6 Mental Ray 2009

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Modelado y Simulación Visual

con 3D Studio MaxApéndice A. Mental Ray

Javier Monedero

febrero de 2009

Índice1 Introducción y proceso básico ................................................................................ 3Proceso básico ...........................................................................................................................4

2 Materiales ................................................................................................................... 5Mapas.........................................................................................................................................5Parámetros del material Arch+Design de MR ............................................................................6

3 Luces de Mental Ray ................................................................................................. 93.1 Parámetros 1 a 5 (Generales, Intensidad/ Color/ Atenuación, Efectos avanzados,Generales de sombras, Átmosfera y efectos) ............................................................................93.2 Parámetros (6) específicos de sombras...............................................................................93.3 Parámetros (7) de luz de área............................................................................................103.4 Parámetros (8) de i luminación indirecta de mr...................................................................10

3.5 Parámetros (9) de sombreador de luz de mr .....................................................................104 Configuración del cálculo de iluminación ........................................................... 11

4.1 Renderer ............................................................................................................................114.2 Renderizador/ Iluminación indirecta ...................................................................................124.3 Processing ..........................................................................................................................144.4 Cáusticas............................................................................................................................14





Modelado y Simulación Visual con 3D Studio Max. Javier Monedero. 2009

Apéndice 1. Mental Ray 3

En 3D Studio Max pueden cargarse otrosmotores de render si se han instalado previa-mente como plug-ins. Esto abre una ampliavariedad de opciones que van evolucionandocon rapidez, desde motores de render famososya hace años, como RenderMan o Mental Rayhasta sistemas más recientes como Brazil,Final Render o V-Ray. Hay otros, como elpropio de Lightscape (última versión, 3.2) quese han incorporado parcialmente a 3D StudioMax. Puede encontrarse información sobreestos u otros sistemas, en Internet. Para dar una idea de lo que esto supone incluimos unbreve comentario adicional sobre alguno delos mencionados.

Mental Ray es una compañía fundada en1986 (www.mentalimages.com) y que desdeprincipios de los 1990 ha colaborado estrecha-mente con los principales programas de mod-elado y simulación 3D: con Wavefront y SoftImage (desde 1993), 3D Studio (desde 1997,con un acuerdo para incluir una licencia desde1999) o Maya (desde 2002). Incluye, desdesus inicios, ray tracing y radiosidad y diversossistemas de mejora de los tipos de luz y shad-ers además de acelarar considerablemente eltiempo de cálculo. Está plenamente integrada

en las últimas versiones de Max y Maya.Los shaders utilizados en Max estánelaborados por la propia compañía ("mentalimages", .mi), por 3D Studio y por otra com-pañía denominada Lume (California, 1996,wwwlume.com).

FinalRender está producido por CebasComputer (www.finalrender.com) que desar-rolla plug-ins para 3D Studio y otros programasdesde 1989. Incorpora igualmente radiosidady raytracing además de otros complementoscomo efectos cáusticos, reflexiones y refrac-ciones mejoradas y, entre otras cosas, untipo de luz cilíndrica que es particularmenteadecuado para representar tubos fluorescen-tes. Es rápido y su mayor limitación era, hastahace poco, que no estaba optimizado para lasúltimas versiones de Max.

Brazil Rendering System (de SplutterFishLLC, www.splutterfish.com) está disponibledesde noviembre de 2001 (a un coste másbien elevado, de unos 1.500$), está adecuadoplenamente a Max/Viz e incorpora, además deradiosidad y ray tracing, un sistema de luces

propias, con efectos cáusticos, reflexiones yrefracciones mejoradas, etc.

Virtual Ray (de Chaos Goup, www.chaos-group.com) es otro plug in surgido reciente-mente y del que se da información más ampliaen otro apéndice.

1 Introducción y proceso básico

La versión de Mental Ray (MR) incluida enMax permite generar simulaciones para ilu-minación global, raytrace y efectos cáusticos.Está optimizado para varios procesadores. Losformatos aceptados son mi2 y mi3.

La intensidad de iluminación se controla,

igual que en las luces estándar, con un multi-plicador. No se utilizan unidades físicamentecorrectas, como en radiosidad pero puedenutilizarse luces fotométricas. Los cálculos deiluminación global pueden realizarse mediantedos técnicas específicas, que dan resultadosque pueden ser considerados como relativa-mente correctos desde el punto de vista dela iluminación. Final Gather (FG) y Photon

Mapping (proyección de fotones). Los mejoresresultados se obtienen combinando las dostécnicas. Hay una tercera técnica, Ambient

Occlusion (AO), que da resultados físicamenteincorrectos pero realistas.FG (Final Gathering ) no es propiamente GI

(Global Illumination) sino una estimación dela GI a la que se llega envolviendo un puntode un objeto de la escena en un hemisferiovirtual. Este punto de muestra se denomina“final gather point”. El hemisferio se muestreaenviando rayos en las direcciones apropiadasque computan la información lumínica de lassuperficies de los objetos, escogiendo, engeneral, otros “final gather points” para reducir el coste de computación. Si existe un mapade fotones, se utiliza esta información lo quetambién reduce el tiempo de cálculo.

