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II Xornadas de informática gráfica e software libre. FIC 2007
Excepto los logotipos e imágenes, que son propiedad de sus respectivos autores o fabricantes
Herramientas de software libre para el desarrollo de aplicaciones de visualización 3D en tiempo real
Antonio Seoane ([email protected])
II Xornadas de informática gráfica e software libre. FIC 2007
Excepto los logotipos e imágenes, que son propiedad de sus respectivos autores o fabricantes
Contenido
Introducción
Herramientas de desarrollo de aplicaciones 3D– Frameworks– Scenegraphs– Motores gráficos
II Xornadas de informática gráfica e software libre. FIC 2007
Excepto los logotipos e imágenes, que son propiedad de sus respectivos autores o fabricantes
Introducción
• Visualización en tiempo real:
Implica generar al menos 15 imágenes por segundo
Permite la interacción con el usuario
• Visualización 3D en tiempo real:
Permite el desarrollo de nuevos tipos de aplicaciones y ofrece muchas ventajas: mayor realismo, mejor visualización, etc.
Campos de aplicación:• Videjuegos: mercado de gran importancia en el sector del entretenimiento• Simulación y entrenamiento• Educación o divulgación• Visualización científica: p.e. en medicina• Etc.
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Excepto los logotipos e imágenes, que son propiedad de sus respectivos autores o fabricantes
Introducción
¿Que software que interviene o necesitamos en el desarrollo de aplicaciones 3D?
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Introducción:Sistema Operativo
Sistema Operativo
Sistema operativo
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Introducción:Sistema Operativo
• Sistema operativo:
– Software libre: Linux, FreeBSD, etc.
– Software propietario: Windows, MacOS, etc.
– El SO permite el acceso al hardware gráfico mediante los controladores instalados en el sistema
– En el desarrollo de aplicaciones 3D:
• Cualquier SO habitual (al menos Linux y Windows) es bueno para el desarrollo de aplicaciones 3D de alta calidad
• Desde el punto de vista del software libre, hay SO abiertos, pero…:¿Existen controladores abiertos, con un buen rendimiento, que permitan el acceso al hw gráfico más potente y actualizados frecuentemente?
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Introducción:APIs
Sistema Operativo
API
APIs (Application Programming Interfaces)
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Introducción:APIs
• APIs para el desarrollo de aplicaciones gráficas:
– Proporcionan un conjunto de funciones para dibujar geometría, y especificar su apariencia (color, textura, etc) utilizando para ello el hw gráfico del sistema
– Dos alternativas:
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Introducción:APIs
• DirectX (www.microsoft.com/directx)
– Desarrollado por Microsoft
– Software cerrado pero gratuito
– API más utilizado en el desarrollo de videojuegos
– Versiones más recientes:• DirectX9 (Windows XP o Vista)• 2006: DirectX10 (requiere Windows Vista)
– El diseño de DirectX10 se realizó en conjunto con desarrolladores de hardware, especialistas en visualización, desarrolladores de juegos; con el fin de solucionar los cuellos de botella más importantes y cubrir las nuevas necesidades de los desarrolladores
– Actualmente es el API más evolucionado
– Mucho software libre está desarrollado sobre DirectX
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Introducción:APIs
• DirectX
Ventajas:
• Evolución rápida
• API muy completo y documentado
• Lenguaje para el desarrollo de shaders muy potente (mucho más completo que el de OpenGL)
Inconvenientes:
• No es portable, sólo para desarrollar aplicaciones sobre Windows o Xbox
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Introducción:APIs
• OpenGL (http://www.opengl.org):
– Desarrollado por SGI
– Especificación abierta, pero normalmente la implementación utilizada es cerrada y proporcionada por el desarrollador del hardware
– Portable: Windows, Linux, FreeBSD, MacOS, Irix, HP-UX, etc.
