Ahora que ya tenemos una idea aproximada de cómo funciona el modelado 3D en un entorno digital podemos empezar a explicar cómo se «pinta» ese modelado, lo que técnicamente se denomina mapeado, no texturizado o renderizado, como se suele llamar a veces y lo cual no es del todo correcto.
No es texturizado porque eso implica la utilización de texturas, es decir, imágenes previamente producidas como fotografías o ilustraciones, y es posible pintar un modelo 3D de forma procedural como vimos en el artículo anterior.
Tampoco es renderizado porque eso implica, a su vez, la gestión de luces y otros elementos de los materiales, como transparencia o reflexión, y de la escena, como efectos atmosféricos y fotográficos.
Veamos entonces los dos tipos de mapeado y cómo nos afectan en lo relativo a la Odontología.
MAPEADO UV
Es el que se utiliza para modelos 3D poligonales, como, por ejemplo, los generados por un escáner intraoral. Se denominan UV por convencionalismo, pero en realidad debería denominarse XY, ya que se utilizan estas coordenadas para su realización, pero en entornos 3D eso podría llevar a confusión, ya que XYZ son los ejes de modelado en el espacio digital.
La relación entre las coordenadas UV y el modelo tridimensional es una de las cosas más difíciles de visualizar, ya que su aspecto y forma no guardan, a priori, ninguna relación con las formas tridimensionales. Quizá la forma más sencilla de entenderlo es pensando en los modelos de papel que eran muy populares hace ya algunos años (figura 1).
Solo que en nuestro caso, en el mundo 3D, el proceso es el inverso, es decir, tenemos la forma 3D y debemos desplegarla para reflejarla en un papel.
En la siguiente imagen, podemos ver un modelo de camioneta que yo mismo he modelado y mapeado, donde podemos ver las similitudes con el modelo de papel. Ni que decir tiene que éste es un proceso tedioso y que requiere de grandes dosis de paciencia, ya que, a pesar de la propaganda, los automatismos de los programas informáticos suelen dar más trabajo al final que hacerlo manualmente (figura 2).
En cualquier caso, una vez que las coordenadas UV han sido ajustadas convenientemente, es fácil ver la relación con el modelo tridimensional y pintar detalles con cierta facilidad.
Pero el modelo de la imagen anterior es lo que se denomina un modelo de baja poligonación (low poly modeling), especialmente indicado para juegos y simulaciones en tiempo real (mi otro trabajo, dicho sea de paso).
Para entender la problemática con los dientes he preparado otro modelo donde podemos apreciar que el número de polígonos es significativamente mayor, como se aprecia en lo tupido de la malla (figura 3).
Este modelo no está demasiado trabajado, ya que la malla no ha sido desplegada totalmente y, además, solo se ha construido la cara frontal de los dientes, pero nos servirá a efectos ilustrativos.
Por un lado, hemos de tener en cuenta que el modelado del diente, como muy bien saben los que se dedican a la estética, requiere el tratamiento de pequeños detalles, como los mamelones, que con baja poligonación sería imposible de conseguir. Por otro lado, el número de dientes es limitado per se, por lo que cualquier ordenador medianamente competente puede representar los dientes con todo detalle en tiempo real y en 3D.
Si lo pensamos por un momento, un escaneado 3D de los dientes con unas coordenadas UV ordenadas y bien colocadas permitiría, a cualquier protésico avezado en las artes digitales, crear una prótesis realista y adaptada al paciente que podríamos utilizar para simulaciones, simplemente con una foto de la cara y Photoshop.
Desafortunadamente aún no hemos llegado a eso. En realidad, un escáner intraoral es capaz de captar la forma y el color, pero de forma desordenada (ver el artículo del número de marzo). La cuestión es que podemos ver la dentadura de forma realista, pero su modificación es otra historia.
Si nos fijamos en la siguiente imagen, podemos ver lo que sucede en un escaneado 3D. El escáner toma medidas y crea polígonos asignando color a cada uno de ellos, pero no es capaz de inferir cuál es la forma en conjunto, por lo que el mapeado es disperso y, a primera vista, incoherente (figura 4). En la parte de arriba podemos ver el resultado directo del escaneado. A la derecha, la textura está compuesta de infinidad de retales que no guardan ninguna relación con la forma del objeto.
En la parte inferior, y después de mucho trabajo manual, podemos ver lo que sería una textura que podríamos modificar en un programa de gráficos.
No he sido capaz de encontrar un ejemplo con dientes, pero el aspecto sería equivalente.