La principal diferencia entre FG y otrossistemas de GI (Global Illumination) es que losrayos utilizados en el proceso no se originanen la cámara o en la luz, com en la mayoría deotros sistemas, sino en la propia geometria.

El uso de FG es particularmente apropiadoen escenas con iluminación difusa en que lasvariaciones de iluminación se dan de un modosuave y continuo. En estas escenas, con final




Apéndice 1. Mental Ray

gather se reducen defectos característicos dela proyección de fotones, el ruido en zonas detransición tales como esquinas obscuras, etc.

En combinación con proyección de fotonespermite reducir el número de fotones pues pu-ede interpolar adecuadamente los valores deiluminación entre puntos cercanos.

Puede utilizarse sin proyección de fotones,como un sistema autónomo. En este caso, sólocomputa el primer rebote de los rayos pero sino se necesita una estimación muy exacta dela iluminación en cada punto puede ser sufici-ente y resulta más sencilla de utilizar aunquees más lento.

Con la versión 3.4 de mental ray (Max 9) se

ha cambiado el algoritmo y basta con la mitadde los rayos que en versiones anteriores.

La tercera técnica mencionada, Ambient Oc-

clusion, se utiliza exclusivamente para simular el modo en que los objetos se obscurecenligeramente al acercarse a otros (lo que esparticularmente notorio en las esquinas) debidoa la oclusión que el objeto cercano ejerce sobrela iluminación general de la escena. Al activar AO, se genera un mapa de grises basado enlo que cada punto computado puede ver delconjunto de la escena. Este mapa se utiliza de

diversos modos, combinándolo con la infor-macion general de iluminación directamente oindirectamente, mediante procesos de postpro-ducción (compositing ).

Para utilizar Mental Ray hay que cambiar elmotor de Render, al igual que con cualquier otro plug in general. Esto puede hacerse des-de la sección Render Scene/Common/Assign

renderer o escogiendo alguno de los Presets que hay en la parte inferior de este cuadro dediálogo.

Cuando se utiliza Mental Ray como motor derender la representación no se hace por líneascomo en el motor de render predeterminado por defecto para Max (scan line) sino por bloquesdenominados “depósitos” (buckets). El ordenvaría según el método escogido que, por defec-to, es tipo Hilbert (según grado de dificultad).

Admite, en la versión que estamos descri-biendo (9.0), pero no en todas las anteriores,luces fotométricas, todos los tipos de render (por región, por seleccionado, etc.) y los mapasy materiales de raytrace. Hay, por otro lado,algunas limitaciones: no admite transparencias

superpuestas, desenfoca los mapas de bitsutilizados como fondo, puede dar problemas alrepresentar objetos de espesor 0 (por esto esmás recomendable usar objetos con espesor).Tampoco admite algunos materiales (pocoutilizados por otra parte y puede dar algúnproblema con algún tipo de bitmap.

Proceso básico

Para trabajar con Mental Ray hay que seguir una serie de pasos que, en lo fundamental, sonlos mismos que si se utiliza el renderizador pre-determinado de Max pero con algunas variantes

que es preciso tener en cuenta.

1 Cambiar el renderizador predeterminado aMental Ray

2 Crear luces de MR o que se reconozcan por MR.

3 Definir materiales de Mental Ray si interesahacerlo.

4 Especificar los valores iniciales de renderi-zación. Probar. Ajustar los valores finalesde renderización.

En primer lugar, por tanto, es necesario activar Mental Ray. Para ello ir al Menú Renderización/

Render/ Común/ Asignar renderizador y esco-ger Mental Ray como renderizador. Con estocambiará el contenido del Cuadro de diálogoRenderizar escena que cuenta con cinco sec-ciones. Dos de ellas permanecerán sin cambios(Común y Renderizar elementos). Las otrastres (Renderizador, Ray trace e Iluminaciónavanzada) serán substituidas por las propiasde Mental Ray: Renderizador (de igual nombrepero contenido distinto a la anterior), Procesa-miento e Iluminación indirecta.

Las luces tipo Mental Ray pueden crearse yajustarse aunque no se haya dado este pasoprevio aunque es de suponer que si se creanluces de Mental Ray es para utilizarlas con esterenderizador.