– Versión más reciente: OpenGL 2.1
– Muy utilizado en simulación y en el desarrollo de aplicaciones científicas, principalmente porque:
• Las máquinas utilizadas hace años en simulación no utilizaban Windows y no había hardware gráfico de consumo potente
• Fue el primer API gráfico y debido a que se trata de una especificación abierta, fue adoptada rápidamente por los fabricantes
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Introducción:APIs
• OpenGL:
Ventajas:
• Portable• Especificación abierta• Bien documentado
Inconvenientes:
• Debido a la política de añadir extensiones comunes y de fabricantes comunes: – API confuso, debido al conjunto de tokens repetidos y extensiones no compatibles– Necesidad de inicializar extensiones manualmente– Mucha burocracia en la evolución de la especificación
• Evolución lenta en los últimos años: DirectX ha evolucionado mucho más rápido• Evolución incierta:
– SGI deja el control del desarrollo de OpenGL en manos del Khronos Group– Muchos cambios futuros, y posibles nuevos estándares (OpenGL ES)
• Lenguaje de definición de shaders más limitado que el de DirectX
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Introducción:Framework, toolkit, scenegraph o engine
SO: Windows/Linux/MacOS
API: OpenGL/DirectX
Framework, Toolkit, Scenegraph, Engine
Framework, toolkit, scenegraph o engine:
– Proporcionan funcionalidades de alto nivel: visualización, carga de modelos 3D, etc
– Nos permite manejar una escena 3D y visualizarla
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Introducción:Aplicación
SO: Windows/Linux/MacOS
API: OpenGL/DirectX
Framework, Toolkit, Scenegraph, Engine
Aplicación
Aplicación:
– Funcionalidades específicas de nuestra aplicación
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Introducción
SO: Windows/Linux/MacOS
API: OpenGL/DirectX
Framework, Toolkit, Scenegraph, Engine
Aplicación
Pero ademas…
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Introducción
SO: Windows/Linux/MacOS
API: OpenGL/DirectX
Framework, Toolkit, Scenegraph, Engine
Aplicación
Pero ademas… la aplicación utiliza distintos tipos de datos: modelos 3D, texturas, escenas, shaders, etc.
DATOS
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Introducción
SO: Windows/Linux/MacOS
API: OpenGL/DirectX
Framework, Toolkit, Scenegraph, Engine
Aplicación
Y…
DATOS
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Introducción
SO: Windows/Linux/MacOS
API: OpenGL/DirectX
Framework, Toolkit, Scenegraph, Engine
Aplicación
Y… hay que crear dicho contenido:Necesitamos herramientas de creación de contenido digital (DCC)
DATOS
AplicacionesDCC
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Introducción:Creación de contenido digital
• Contenido digital de una aplicación 3D:
– La información visualizada es tan importante como la calidad de visualización
– Un motor con unas capacidades impresionantes no sirve de nada si no hay nada que mostrar
– El desarrollo del software libre se ha centrado en el desarrollo de herramientas para la visualización, pero no para crear el contenido que se visualiza
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Introducción:Creación de contenido digital
• Software de creación de contenido digital:– Genérico:
• Comerciales: XSI, Max, Maya, etc.• Código abierto: Blender, etc.
– Creadores de mundos: específicos de cada motor– Editores de shaders:
• Gratuitos: Nvidia FX Composer, ATI Rendermonkey
• Problema: escasísimo número de herramientas de software libre para la creación de contenido digital:– Blender es el más popular– No hay editores de shaders– Muchos motores gráficos de software libre, pero.. Sin herramientas de
edición de escenas o mundos (empiezan a aparecer ahora)
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Herramientas de desarrollo de aplicaciones 3D
• Requisitos de una herramienta avanzada para el desarrollo de aplicaciones de visualización 3D en tiempo real
• Generales: diseño orientado a objetos, documentacion, etc.• Scripting• Editores de escenas• Física: detección de colisiones, física de cuerpos rígidos, etc.• Iluminación avanzada: iluminación por pixel, etc.• Shaders: por vértice, por pixel, etc.• Gestión de escenas: niveles de detalle, culling, etc.• Animación: animación por claves, animación de esqueletos, deformación de
mallas• Visualización de terreno: CLOD, etc.• Efectos de post-procesado: bloom, noche, sepia, etc.• Soporte de Audio y Video• Sistema de Red• Inteligencia Artificial
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Herramientas de desarrollo de aplicaciones 3D
Frameworks
Herramientas de manejo de scenegraphs
Motores gráficos
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Herramientas de desarrollo de aplicaciones 3D:Frameworks
• Frameworks: entorno de trabajo que proporciona funciones de alto nivel para el desarrollo de aplicaciones
– XNA (www.microsoft.com/xna)• Desarrollado por Microsoft• Plataformas: Windows, XBox• API: DirectX• Lenguaje: C#• Gratuito, no software libre• Empiezan a aparecer proyectos software libre sobre XNA (http://www.codeplex.com)
– Ej: Raven XNA Game Engine• Otros proyectos:
– Blade3D (proyecto muy nuevo, licencia indefinida)
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Herramientas de desarrollo de aplicaciones 3D:SceneGraphs
• Scenegraphs– Que es un scenegraph?
