Aplicaciones de técnicas inmersivas del mundo de los videojuegos en el sector del cerramiento acristalado

La realidad virtual, la realidad aumentada y las técnicas de renderizado en tiempo real que se emplean en la industria de los videojuegos han cobrado popularidad a partir de los años ochenta y noventa del siglo XX como un medio digital para definir rasgos de los entornos generados de manera artificial.

Al igual que la visualización arquitectónica se ha ido actualizando y adaptando a nuevas tecnologías y posibilidades de representación a lo largo de los años, los departamentos de desarrollo de productos han venido trabajando en mejorar las imágenes fotorrealistas de presentación de sus productos. Poco a poco, se ha incorporado como una herramienta más de trabajo el empleo de técnicas inmersivas destinadas al desarrollo del mundo de los videojuegos.

En este trabajo se trata de investigar y se intenta exponer en qué consisten, cómo se utilizan actualmente y cómo constituyen una herramienta de ayuda estas técnicas de renderizado en tiempo real en el ámbito del sector del cerramiento acristalado. Se intenta demostrar además cómo los beneficios de esta forma de trabajar en comparación con las técnicas tradicionales y en conocer las posibilidades de las diferentes técnicas de trabajo que, hoy en día, se emplean en la industria de los videojuegos y de cómo se están aplicando en el sector de las ventanas, las fachadas y la protección solar.

Luis Pérez Gutiérrez, durante la presentación de la ponencia en el Congreso de la Ventana, la Fachada y la Protección Solar, el pasado mes de noviembre, en Madrid.

Se pretende mostrar también cómo desde la prescripción, pasando por los fabricantes de ventanas y fachadas y, hasta el usuario final, pueden beneficiarse, enriquecerse y mejorar gracias a estas nuevas tecnologías que inicialmente surgieron con fines y sectores bien diferentes pero que, gracias a la calidad y nivel de fotorrealismo que han alcanzado las hacen ideales para la representación de productos y de los procesos de fabricación que estos requieren.

Además, uno de los problemas más importantes que se han identificado en la formación de profesionales de este sector es que la gran mayoría de centros de enseñanza profesional no cuentan con equipos apropiados ni información actualizada para la formación de los futuros profesionales, quienes, en pocas ocasiones, pueden trabajar en situaciones similares a la realidad durante sus estudios; de modo que la idea de montar un ‘laboratorio virtual’, un entorno controlado, en el que el estudiante o el profesional se puedan desenvolver como si estuvieran en su lugar de trabajo podría ser la solución a este problema además de acelerar los procesos de aprendizaje y actualización de conocimientos de estos profesionales.

La realidad virtual (RV) es una tecnología que permite a los usuarios sumergirse en un mundo digital generado por ordenador, que simula una experiencia sensorial completa en un ambiente tridimensional. El usuario puede interactuar con este mundo virtual mediante dispositivos como cascos de RV, guantes o mandos especiales, que capturan sus movimientos y acciones en el mundo virtual y las reflejan en tiempo real. Por ello, la RV puede crear experiencias inmersivas que permiten a los usuarios sentir que están presentes en un ambiente virtual.

Las empresas han utilizado la RV para crear maquetas inmersivas de exteriores e interiores de edificios para presentarlas a sus clientes. No sólo es posible ver modelos CAD en un entorno virtual, sino que existen varios programas en el mercado para crear modelos tridimensionales utilizando equipos de RV. Generar conceptos en 3D resulta ideal para reducir el tiempo de avance en el proceso de desarrollo de un proyecto.

Cabe destacar, por ejemplo, la asociación de PTC con Virtalis, una empresa líder mundial en RV, ha permitido la creación de Visionary Render, un software que ofrece la posibilidad de trabajar de forma colaborativa en modelos en RV en tiempo real, como se muestra en la figura 2.1 Este software ha creado la oportunidad de rediseñar la forma en que los ingenieros interactúan entre sí y con dis¬tintas partes de su organización que quizá no tengan los conocimientos técnicos necesarios para entender el software clásico de modelado 3D o los dibujos técnicos [1].

La realidad aumentada (RA) es una tecnología que combina objetos y escenarios virtuales creados por ordenador con el mundo real. A diferencia de la RV, que reemplaza completamente el entorno real con uno simulado, la RA agrega información digital a la percepción del mundo real a través de dispositivos como smartphones, tabletas digitales y gafas inteligentes. Esta tecnología utiliza la cámara y los sensores de estos dispositivos para detectar objetos del mundo real y superponer información digital relevante, como textos, imágenes, animaciones y sonidos, sobre ellos en tiempo real. La RA se aplica en diversos campos, como publicidad, entretenimiento, educación, medicina y turismo, entre otros.