2 Materiales

Si se utiliza Mental Ray como renderizador aparecerán nuevos materiales y mapas en elEditor, que se distinguen por ir precedidos de unicono amarillo. Se puede utilizar directamenteun material de Mental Ray o como un materialañadido a un material Standard de Max. Eneste segundo caso los shaders propios de MRestarán disponibles en una sección adicional,mental Ray Connection, al final de las seccionescorrientes de un material estándar.

Los materiales disponibles en la versión 9 deMax son los siguientes: Arch&Design. Es una variante reciente que

incluye plantillas para la mayoría de los materia-les utilizados corrientemente en arquitectura ydiseño. Ver el resumen que sigue más abajo.Car Paint Material . Es un material especializadopara simuar reflejos metálicos.DGS . Simula el comportamiento físico de unmaterial mediante parámetros propios de lastres propiedades básicas Difusión, Brillo y Es-pecularidad (Diffuse, Glossy, Specular).mental ray . Es un material de uso generalcon contenedores para los diez shaders queincorpora mr.

SSS (Sub Surface Scattering , con cuatro va-riantes). Se utiliza pra simular piel y materialesorgánicos en los que más de una capa super-ficial es perceptible.

Hasta esta versión, los más utilizados en ar-quitectura eran el material mental ray, el másgeneral y DGS (Diffuse, Glossy, specular). Apartir de esta versión la opción más recomen-dable es sin duda Arch&Design, que es la únicaque se resumirá aquí.

Las reflexiones y refracciones con MentalRay están incorporadas directamente a laspropiedades de los materiales. Si un materialtiene un factor de reflexividad o de transmitanciasuperior a 0.0 (y un índice de refracción distintode 1 en este último caso) los rayos se desviaránhasta encontrar otro objeto. El número de vecesque el rayo se desvía depende de un factor global de profundidad. Esto se especifica, demodo similar al motor de render de Max, desdeel cuadro de diálogo de Render. En el caso deMental Ray los parámetros correspondientesestán en el Render/ Renderer/Rendering Al-gorithms/Ray trace. Estos parámetros son los

siguientes (con los valores por defecto entreparéntesis).— Enable (act). Si se desactiva, se suprimen

las reflexiones y refracciones.— Use Autovolume (desact). Se utiliza úni-

camente para casos tales como el pro-cesamiento de volúmenes de luz que seintersceccionan.

— Method (BSP ). La opción por defecto (BinarySpace Partitioning) es la más adecuada y lamás rápida para un usuario individual. Lasotras dos alternativas, Grid y Large BSP seutilizan en trabajos profesionales con mul-tiprocesadores. Los parámetros Size (10) yDepth (40) se corresponden suficientemente

bien con este método y no habrá necesidadde cambiarlos.

— Trace Depth. Max reflection (6) especificael número máximo de rebotes de los rayosreflectantes. Max refraction (6) el de rayosrefractantes. Max Depth (6) la combinaciónde los dos: si están fijadas en 6 cada una deellas no se cuenta 12 si no que se suprimela 7ª, sea reflexión o refracción.

Como se decía más arriba, los materiales Men-tal Ray y DGS, los más utilizados en versiones

anteriores, pueden ser substituidos con ventajapor el nuevo material Arch+Design que contie-ne parámetros para la mayoría de los efectosque interesa crear y una buena colección deplantillas.

Mapas

Con Mental Ray aparecen también nuevos ma-pas. La lista completa, con un resumen mínimoes la siguiente. Entre paréntesis se indica labiblioteca en que está el mapa correspondien-te. Muchos de los efectos proporcionados por estos mapas ya están incluidos en el materialArch&Design. Ambient /Reflective Occlusion. Simula efectosde atenuación.Bump (3dsmax ). Es similar al de Max. Requiere

estar incluido en una Lista de sombreado-res

Car Paint Shader simula reflejos metálicosespeciales.

DGS Material (3dsmax ). Es una versión abre-viada del material DGS descrito más arriba





lo que permite utilizarlo como subcompo-nente.

Dielectric se utiliza para simular efectos en ma-

teriales dieléctricos como agua o cristal.Edge (lume). Permite simular bordes rugosos

que aparecen lisos cuando se utiliza unmapa de relieve (bump).

Façade (lume). Se utiliza para simular geome-tría compleja con caras 2D con la ventajade que que rota la cara para alinerla contracámaras, luces y superficies reflectantes demodo que se soluciones los errores caracte-rísticos de este tipo de simulaciones.

Glass (lume). Es similar al material del mismonombre pero incluye más parámetros y

permite simular las propiedades del vidrio,incluyendo reflexiones Fresnel, sobras decolor, etc.

Glow (lume). Se utiliza para simular el resplan-dor interno de un objeto luminoso.

Landscape (lume). Se utilza para simular texturas que se adaptan a una superficiemodificándose en función de parámetrostales como la pendiente, la altura o las irre-gularidades.