• Estructura de datos jerárquica y reusable• Describe los objetos de una escena 3D y sus relaciones
– Tamaño, posición, orientación, propiedades, materiales• Se usan para visualizar escenas virtuales en motores de juegos, CAD,
visualización científica, simulación, modelado, etc.• Se centra en la representación de la escena y su visualización de forma
eficiente• No es un motor completo, suele ser parte de un de un motor de
visualización– Utilizados principalmente en aplicaciones científicas, simulación o como
base para un motor gráfico
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Herramientas de desarrollo de aplicaciones 3D:SceneGraphs
• Encuesta sobre scenegraphs (2005):– Realizada por el portal de la industria de simulación y entrenamiento
modsim (http://www.modsim.org)– ¿Cuál es tu scenegraph/software de generación de imágenes
preferido? 118 votos• OpenSceneGraph 50%• Vega 19.49%• OpenSG 8.47%• Tempest 5.08%• OpenGL (hecho a mano) 4.24%
– Datos de interés: • OpenGL Performer 1.69%• Directx (hecho a mano) 0%
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Herramientas de desarrollo de aplicaciones 3D:SceneGraphs
• Encuesta sobre scenegraphs (2005):– Realizada por el portal de la industria de simulación y entrenamiento
modsim (http://www.modsim.org)– ¿Cuál es tu scenegraph/software de generación de imágenes
preferido? 118 votos• OpenSceneGraph 50% Software libre• Vega 19.49%• OpenSG 8.47% Software libre• Tempest 5.08%• OpenGL (hecho a mano) 4.24%
– Datos de interés: • OpenGL Performer 1.69%• Directx (hecho a mano) 0%
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Herramientas de desarrollo de aplicaciones 3D:SceneGraphs
• Algunas herramientas para el manejo de scenegraphs
– Comerciales:• Performer (SGI) (http://www.sgi.com/products/software/performer/)• Vega (Multigen-Paradigm) (http://www.paradigmsim.com)
– Gratuitos:• NvSG
– Libres:• OpenSG• OpenScenegraph
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Herramientas de desarrollo de aplicaciones 3D:SceneGraphs
• NVIDIA Scene Graph (NVSG)– http://developer.nvidia.com/object/nvsg_home.html– Versión 2.1– Versión 3.2 Beta– Gratuito, no libre
OpenGL
API
GratuitoWindowsLinux
C++
LicSOLeng
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Herramientas de desarrollo de aplicaciones 3D:SceneGraphs
• OpenSG (http://opensg.vrsource.org)– Utilizado principalmente para visualización científica
OpenGL
API
LGPLWindowsLinux
C++
LicSOLeng
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Visualización de modelos con teselado de geometría a partir de curvas. Computer Graphics Group . Universidad de Bonn
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Visualización de terreno: Virtual Terrain Project (www.vterrain.org)
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Visualización volumétrica: V2
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Herramientas de desarrollo de aplicaciones 3D:SceneGraphs
• OpenSceneGraph (http://www.openscenegraph.org)– Utilizado en múltiples tipos de aplicaciones– Comunidad de más de 1000 usuarios– Basado en IRIS Performer
OpenGL
API
LGPLWindowsLinuxOSXIRIX
SolarisHP-Ux
AIXFreeBXD
C++
LicSOLeng
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Herramientas de desarrollo de aplicaciones 3D:SceneGraphs
• OpenSceneGraph
– Existen algunos editores/creadores de contenido:• OsgEdit (código abierto)• OsgDesigner
– Ventajas:• Diseño orientado a objetos, limpio y claro• Proyecto maduro, con un gran número de usuarios y muy buen funcionamiento• Un gran número cargadores de datos: 3ds, Collada, obj, etc. • Muchos plugins externos desarrollados:
– Animación con esqueletos: OSGCal (integración con Cal3D)– Integración con OpenAL, ODE, etc.– Etc.