En cuanto a las técnicas RV y RA orientadas a la ingeniería y el diseño industrial, se pueden encontrar varios trabajos que se remontan ya a los inicios del siglo XXI (Impelluso y Metoye, 2000, M. Nomura, Y. Sawada, 2001, Stone, 2001, Ong y Mannan, 2003, Zwolinski et al., 2007, Shen et al., 2009, Bruno y Muzzupappa 2010). El objetivo de estos estudios es promover el uso de herramientas de RV y RA para ayudar a comprender conceptos complejos a través de la interdisciplinariedad, entornos y condiciones de trabajo colaborativos que no son fáciles de recrear en un mundo no virtual [2].

El renderizado en tiempo real (RTR) es una técnica que permite generar imágenes y gráficos tridimensionales en tiempo real, es decir, al momento de la interacción con el usuario. Para lograr esto, se requiere de software avanzado y hardware especializado para procesar y mostrar los elementos y escenarios en solo milisegundos, lo que posibilita una respuesta inmediata y una experiencia interactiva fluida. Esta técnica es muy común en videojuegos, aplicaciones de RV y RA, simulacio¬nes en tiempo real y en otras áreas donde se requiere una vivencia inmersiva y en tiempo real del usuario. Nos referimos a software en tiempo real cuando dicho sistema permite generar imágenes virtuales con la rapidez suficiente como para inducir sensación de movimiento al mismo tiempo que el usuario interacciona con el entorno virtual [3].

Existen dos tipos de programas de RTR que se utilizan comúnmente en la visualización arquitectónica: los programas especializados en renderizado arquitectónico y los motores de videojuegos, también conocidos como game engines. Los primeros están diseñados específicamente para la industria de la arquitectura y la construcción, y se enfocan en producir representaciones realistas y precisas de estructuras y edificios. Por otro lado, los motores de videojuegos se desarrollan principalmente para crear juegos, pero también se utilizan en la visualización arquitectónica gracias a su capacidad para crear ambientes virtuales altamente interactivos y personalizables [4]. Es precisamente la aplicación de estos motores de videojuegos en la industria del cerramiento acristalado y determinar sus ventajas y bondades el objeto de este trabajo.

La evolución de la industria de los videojuegos ha favorecido enormemente el desarrollo de técnicas de RTR. Actualmente se está experimentando un cambio significativo debido a la convergencia entre industrias de diversa índole. Las compañías que se dedican a desarrollar programas de renderización para videojuegos ahora están ofreciendo su software directamente. Así, el equipo detrás del popular juego Gears of War ha patentado su propio software de procesamiento gratuito, Unreal Engine 5. Además, existen otros programas de renderización de videojuegos disponibles por un costo mucho más bajo que el de los programas tradicionalmente utilizados en el ámbito de la arquitectura y el diseño [5].

Unreal Engine 5 es un motor gráfico que fue ideado para la modelación y creación de videojuegos, pero que, desde hace ya unos años, comenzó a tener protagonismo y aplicación en el ámbito de la arquitectura. Es uno de los motores gráficos más potentes de la actualidad. Es un programa que a diferencia de los programas de renderizado tradicionales nos permite trabajar en tiempo real. Esto es, nos permite ver los resultados de todos los cambios que realizamos en la escena de forma inmediata, mientras trabajamos con ella, sin tener que preocuparnos de hacer pruebas y renderizados cada cierto tiempo para ver el resultado de los cambios que realizamos según vamos trabajando [6]. Esta es quizás la clave del éxito de este motor gráfico. El poder ir visualizando el resultado del proyecto de una forma realista y dinámica a la vez que se va diseñando, supone una ventaja diferen¬cial frente a otros programas de renderizado, pues gracias a esto es fácil percatarse de los posibles errores en el diseño y corregirlos sin tener que modificar todo el proyecto una vez concluido.

Además, la tendencia actual en el mundo del diseño arquitectónico se inclina hacia la integración del proceso de desarrollo en un único software, lo que permite ahorrar tiempo y recursos. Estos programas de renderizado tienen también la capacidad de sincronizarse con programas BIM (Building Information Modeling), lo que permite controlar gran parte del proceso de diseño desde una sola plataforma. Esta metodología permite llevar a cabo proyectos con mayor precisión, detalle y velocidad [7].