Material to Shader . Permite utilizar como som-breador un material normal de Max.

Metal (lume). Es una versión mejorada y mejor

adaptada a Mental Ray del sombreador delmismo nombre de Max.

mr Physical Sky crea un mapa de entornoprocedural que simula el cielo según coor-denadas específicas.

Ocean (lume). Simula olas sobre una superficiede agua.

Opacity (base). Mapa de opacidad versiónMR.

Reflect (base). Mapa de reflexión versión MR.Refract (base). Mapa de refracción versión

MR.

Stain (lume). Se utiliza en combinación conotros sombreadores. Define un área, sobreun objeto, sobre la que se aplica el sombrea-dor que viene a contiación.

Translucency (lume). Simula el efecto de unmaterial translúcido (tal como una pantallade una lámpara).

Transmat ( physics). Es un sombreador auxiliar que se utiliza para envolver un objeto o partede la escena.

Transparency (base). Mapa de transparencia.Two-Sided (base). Mapa de doble cara.

UV Generator (3dsmax ). Devuelve valores decoordenadas 2D. Se utiliza para ajustar va-lores de mapas 2D del mismo modo que la

sección “coordenadas” de los mapas 2D.Water Surface (lume). Simula las diferencias

en el aspecto del agua que dependen delángulo de visión.

Wet -Dry Mixer (lume). Simula las modifica-ciones de la textura o el color de un objetohúmedo.

XYZ Generator (3dsmax ). Devuelve valoresde coordenadas 3D. Se utiliza para ajustar valores de mapas 3D del mismo modo que lasección “coordenadas” de los mapas 3D.

Parámetros del material Arch+Design de MR

Los parámetros que siguen se modifican au-tomáticamente al escoger alguna de las plan-tillas predeterminadas incluidas en la primerasección.

Los parámetros van de 0.0 a 1.0 si no seindica otra cosa. entre paréntesis se dan losvalores predeterminados.

a) Parámetros principales

Diffuse. Al igual que con los materiales es-tándar, este componente puede tener sólocolor, que se especifica directamente medi-ante el icono de acceso al selector de colo-res, o un mapa asociado al que se acccedemediante el pequeño que está en blanco sino hay mapa o muestra una "M" si hay unamapa asociado (o una "m" si hay mapa peroestá desactivado). Diffuse level (1.0) controlala contribución del componente difuso quees total por defecto (1.0) o puede reducirsehasta anularse (0.0). Roughness (0.0)controla la rapidez con que el componentedifuso se mezcla con el componente de am-biente lo que se traduce en cierto grado derugosidad (poco apreciable). Si se escoge"glossy finish" en la lista Templates, estevalor cambia a 0.0. Si se escoge "matte fin-ish" cambia a 0.2.

Reflection. Reflectivity (0.6), define el nivelde reflexión del material (0.0 es mate y 1.0especular). Color o mapa de reflectividadhacen que el contenido de la zona especu-lar varíe. El color es blanco, por lo general.Si se escoge un mapa, la zona reflectante





mostrará el mapa. En materiales brillantespero con texturas marcadas, como el bronce,esto mejora la simulación. Glossiness (1.0)

concentra o dispersa el brillo especular (0.0lo disepersa por completo). Glossy samples (8.0) controla el número de muestras que setoman para calcular las reflexiones. Paraobtener mejores resultados, más suaves,en vistas cercanas puede convenir subirlohasta 32. Fast (interpolate), acelera el cál-culo a costa de la precisión. Si se mantienedesactivado, el tipo de interpolación se con-trola desde la sección correspondiente, másabajo. Highlights+FG only fuerza al motor ano tener en cuenta más que los cálculos que

afectan a las zonas brillantes y a los valoresdados por Final Gather (ver más adelantelos tipos de cálculo de iluminación). Si nohay objetos reflectantes en primer planoacelera los cálculos sin pérdida apreciablede calidad. Es recomendable utilizar estaopción con valores bajos de Glossiness,por ejemplo por debajo de 0.4 o 0.3 ya quelos reflejos serían inapreciables en estoscasos. Metal material hace que, si se activa,se tome más en cuenta la contribución delcolor local a la reflexión especular, tal comoocurre con los metales.

Refraction. Transparency (0.0) especifica elgrado de transparencia. Color de trans-parencia o mapa define el color de latransparencia. Glossiness (1.0) y Glossy samples (8.0) tienen el mismo sentido quecon reflexión. Fast interpolate otro tanto.IOR (Index Of Refraction) define el índicede refracción).

Translucency es una variante de la transpar-encia en que se produce una dispersióninterna. Weight (0.5) especificia la cantidadde transparencia que se usa como factor de

traslucidez (si es 0.0 toda la transparenciaes traslúcida, si 0.5, la mitad). Color , es elcolor de la traslucidez.