– Mayor desventaja:• Documentación escasa, pero el código fuente, aunque no completamete, está bastante
bien documentado
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Herramientas de desarrollo de aplicaciones 3D:SceneGraphs
3DVRI (http://www.3dvri.com): proyectos de visualización de arquitectura
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Herramientas de desarrollo de aplicaciones 3D:SceneGraphs
Diosoft (http://www.diosoft.com): Pirates of the XXI century
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Herramientas de desarrollo de aplicaciones 3D:SceneGraphs
Simulador del Joint Strike Fighter (Patuxent River Naval Air Station)
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Simulador del Mig 21 desarrollado por SOKO (Zagreb)
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Herramientas de desarrollo de aplicaciones 3D:SceneGraphs
V-CAM (http://www.arsenal.it/VCAMe.htm): visualizador de regatas en tiempo real
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Herramientas de desarrollo de aplicaciones 3D:SceneGraphs
SANTI (VideaLAB)
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Herramientas de desarrollo de aplicaciones 3D:Motores gráficos
• Que es un motor gráfico:
– Además de la gestión de escenas, incorpora otras funcionalidades como:• Animación• Scripting• Inteligencia Artificial• Gestión de Audio y Vídeo• Sistema de Red• Editores• Sistemas físicos• Gestión de multiples scenegraphs• Etc.
– Se suelen utilizar para el desarrollo de juegos
– Muchísimos motores desarrollados (http://www.devmaster.net)
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Herramientas de desarrollo de aplicaciones 3D:Motores gráficos
• Motores desarrollados para un juego específico: – Unreal Engine (http://www.unrealtechnology.com)
• Epic Games Inc.• Versión 2
– Versión gratuita para fines no comerciales y sin poder distribuir el programa. Sin código fuente disponible
– Versión de pago para uso comercial con el código fuente disponible• Version 3 (Código fuente disponible, precio no público)
– CryEngine (http://www.crytek.com/technology/index.php)• Crytek (FarCry, Crysis)• Versión 1 (Precio no público, código fuente disponible)• Versión 2 (No disponible, se presentará en el mercado con Crysis)
– Source (http://developer.valvesoftware.com/wiki/Main_Page)• Valve (Half-Life 2)• Precio no público, código fuente disponible
– Etc.
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Herramientas de desarrollo de aplicaciones 3D:Motores gráficos
• Genéricos, no desarrollados para un juego específico: – RenderWare
• Criterion Software• OpenGL/DirectX• Precio no público, no distribuyen el código fuente• Productos: Crackdown (2007), The Godfather (2006), Scarface (2006),
Battlefield 2 (2005)– Torque
• Código fuente disponible• Precio $100-$495• Productos: Dreamlords (2007), RocketBowl (2004)
– Etc.