Hoy en día, los ingenieros y arquitectos que trabajan en departamentos de desarrollo de productos en el sector del cerramiento acristalado utilizan el ordenador para desempeñar muchas de sus tareas, ya sea realizar planos de extrusión de perfiles, diseñar piezas 3D de un nuevo componente para su posterior prototipado y fabricación, realizar cálculos de simulación, preparar hojas de cálculo, informes, etc. Básicamente, están obligados a tener un conocimiento de softwares específicos al igual que lo tienen de ciencia y resistencia de materiales, de transmisión de calor, de sistemas de herrajes, de sistemas de sellado, de vidrios, y de métodos de instalación de ventanas y fachadas, etc.

Así como la tecnología avanza, deben mantenerse actualizados con las herramientas de trabajo para ser competitivos en su sector, y esto incluye las nuevas tecnologías de RV, RA y RTR. Como técnicos, es fundamental conocer estas técnicas y herramientas computacionales que, poco a poco, se van instaurando en este sector en los últimos años. En pocas palabras, es necesario aprender a programar. Básicamente, porque estas herramientas de RV, RA y RTR requieren de diseño computacional consistente en elaborar ciertas programaciones para el proceso de diseño de un nuevo producto. Es decir, en optimizar ese proceso mediante la programación de los pasos a seguir para crear un diseño.

Hasta hace pocos años, la manera más común de mostrar y acercar al cliente final un nuevo sistema de ventanas, una nueva manilla o un nuevo acabado superficial era acudir a un showroom de muestras, a un salón o evento profesional del sector o mediante fotografías o renders estáticos en catálogos comerciales o medios publicitarios como revistas especializadas. Estos métodos convencionales a veces requieren de disponibilidad y desplazamientos. Además, producir vídeos que muestren el producto con los programas de software convencionales conlleva un proceso arduo y complejo, lo que resulta, en ocasiones, en una presentación final poco atractiva y realista. Por esta razón, los profesionales rara vez utilizan este medio para mostrar sus novedades, a menos que sea absolutamente necesario. Las imágenes estáticas y los renders no pueden capturar adecua¬damente la calidad experiencial y espacial de la integración de esa nueva ventana o manilla o no consiguen que el cliente final pueda hacerse una idea del resultado final del producto con ese nuevo acabado en el interior de su vivienda. Por ello, con la capacidad de crear un recorrido virtual a través de un proyecto y así permitir a los clientes visualizar diferentes opciones de acabados interiores en diferentes condiciones lumínicas, con diferentes estilos de decoración del ambiente interior y exterior, las técnicas RTR y los motores de renderización de videojuegos ofrecen nuevas y emocionantes posibilidades de representación. Estas herramientas permiten capturar las cualidades vivenciales y espaciales de un proyecto de una manera más dinámica e interactiva.

Se muestran a continuación diversas posibilidades de un showroom virtual creado con diferentes sistemas de ventanas y puertas abisagradas y correderas, así como de puertas de interior desarrollado con Unreal Engine 5 para la empresa STRUGAL.

En la figura 3.3. se visualiza el resultado final de un espacio en el que el usuario puede definir los acabados de los suelos, las paredes interiores, el estilo de decoración y mobiliario e incluso los paisajes exteriores. De esta manera, puede disponer de un showroom con los acabados más similares posibles a los de su proyecto en el que puede hacerse una idea del resultado final utilizando las diferentes opciones y gamas de productos y acabados en ventanas y puertas de la marca.

En la figura 3.4. puede apreciarse un configurador de diferentes opciones de modelos de manillas a utilizar y los diferentes acabados y colores aplicadas en los modelos de ventanas.

Además, el usuario puede interactuar en este showroom virtual simulando los movimientos de apertura y cierre que realizarían los diferentes sistemas de ventanas y puertas. El movimiento puede percibirse tanto desde el ambiente interior como desde el ambiente exterior e incluye incluso la simulación de movimiento que realizarían las propias manillas en esa apertura o cierre. En la figura 3.5. se observa la simulación de la apertura en posición de ventilación (posición oscilo) de una ventana oscilobatiente.