Anisotropy, tiene el mismo sentido que conlos materiales estándar de Max. Rotation equivale al parámetro "orientación" de losmateriales estándar de Max. Automatic /Map Channel da la opción de asignar anisotropíaa canales concretos.

b) BRDF (Bidirectional Reflectance Distribution

Function) permite ajustar las reflexiones Figura 2.1 Interface del material Arch&Design





según el ángulo de observación.La opción By IOR (Fresnel) hace que este

ajuste dependa exclusivamente del índice

de refracción como ocurre en materialesdieléctricos como el agua o el vidrio.

La opción Custom Reflectivity Function permiteajustar una curva determinada para contro-lar la BRDF. El valor dado para 0º define laintensidad de la reflexión cuando la cámara(o la vista) está situada perpendicularmentea la superficie y el dado para 90º cuando lacámara es paralelar a la superficie. La curvadefine el tipo de transición entre ambosextremos. En materiales como los metalesse requiere una curva tal que con 0º el valor

sea alto (0.8 a 1.0). En materiales como lamadera laqueada se requiere una curva conuna valor a 0º más bajo (de 0.1 a 0.3).

c) Special Effects

Ambient Occlusion permite simular el efectode oclusión ambiental. Samples (16) con-trola el número de muestras que se to-man para simular este efecto. Puede ser necesario elevarlo a 32 o 64 para casosespeciales. Max Distance define el radiocon que se rastrean los objetos que puedencontribuir a la oclusión. Si se aumenta este

valor mejora el resultado pero también eltiempo de cálculo.

Use AO as Detail Enhancement for GI/FG,

aplica una AO de corta distancia y lo com-bina con los valores derivados del cálculo deIluminación Global. Los resultados puedenmejorar notoriamente.

Shadow color controla la obscuridad de lassombras propias de AO. Suele ser prefer-ible un tono gris obscuro antes que unnegro aunque todo depende de los casosconcretos.

Custom/Global permite cambiar el valor pre-determinado para el color de la luz ambiente(custom) por global. Dejarlo como está.

Round corners se utiliza para redondear lasaristas con un radio de fileteado especifi-cado. Si se activa la casilla Blend with other materials este efecto de redondeado seaplica también a materiales adyacentes.

d) Advanced Rendering Options

Contiene parámetros adicionales para Reflex-iones y Refracciones, principalmente, Max

Distance y Max Trace Depth que . Así comocontroles adicionales para Transparenciasy multiplicadores ligados a los cálculos de

iluminación indirecta.

e) Fast Glossy Interpolation

Depende de que se haya activado la casilla cor-respondiente en la sección de parámetrosprincipales. Si se mantiene desactivadoa,rigen los parámetros de esta sección quedeterminan el tipo de interpolación. Cuantomayor sea la "grid density" (1/2 predetermi-nado) más preciso será el cálculo. A menudoserá recomendable subir este valor a "1(same as rendering)" para que los bitmaps

se representen con precisión. Si se activa"high detail distance" con un valor adecuadola interpolación se se aplicará a objetos queestén por debajo de la distancia especifica-da. Pero las diferencias serán inapreciablesen la mayoría de los casos.

f) Special Purpose MapsIncluye mapas de Relieve (Bump), Desplaza-

miento, Cutout (remueve partes del objeto,se aplica principalmente para la simulaciónde figuras), Environment y Additional Color /

Self Illum (utilizado para materiales conautoiluminación).

g) General Maps

Incluye todo tipo de mapas a los que se puedeacceder directamente mediante los atajos di-rectos de los parámetros anteriores (Difuso,Reflectante, Refractante, etc.)

h) DirectX Manager

Da acceso a shaders de Direct X.

i) Mental Ray Connection

Es la misma sección que encontramos encalquier material de Max, con opciones paraCásuticas y GI y Shaders extendidos (Volu-men, Contornos, Light maps…).





3 Luces de Mental Ray

Las luces de mental ray se pueden crear direc-tamente, con el procedimiento corriente paracrear luces. Se encuentran al final de las lucesestándar. Para crearlas ir al Panel Crear/ Luces/Estándar y escoger los tipos mr. Pero a dife-rencia de las estándar corrientes no es posibleconvertir directamente de un tipo a otro.

La luz mr omnidireccional de área emite luzdesde un punto, en todas direcciones, y secomporta exactamente igual que la luz omniestándar. Requiere que esté activado MentalRay como renderizador, si no es así se com-porta como una omni estándar.

La luz mr focal de área emite luz desde unpunto, en una dirección determinada, limitadapor un cono, un cilindro o una pirámide, y secomporta exactamente igual que la luz focalestándar. Requiere como la anterior que estéactivado Mental Ray para sacar partido de suspropiedades adicionales.