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Herramientas de desarrollo de aplicaciones 3D:Motores gráficos
Algunos motores gráficos de código abierto:
Delta3D
CrystalSpace
Ogre3D
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Herramientas de desarrollo de aplicaciones 3D:Motores gráficos
• Delta3D (http://www.delta3d.org)– Basado en OpenSceneGraph– Versión 1.4– Incorpora:
• Física: Open Dynamics Engine• Animación de personajes:
Character Animation Library• Audio: OpenAL
– Utilizado por empresas dedicadas a simulación
OpenGL
API
LGPLWindowsLinux
C++
LicSOLeng
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Herramientas de desarrollo de aplicaciones 3D:Motores gráficos
• Crystal Space (http://www.crystalspace3d.org)– Versión 1.0– Uno de los más antiguos (inicialmente funcionaba por software)– Utilizado en desarrollo de juegos comerciales
OpenGL
API
LGPLWindowsLinux
MacOS
C/C++
LicSOLeng
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Herramientas de desarrollo de aplicaciones 3D:Motores gráficos
Bonez Adventures (http://bonez-adventures.com/main.html)
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Herramientas de desarrollo de aplicaciones 3D:Motores gráficos
PlaneShift (http://www.planeshift.it/)
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Herramientas de desarrollo de aplicaciones 3D:Motores gráficos
Keepsake (http://www.keepsakegame.com)
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Herramientas de desarrollo de aplicaciones 3D:Motores gráficos
• Ogre (http://www.ogre3d.org)– Versión 1.4 [Eihort]– Comienzo del proyecto: 2001– 11 desarrolladores– Utilizado en el desarrollo de juegos comerciales
OpenGLDirectX
API
LGPLWindowsLinux
MacOS
C/C++
LicSOLeng
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Herramientas de desarrollo de aplicaciones 3D:Motores gráficos
• Ogre– Soporta OpenGL y DirectX– Proporciona muchas funcionalidades– Muy documentado: código bien comentado, mucha documentación, un
libro editado y tutoriales (www.digital-tutors.com)– Aplicaciones comerciales muy competitivas desarrolladas sobre Ogre– Muchos plugins desarrollados:
• Integración con motores de física: ODE, Newton, etc.• Otros
– Muchos exportadores: XSI, Max, Maya, Blender, RenderMonkey, etc.– Algunos editores en proceso: OgreStudio, oFusion, etc.– Evolución continua y rápida
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Herramientas de desarrollo de aplicaciones 3D:Motores gráficos
Bluefox
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Herramientas de desarrollo de aplicaciones 3D:Motores gráficos
Hereric Kingdoms: Reluctant Hero
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Herramientas de desarrollo de aplicaciones 3D:Motores gráficos
Nimble
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Herramientas de desarrollo de aplicaciones 3D:Motores gráficos
Ankh (http://www.ankh-game.de/). Desarrollado por Deck 13
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Herramientas de desarrollo de aplicaciones 3D:Motores gráficos
Ankh – Heart of Osiris (http://www.ankh-game.de/)
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Herramientas de desarrollo de aplicaciones 3D:Motores gráficos
Pacific Storm (http://www.pacificstorm.net/) de Lesta Studio
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Herramientas de desarrollo de aplicaciones 3D
• Principales diferencias software comercial/software libre
– Funcionalidades:
• Motores comerciales: soportan interacción, física, IA, etc.• Motores libres: se han integrado ya con motores específicos de física, de
audio o de animación, pero todavía es necesario integrar funcionalidades como IA, definición de la interacción, red, etc.
– Editores:
• Motores comerciales: editores de mundos, interacción, física, materiales, IA, etc.
• Motores libres: empiezan a aparecer las primeras herramientas de autor (P.e., en OpenSceneGraph o Ogre) pero falta mucho desarrollo por hacer
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Herramientas de desarrollo de aplicaciones 3D
• Principales diferencias software comercial/software libre
– Plataformas:
• Motores comerciales: Windows, Linux, MacOS, Playstation, PSP, X-Box, etc.
• Motores libres: Windows, Linux, MacOS, etc, pero no permiten desarrollar para consolas
– Visualización:
• Motores comerciales: debido a un mercado muy competitivo, sobre todo los motores desarrollados para un proyecto concreto suelen ser los más evolucionados e innovadores. P.e. CryEngine2
• Motores libres: no pueden competir con los motores más innovadores, pero su aplicación en proyectos comerciales de gran calidad demuestra que se pueden aplicar para desarrollar aplicaciones competitivas
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Herramientas de desarrollo de aplicaciones 3D
• Conclusión: Hay herramientas de software libre disponibles para el desarrollo de aplicaciones gráficas de gran calidad
• Principales esfuerzos a realizar en la comunidad de software libre:
– Desarrollo de herramientas de autor: pensando en desarrolladores y en artistas• Herramientas genéricas: Blender• Herramientas de edición de shaders• Herramientas de edición de mundos o escenas• Exportadores e importadores para herramientas existentes
– Integración de nuevas funcionalidades:• Inteligencia Artificial• Interacción• Sistema de red
– Soporte de nuevas plataformas: p.e. Xbox– Seguir evolucionando los motores existentes
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