En la figura 3.6. se puede apreciar también las diferentes opciones de acabados y diseños a utilizar en este showroom virtual en el ámbito de las puertas de interior. En este simulador pueden seleccionarse diferentes acabados, diferentes modelos de puertas con o sin vidrios y diferentes opciones de manetas e, incluso, simular también el movimiento de estas manetas y la apertura que realizaría la puerta al accionarlas.

Los técnicos han demostrado ser resistentes al cambio. En sus inicios, muchas oficinas técnicas tardaron en adoptar el uso de ordenadores y, en la actualidad, el proceso analógico de producir modelos y dibujos sigue siendo una herramienta importante en el sector. Dado que los técnicos de desarrollo de productos trabajan en el mundo físico de los componentes y materiales, así como en el ámbito teórico de los dibujos e ideas, el mundo de la modelación tridimensional actúa como intermediario entre ambos. En particular, la tecnología Building Information Modeling (BIM) ha tenido, por ejemplo, efectos de gran alcance, permitiendo catalogar digitalmente, analizar y asignar propiedades físicas como valores de transmitancia térmica o aislamiento acústico y establecer, por ejemplo, un precio a cada ventana, puerta o fachada que pasará a formar parte de un nuevo edificio.

Sin embargo, con el aumento del uso de motores de videojuegos es probable que descubran nuevas herramientas y recursos especialmente adaptados para la creación de estos espacios virtuales impresionantes. Además, la disponibilidad de programas gratuitos ha eliminado la barrera del coste para producir imágenes de alta calidad. El desafío actual radica ahora en cómo integrar de manera efectiva estos programas de software en el trabajo diario de estos técnicos. Y es que a pesar de que existen herramientas para su uso, muchas oficinas técnicas todavía se aferran a dibujos 2D y han tardado en adoptar tecnologías más avanzadas. No obstante, aquellas oficinas que utilizan técni¬cas RTR tienen una ventaja competitiva. Los artistas visuales 3D que trabajan con Unreal Engine 5 pueden crear detalles matizados de luz y movimiento que mejoran la experiencia visual en un vídeo de presentación de un producto.

Además, estas experiencias espaciales tridimensionales ofrecen oportunidades para explicar exhaustivamente de una manera más clara a los profesionales del sector, paso a paso, los mecanizados y elementos que resultan necesarios para el ensamblado y fabricación de un nuevo sistema de ventanas, puertas o elementos de protección solar sin que esto requiera desplazamiento alguno ni la preparación previa de materiales físicos necesarios para impartir una formación teórica y práctica en talleres. En resumen, aquellos que se aventuren en el uso de estas nuevas tecnologías de RV, RA y RTR pueden obtener una ventaja significativa en términos de calidad de presentación y comunicación de sus novedades de productos.

El poder disponer de un entorno virtual compartido entre varias personas puede aumentar la productividad, reducir el tiempo de inactividad y permitir pensamientos compartidos más claros y organizados, como se muestra en la figura 3.9. Al permitir el trabajo colaborativo instantáneo en tiempo real, las empresas pueden reducir el tiempo que se tarda en trabajar en nuevos proyectos, así como el tiempo necesario para explicar los productos y las ideas a los distintos sectores de cada empresa.

Esto también ayuda a mejorar las relaciones entre los fabricantes y las empresas gamistas de ventanas y puertas, ya que les permite estar al día sobre sus novedades de productos. De hecho, de las observaciones realizadas por los autores, se destaca el entusiasmo expresado por estos fabricantes al explorar el entorno virtual con fines de formación. Durante la navegación y la exploración de las funcionalidades del entorno virtual, la reacción más común observada fue la de asombro. Estas reacciones positivas son una fuente de motivación para seguir mejorando los métodos de formación y las estrategias ofrecidas a los clientes, con el fin de brindarles mejores oportunidades de formación profesional en las empresas.

Sin embargo, para muchos profesionales, utilizar incluso las herramientas digitales 3D más básicas ha resultado ser un gran desafío. Es comprensible por qué algunos se han mostrado reacios a innovar mediante la implementación de herramientas de otras disciplinas. Además, no se puede culpar a las empresas por su falta de habilidades tecnológicas, ya que establecer un nuevo sistema de trabajo requiere una gran cantidad de tiempo y de recursos. Algunos programas de renderizado 3D tienen una curva de aprendizaje muy elevada. En ocasiones, no es viable dedicar tiempo no facturable para realizar extensas capacitaciones en el uso de estos nuevos motores de renderizado.