MAPEADO PROCEDURAL
Como hemos visto, el mapeado UV se aplica a modelos poligonales y no sirve para otros tipos de modelado, pero como vimos en el artículo anterior, existe otra manera de modelar mediante NURBS.
De la misma manera existe otro modo de pintar que sirve para cualquier tipo de modelado y que, al igual que el modelado NURB, tiene la ventaja de ser de resolución independiente (o si se prefiere, infinita).
Efectivamente, el mapeado UV depende al final de una imagen fija que puede ser retocada en un programa fotográfico, pero que tendrá la resolución y el detalle de la imagen original, lo cual quiere decir que para cada prótesis o estudio estético tendremos que generar una nueva imagen con las características adecuadas a ese paciente.
El material procedural, por el otro lado, no depende a priori de una imagen fija, sino que dispone de una serie de parámetros de color, opacidad, reflexión y anisotropía que se pueden modificar a voluntad.
Para que podamos entenderlo mejor, los que disponen de CBCT o TAC manejan este tipo de materiales sin saberlo cada vez que ajustan un parámetro de contraste para generar un modelo 3D de un maxilar, por ejemplo.
Como vemos en la imagen siguiente, un programa de reconstrucción 3D a partir de imágenes DICOM (realizado con Osirix en este caso), asigna diferentes materiales según la densidad de los tejidos, de tal forma que se puedan distinguir tejidos blandos y duros (figura 5).
De la misma manera es posible asignar materiales. Nótese que hablamos de materiales y no de mapeado, ya que el mapeado hace referencia al mapa de coordenadas UV, inexistente en este caso, que además tienen la ventaja de propagarse en el interior del objeto tridimensional, lo cual no es posible con una textura fotográfica.
Esto es lo que nos permite representar, por ejemplo, objetos de vidrio que deben tener en cuenta la propagación de la luz dependiendo de la densidad y el color del material.
En lo relativo a los dientes, el problema reside en que este tipo de materiales se definen de una manera mucho más abstracta, es decir, no hay una imagen sobre la cual pintar detalles como se hace en el proceso de fabricación de una prótesis.
CONCLUSIÓN
Hoy por hoy existen innumerables herramientas en las áreas de diseño industrial y en la del entretenimiento que de una manera u otra utilizan sistemas procedurales de generación de modelos 3D, como sucede en cualquier escena de cine donde se requiera una multitud (véase Guerra Mundial Z), un paisaje fantástico (Avatar) o el mismo universo. Para ello ha sido necesario que previamente se hayan definido toda una serie de elementos como características de difusión de la luz de los materiales o sustancias, topología de crecimiento y erosión, comportamiento con respecto a agentes externos, y no incluimos aquí el apartado de animación que requiere mención aparte.
Por todo ello, es bastante sensato pensar que en un entorno tan definido como es la dentadura, donde el número de piezas sufre variaciones como mucho de dos dígitos y con elementos que comparten la mayoría de sus características básicas como son los dientes, sería posible llegar a una definición más o menos matemática que permitiera ser manipulada sin conocimientos informáticos y sí sanitarios y estéticos.
Desde un punto de vista técnico, los elementos a considerar están bastante claros y, teniendo en cuenta el potencial económico del sector odontológico, se podría, por una vez, tomar la delantera en vez de ir a remolque de lo que se está haciendo en otros sectores.
Lo considero un campo de investigación apasionante y por mi parte, y con medios modestos, ya he iniciado el camino experimentando con simulaciones simples como la que se puede ver en la siguiente imagen.
Se trata de un proyecto que pretende crear una simulación de prótesis o tratamiento estético. Al final el resultado ha de ser el mismo: una bella y funcional sonrisa.
En esta simulación se pueden manipular en tiempo real el tamaño y ubicación de la arcada superior así como los de cada par de piezas de forma independiente. En la parte superior se aprecia la dentadura real de la paciente y en la de abajo la superposición de la simulación, para la cual se han utilizado tanto el modelo como la textura que podíamos ver en la figura 3. Lo que se ha añadido en el programa de simulación ha sido algo de iluminación y algún efecto más, pero eso lo trataremos en la tercera y última parte dedicada al tema que nos ocupa de «Introducción al Mundo 3D», donde profundizaremos un poco más en todos los elementos necesarios para el desarrollo de esta parte de la digitalización odontológica y sus implicaciones para el día a día en la clínica y en el laboratorio, y que incluyen la fundamental integración de los elementos reales con los virtuales (figura 6).
Y para abundar un poco en ese tema y ver en qué nivel nos movemos actualmente, aquí dejo un vídeo que me gusta especialmente ya que no incluye tiros, explosiones ni zombies mutantes, pero virtualizando lo que menos te esperas (figura 7).
