Armando Ricalde P.

• Introducción

En los albores del siglo XXI el Instituto de Astronomía de la UNAM se ha planteado construir un telescopio que pueda llevar a la astronomía observacional mexicana a un nivel de competencia internacional durante las primeras décadas del milenio.

Los criterios científicos para el diseño de este telescopio son una capacidad colectora de luz de 6.5m de diámetro en su óptica primaria, una calidad de imagen de 0.25 segundos de arco y optimización del telescopio para poder observar en el infrarrojo.

Para satisfacer estas necesidades a un costo relativamente bajo y con tecnología existente en México, se ha planteado el diseño de la siguiente manera.

El Telescopio Óptico-Infrarrojo Mexicano (TIM) constará de una montura alt-azimutal de construcción tubular y rodamientos hidrostáticos; un espejo primario f/1.5 segmentado de 19 elementos suspendidos en una celda activa; un único espejo secundario f/15; una platina con 6 instrumentos intercambiables para observación en foco cassegrain; un rotador de campo, guiador y sensor de frente de onda integrados en una unidad. El edificio permitirá la exposición directa el telescopio a la intemperie, permitiendo una termalización eficaz a la vez que una protección adecuada contra vientos y humedad. Las salas de observación y cuartos de máquinas se encontrarán en edificios vecinos.

El lugar seleccionado para instalar el TIM es el Observatorio Astronómico Nacional de San Pedro Mártir en el estado de Baja California, México. El Observatorio está localizado a latitud +31 N y longitud +115 O a una altitud de 2950 m sobre el nivel del mar.

Para mayor información viste la página del TIM

En el Instituto de Astronomía C.U. se ha formado un equipo dirigido por el Dr. Salvador Curiel cuyo interés es la visualización 3D, razón por la cual nos hemos unido al gran equipo de expertos del proyecto para generar una serie de animaciones 3D que ayuden a visualizar la estructura y mecanismos que se están diseñado para el TIM.

Claro que nuestro objetivo es mucho más ambicioso que tan solo mostrar una serie de animaciones sencillas; queremos producir un vídeo tipo documental que apoye al proyecto con una animación fotorrealista que muestre como se va a ver el telescopio una vez construido, así como el edificio que lo albergará. Esto incluye por supuesto el producir una banda sonora de alta calidad que enriquezca al vídeo.

• Retos

El llevar a cabo estos objetivos nos imponía varios retos que teníamos que resolver:

1. Elección del software 3D que cubriera nuestras exigencias.
2. Almacenamiento de la animación.
3. ¿Cómo grabar, editar, filtrar y mezclar el audio?
4. ¿Cómo mezclar el track de audio con la animación?
5. ¿Cómo grabar a VHS?

Para elegir el paquete que íbamos a emplear necesitábamos analizar y discutir que era lo que teníamos que modelar y que grado de control necesitábamos para animar los diferentes elementos.

El problema principal era el modelado del espejo primario, pues los 19 segmentos hexagonales que lo constituyen debían formar en conjunto una superficie parabólica, pero cada segmento debía ser independiente para poder animar los movimientos de la óptica activa, a todo esto le agregamos que la superficie debía de ser lo suficientemente refinada y suave para obtener un buen resultado con el raytracing del render para simular los reflejos y al mismo tiempo lo mas sencilla que se pueda para poder manipular fácilmente al modelo. Una vez modelado debíamos tener control sobre cada uno de los 19 hexágonos pero también sobre todo el conjunto como si fuese un espejo monolítico para poder cambiarle la curvatura.

Como primera elección empezamos a trabajar con 3D Studio MAX 2.5

Para modelar al espejo primario construí un arreglo de 19 hexágonos extruidos

Luego generé un paraboloide de revolución para posteriormente cortar a cada segmento utilizando operaciones booleanas.

Aparentemente el modelo lucia bien, pero el render lo delataba como pueden ver en la siguiente imagen. Fíjense en el reflejo, parece que el espejo esta mal pulido, además el reflejo debe ser continuo entre un segmento y otro (como si fuese de una sola pieza), objetivo que no se logra.