En efecto, la integración de estos programas puede ser tediosa, requiriendo tiempo y experiencia. Además, algunos técnicos pueden resistirse a cambiar sus flujos de trabajo y herramientas de software familiares, especialmente si ya están produciendo renders de alta calidad. No obstante, puede resultar valioso considerar la integración de estas herramientas en los flujos de trabajo existentes, y explorar cómo se pueden combinar de manera efectiva con las herramientas de renderización tradicionales para producir resultados aún más convincentes y atractivos.

Es cierto que existe un riesgo de que los técnicos de las oficinas de desarrollo de productos se centren demasiado en la estética y los efectos visuales en lugar de en la función y la experiencia del usuario. Sin embargo, este riesgo no es exclusivo de la utilización de motores de videojuegos en la representación de sus productos. Los técnicos siempre deben tener en cuenta tanto la forma como la función, y equilibrar adecuadamente ambos aspectos. En última instancia, se trata de cómo los técnicos utilizan estas herramientas y cómo equilibran la estética y la función en su proceso de diseño.

Las tecnologías de realidad virtual (RV), realidad aumentada (RA) y las técnicas de renderizado en tiempo real (RTR) suponen diversas y emocionantes herramientas que pueden ser incorporadas en el proceso de desarrollo de nuevos productos, con el objetivo de reducir los costes, disminuir el tiempo de desarrollo de los proyectos y ampliar las aplicaciones de los entornos virtuales. Año tras año, estas tecnologías evolucionan y ofrecen mayores posibilidades a medida que se desarrollan.

Es importante destacar que la visualización gráfica de productos en el sector del cerramiento acristalado no sólo se utiliza como una herramienta de marketing o presentación de nuevos productos, sino que también puede ser una herramienta de diseño para los técnicos, los fabricantes y para sus clientes. Los modelos tridimensionales y las visualizaciones que permiten las técnicas RV, RA y RTR pueden ayudar a entender y a evaluar la forma, la función y las cualidades espaciales de un nuevo sistema de ventanas, puertas o fachadas, permitiendo a los prescriptores, fabricantes, diseñadores y a los propios usuarios hacer ajustes y mejoras en el diseño antes de que se fabriquen. Además, estas herramientas pueden ayudar a los clientes a entender mejor el proyecto y a tomar decisiones informadas antes de la fabricación e instalación de estos productos.

Se pone de manifiesto que la utilización de estas técnicas facilita la transmisión de una idea de proyecto, puesto que los clientes, en la mayoría de los casos, no están habituados a leer planos técnicos. En cambio, con estas herramientas podrán visualizar los productos de una forma realista e incluso recorrer las estancias de su edificio con unas gafas de realidad virtual, abriendo ventanas y puertas, cambiando los materiales y acabados de los diferentes productos de forma inmediata e interactuando con diferentes ambientes e iluminaciones y un sinfín de posibilidades.

Es seguro decir que las empresas gamistas y los fabricantes de ventanas y puertas que están dispuestos a experimentar y utilizar estas tecnologías de manera efectiva pueden tener una ventaja competitiva en un mercado cada vez más saturado. Al final, la clave está en encontrar un equilibrio entre el uso de estas herramientas para mejorar la calidad de las representaciones y formaciones teóricas y prácticas, así como en asegurarse de que estas sigan siendo fieles a los objetivos de diseño y a las necesidades de los clientes.

Referencias

[1] Grzybek, R., Pelland, G., Ramirez, M. (2019) ‘Application of Virtual Reality to the Engineering Design Process’ p. 31-32

[2] Jimeno Morenilla, A. (2016) ‘Using Virtual Reality for industrial design learning: a methodological proposal’ p. 2

[3] Redondo Domínguez, E. (2019) ‘De la realidad al proyecto, del proyecto a la realidad aumentada. 6 – Simulación visual comparada’ http://hdl.handle.net/2117/187867

[4] Iglesias Yáñez, S. (2021) ‘El renderizado en tiempo real. Integración y posibilidades en el ámbito académico’ p. 16

[5] Rawn, E., Yunis, N., (2015) ‘Imágenes irreales: pros y contras de renderizar con software de videojuegos’ p. 3

[6] Zamacola Crespo, J.F., Del Blanco, F., (2021) ‘Técnicas de videojuegos para visualización arquitectónica’ p. 69

[7] Iglesias Yáñez, S. (2021) ‘El renderizado en tiempo real. Integración y posibilidades en el ámbito académico’ p. 20