Los parámetros disponibles son, en principio,los mismos que con las luces estándar (Gene-rales, Intensidad/ Color/ Atenuación, Efectosavanzados, Parámetros generales de sombras,Parámetros específicos de sombras. Pero hay

tres más, específicos de Mental Ray, que sedescriben a continuación.Además de estas dos hay también una mr

sun y una mr sky que substituyen a las corres-pondientes en los sistemas de luces diurnascon parámetros específicos de control de la in-tensidad y parámetros específicos para simular efectos atmosféricos a través de un shader deentorno, mr physical sky .

3.1 Parámetros 1 a 5 (Generales,Intensidad/ Color/ Atenuación, Efectos

avanzados, Generales de sombras,Átmosfera y efectos)

Estos parámetros son iguales que los de lasluces estándar.

3.2 Parámetros (6) específicos desombras

Mental Ray sólo admite dos tipos de sombras:Raytrace y Mapas de sombras de mental ray

Parámetros demr Area Omni

Parámetros demr Area Spot

Figura 3.1 Luces mr





(mental ray shadow map). Si se utilizan losotros tipos no se tienen en cuenta y el algoritmoutilizado es ray trace de Mental Ray.

Si en una luz mr se activan las sombras apa-rece, en la lista desplegable, un tipo por defecto,Sombras de Ray trace y otros cuatro tipos: Raytrace avanzado, Sombras de área, Mapa desombras y Mapa Sombra de mental ray. Perosólo los dos mencionados son adecuados

Ray trace con mr . Los parámetros son losmismos que en las luces estándar (alteración,sombras de 2 lados y Máxima profundidad delárbol cuadrático).

Mapa Sombra de mr . Tiene tres parámetrosque son básicamente los mismos que en las

luces estándar: a) Tamaño de mapa (512),que define la resolución del mapa, b) Rango de muestra (0.01) que genera sombras de bordesmás suaves en función del valor especificadoque determina el área del mapa que se elimi-nará. Para valores superiores a 0.0 el númerode muestras debe ser también superior a 0, c)Muestras (4): define el número de muestrasque se eliminarán de un mapa de sombras algenerar sombras suaves.

3.3 Parámetros (7) de luz de área

La casilla On sirve para encender o apagar laluz, igual que en las demás luces. Si se marcala casilla Mostrar icono en el renderizador ,aparecerá una zona obscura en donde se en-cuentre la luz de área. La lista de Tipo permiteescoger entre Esfera o Cilindro. En el caso deuna Esfera se puede definir, a continuación, suradio, en unidades de la escena. Y, en el casode un Cilindro, su radio y su altura. Al ajustar estos valores aparece temporalmente un gizmoen el visor. El grupo Muestras permite ajustar la calidad de las sombras a partir de una mayor o menor subdivisión del volumen virtual de laluz de área cuantificada en coordenadas U yV. Cuanto mayor sea la subdivisión (5x5 por defecto) mayor será la calidad de las sombrasa costa de mayor tiempo de cálculo.

3.4 Parámetros (8) de iluminaciónindirecta de mr

La casilla Usar configuración global , activada

por defecto, hace que se tengan en cuenta losvalores de los Multiplicadores globales y seanulen los Locales. Si se desactiva, el efectoes el inverso y estos ajustes pueden hacersepara cada luz de modo independiente. Es unaopción que rara vez se utiliza. Ver la descrip-ción de estos parámetros más adelante, en lasección de Iluminación avanzada.

3.5 Parámetros (9) de sombreador deluz de mr

El término “sombreador” (shader ) se utiliza enMax, como ya hemos visto, para designar un

tipo de algoritmo que especifica como respondeuna superficie a la luz. En Mental ray tiene unsentido más genérico y se refiere a cualquier algoritmo utilizado al hacer un cálculo de render.En el caso de luces, esta opción permite añadir shaders especiales a las luces. Son opcionescon escasa aplicación en arquitectura y no seusarán en este curso.





4 Configuración del cálculo deiluminación

Al activar Mental Ray como renderizador cambiará el contenido del Cuadro de diálogoRenderizar escena que cuenta con cinco sec-ciones. Dos de ellas permanecerán sin cambios(Común y Renderizar elementos). Las otrastres (Renderizador, Ray trace e Iluminaciónavanzada) serán substituidas por las propiasde Mental Ray: Renderizador (de igual nombrepero contenido distinto a la anterior), Ilumina-ción indirecta y Procesamiento.

4.1 Renderer

Tiene cuatro secciones principales.En Sampling Quality se ajustan los paráme-

tros de muestreo y antialiasing. El número deSamples pero Pixel es el parámetro principalen el que se especifica el número de muestrasque hay que tomar por cada pixel. Los valoresMin/ Max van de 1/64 a 1024. Comenzar por valores bajos para pruebas (por ejemplo 1/16 a1/4) e ir aumentando progresivamente.