No podíamos hacer al modelo mas refinado, ya que era muy difícil de manipular. Además encontrábamos un poco limitado el control para poder animar a los 19 segmentos.

Como nueva opción empezamos a trabajar con Alias|wavefront MAYA aunque también nos topamos con algunos problemas.

Con el modelado del espejo prácticamente no hubo complicaciones, las herramientas de modelado y la tecnología Nurbs de MAYA hicieron fácil la tarea, pero el resto del modelo, es decir la estructura de la montura y del resto del telescopio se nos complico un poco debido a que queríamos importar los archivos DXF de los diseños originales, pero este proceso fue muy ineficiente. El modelo importado era de tipo poligonal poco detallado y la malla era muy densa y difícil de manipular, así que tuve que remodelar toda la estructura sobre los modelos importados, que en su gran mayoría son cilindros. Para esto también decidí modelar con nurbs, ya que MAYA tiene la característica de que puedes trabajarlos a baja resolución y de esta manera interactuar con ellos en tiempo real. Este fue un proceso lento, ya que tuve que hacer coincidir poco mas de 350 cilindros que forman a la estructura.

Además de que el proceso de modelado fue mas sencillo y era mas fácil interactuar con ellos, el render con raytracing era muy superior al del Max además de que el tiempo de render disminuía considerablemente. El control que podemos tener sobre los diversos elementos para poder animarlos esta prácticamente limitado por tu ingenio, con el uso del Maya Embbeded Language (MEL) podemos programar nuestra propia interface para animar los 19 segmentos del espejo primario, podemos cambiarle la curvatura como si estuviese hecho de una sola pieza utilizando lattices, etc. etc.

Todavía nos hace falta mucho por hacer, pero avanzamos conforme se tienen listos los diseños. Actualmente se esta trabajando en el diseño de la cúpula.

Mientras seguimos trabajando en resolver los retos que se nos presentan, por ejemplo: el problema del audio. Como solución optamos por hacer la grabación, filtrado, edición y mezcla en una estación de trabajo en vez de comprar una consola. Para esto utilizamos un paquete llamado Cool edit PRO. Con este nosotros podemos trabajar hasta con 32 tracks de sonido estéreo de 16 bits con un sampling rate de 44.1 Khz. No es el mejor del mercado, pero funciona bastante bien.

Una vez que tenemos la banda sonora y el vídeo, utilizamos un paquete (DVmpeg) que nos junta ambos y los comprime en formato mpeg2, esto nos resuelve varios problemas de una vez. Con esto no necesitamos de equipo especial para sincronizar audio con vídeo, es más fácil de almacenar pues esta comprimido, y utilizando una tarjeta descompresora de mpeg2 sacamos la pelicula directamente a VHS. Esto a su vez nos da ventajas, una animación de 5 minutos con sonido de alta calidad con una compresión igual a la de una película en DVD (en promedio 8.5 Mbits/seg) cabe en un CD de 650Mb, de esta manera cada vez que queramos una copia sacamos la señal por la tarjeta descompresora directo a la videocassettera. Imagínense que nuestro original sin sonido este en un VHS, para sacar una copia con audio habría que pasarlo a otro VHS para mezclar el sonido, deteriorándose inevitablemente nuestro original como la copia. Claro que todo esto funciona bien solo si es para verlo en un televisor (la misma calidad que una pelicula en DVD) no para proyectarse en una pantalla de cine.

Para darles una probadita de cómo se ven las animaciones aquí estan unos pequeños ejemplos:

Movimiento de altura-azimut del TIM (Maya), 320x240

AVI

MPG

Movimientos del espejo primario (Maya), 320x240

AVI

MPG

Animación promocional del TIM (3DS Max) con sonido, 100x72

AVI

Para ver las animaciones en AVI se necesita el codec de Indeo 5.1