolución” se crean con la orden “SUPREV” que permite definir un giro completo o parcial de una línea respecto a un eje cualquiera en el espacio, y genera la superficie barrida por el giro de referencia. La resolución de la malla resultante depende de dos variables de configuración “SURFTAB1” y “SURFTAB2”, que contienen un numero entero que es el de divisiones de la malla generada en cada uno de los dos sentidos.

Las mallas “Tabuladas” se crean con la orden “SUPTAB” y generan la superficie barrida por una línea directriz, que puede ser recta, curva o polilínea, a través de un desplazamiento recto, o extrusión, que puede estar definido a su vez por un segmento de línea recta o con dos puntos auxiliares.

Las mallas “Regladas” se crean con la orden “SUPREGLA” y genera una superficie “reglada” o constituida por un conjunto de segmentos de línea recta que se apoyan a su vez en dos “directrices” situadas en el espacio, que pueden ser a su vez rectas o curvas en el espacio. Esto constituye por ejemplo, una forma inmediata de generar paraboloides hiperbólicos o capialzados.

Las mallas “Definidas por lados” se crean con la orden “SUPLADOS” y generan una superficie adaptada o interpolada entre cuatro líneas directrices que pueden tener una curvatura compleja en el espacio, pero tienen que ser coincidentes en cuatro puntos, configurando un recinto cerrado. La superficie se genera interpolando funciones bicúbicas en las dos direcciones entre ambos pares de generatriz-directriz.