Los tipos de filtro son una selección de los

principales que ya se encuentran en Max:Box (que utiliza un prisma como curva dedistribución) es el más rápido pero también elque puede, en algunos casos, reducir el nivelde detalle. Gauss suaviza los resultados deun modo más ponderado, con una velocidadmedia. Triangle es algo mejor que Box y algomás lento. Mitchell (que utiliza una curva dedistribución más eficaz) es más preciso peromás lento; puede hacer que zonas de pocaresolución queden mejor definidas. Pero tener en cuenta sin embargo que las diferenciasresultarán inapreciables en la mayoría de loscasos.

Los valores de umbral de contraste espacialpermite reducir o aumentar este umbral demodo que se tomen más o menos muestrascuando varían los colores de los objetos (por efecto de una luz rasante o un cambio de cur-vatura).

Las Opciones se utilizan principalmente paraanimación (lock samples o jitter) y para cambiar el tamaño de las "bolsas" (buckets) que se pro-cesan durante el proceso de rendering.

En Rendering Algorithms se puede elegir

el método de renderización (scan line, ray traceo ambos) y ajustar determinados parámetrosdel cálculo de ray tracing. Conviene comprobar los valores máximos de rebote en escenas conmuchos reflejos. Los grupos Scanline y Raytracing contienen los parámetros específicospara estas opciones.

En Camera Effects se pueden añadir efec-tos de desenfoque en animaciones (MotionBlur), simulación de efectos de desenfoqueen profundidad (Depth of Field), simulación decontornos dibujados y otros.

En Shadows & Displacement hay controlesadicionales para el cálculo de sombras, quepermiten ajustar o desactivar los cálculos desombras por shadow map o ray tracing. Con-tiene también controles adicionales para losmapas de desplazamiento.

Figura .1 Interface del Renderer de MR





4.2 Renderizador/ Iluminaciónindirecta

Tiene dos secciones principales.

1. Final Gather (Recolección final).El grupo Basic contiene una serie de parámet-ros que controlan la precisión del cálculo y quepueden ajustarse automáticamente mediantelos Presets que figuran en la parte superior yque proporcionan 5 niveles, de menos a más(Draft, Low, Medium, HIgh, Very High). Si seescoge Custom se supone que los valoresserán personalizados.

El Multiplicador y el icono de color permiten

modificar la intensidad y el color de la ilumina-ción indirecta global.

Initial FG Point Density (1.0) permite con-trolar la densidad de los puntos iniciales. Sise aumenta este valor aumenta el número depuntos que se envían a la escena desde lageometría. EStos puntos se distribuyen de unmodo regular (alrededor de uno por cada 10pixels para una densidad de 1.0) y dependende la resolución. Aumentar la densidad si senecesita más detalle.

Con Rays per FG point (250) se determina

el número de rayos que se envían por cadapunto para computar la iluminación indirectacorrespondiente (este valor se ha reducido enla versión 9.0 de Max). Aumentar el númerode rayos si la escena tiene un contraste alto ynecesitamos que los gradientes de intensidadestén bien representados. Un valor en torno a100 puede ser suficiente para escenas de bajocontraste. Pero una escena de alto contrastepuede requerir 1.000 o incluso 10.000.

El valor Interpolate Over Num FG Points especifica el máximo número de puntos que setomarán en consideración de los que rodean alque se calcula (substituye a los parámetros de"radio máximo" y "radio mínimo" de versionesanteriores, en las que el valor 1.0 como Radiomáximo abarcaba toda la escena y la reducciónde este valor aumentaba la calidad. El valor de Radio mínimo sólo estaba disponible si seactivaba el anterior y su valor por defecto erade un 10% del máximo. Aumentar este valor para suavizar las transiciones.

Con Diffuse Bounces se especifica el númerode rebotes (0 por defecto) que se computanpara cada rayo. Weight (1.0) controla la contri-

Figura .2a. Interface de Iluminación Indirecta de MR.

Final Gather (FG)

Initial FG

Point Den-sity

Ray per FG

Point

In te rpo la te

over Num of FG Points

Draft 0.1 50 30

Low 0.4 100 30

Medium 0.8 250 30

High 1.5 500 30

Very High 4.0 10.000 100

Figura .2b. Valores predeterminados de configuración

de Final Gather (FG)





bución relativa de los rebotes a la solución final.Aumentar este valor en escenas con rinconesque quedan demasiado obscuros.

El grupo Final Gather Map permite grabar los resultados del cálculo en un archivo externo(Write) o leerlos posteriormente (Read).

El grupo Advanced incluye parámetros parafiltros adicionales y para limitar el número dereflexiones y refracciones o ambas. En FG Point

Interpolation group se proporcionan controlesadicionales de procesamiento especificandoradios máximos y mínimos.

2. Cáusticas e Iluminación global (GI).Hay 7 grupos pero comenzaremos por el prin-

cipal, iluminación Global.El grupo Iluminación Global contiene un

multiplicador y un modificador de color similaresa los de FG. El valor de Maxim Num Photons per

sample (500) determina el número de fotonesmáximo que se enviarán para cada muestra.Es conveniente comenzar por valores bajos,por debajo de 100, e ir aumentando. Pero tener en cuenta que aumentar este valor suaviza elresultado pero también disminuye la precisióndel enfoque. Si se quiere obtener resultadosprecisos habría que aumentar el número de

fotones, no el número de muestras interpola-das. Maximum Sampling Radius (desactivado)permite especificar un valor para el radio (1.0por defecto) de los fotones. Si no se especifica,se toma un valor que suele ser del orden del10% de la escena. Con Merge Nearby Photons

se optimiza memoria, haciendo que los fotonesque estén a una distancia inferior a la dadapor el valor de umbral se fusionen (el valor por defecto, 0.0 equivale a desactivar estaopción). Optimize for FG (slower GI ) almacenainformación adicional para cada fotón (valoresde iluminación de sus vecinos) lo que hace elcálculo de IG más lento pero, si se utiliza IG encombinación con FG, reduce el tiempo total.

El grupo Caustics, si se activa (tiene quehaber objetos adecuados: al menos un objetodebe generar cáusticas, al menos un objetodebe recibir cáusticas y al menos una luz debegenerar cáusticas) quedan disponibles unaserie de controles que tienen un significadosimilar a los anteriores: Maximum Num Photons per Sample (100), Maximum Sampling Radius,Filtros (similares a los generales). Si se dejaactivado Opaque Shadows... las sombras re-

Figura .2c. Interface de Iluminación Indirecta de MR.

Iluminación Global (GI)





sultan opacas, si no, pueden ser parcialmentetransparentes (el cálculo será más lento).

El grupo Volumes se utiliza para cáusticasvolumétricas que requieren que el materialtenga asociado un sombreador de volumen.Los parámetros correspondientes, número demuestras y radio, tienen el mismo significadoque antes pero aplicados a las característicasdel mapa que se genera.

El grupo Photon Map se utiliza, como en FGpara grabar el resultado del cálculo de fotonesen un archivo que luego puede reutilizarse. Losarchivos tienen la extensión .pmap.

Con Trace Depth se controla el númeromáximo de reflexiones y refracciones y el

número máximo de la combinación de ambas(si la suma es 5 puede haber, por ejemplo, 3reflexiones y 2 refracciones, pero no 3 y 3).

Los valores de Light Properties son losmismos que ya se han visto en las propiedadesde luces tipo mr con la diferencia de que se apli-can una sóla vez a todas las luces. El principalparámetro es Average GI Photons per Light que determina el número medio de fotones quese enviarán a la escena para cada luz. Si seutilizan cáusticas queda disponible otro pará-metro similar correspondiente a las cáusticas.

El valor de Decay , especifica como disminuyela energía fotónica con la distancia. Puede ser ninguna (0.0), inversa (1.0) o cuadrática (2.0).O valores intermedios.

Por último, con la la última casilla, en Geo-

metry Properties, se puede hacer que todoslos objetos reciban y generan cáusticas e IGen lugar de hacerlo manualmente. En el casode caústicas principalmente, será preferiblehacerlo manualmente para no sobrecargar elcálculo.

4.3 Processing

Tiene tres secciones que se utilizan en conta-das ocasiones.

a) Translator Options.Los controles de esta sección van dirigidosprincipalmente a la grabación de archivos enformato .mi. Esto se utiliza en programación,análisis y exportación a otros programas.

b) Diagnostics

El uso de esta sección es muy recomendable,aunque sea ocasionalmente, si se quiere com-prender en profundidad como funciona el motor de render de mr. Pero también para afinar laconfiguración de los cálculos.

Una vez activadas, cada una de las opcionesmuestra un resultado pertinenente para algúnparámetro. Sampling rates muestra las mues-tras que se toman al hacer un render. Coordi-

nate space muestra el espacio de coordenadasde los objetos, la escena o la cámara, segúnla opción escogida en la lista adjunta. Photon muestra el efecto de un mapa de fotones en lapantalla. El mapa se muestra como un mapa

de densidad de los fotones o de su irradiancia,según la opción escogida en la lista adjunta.BSP (Binary Space Partitioning ) visualiza losparámetros utilizados para construir el árbolde partición binaria de la escena, un métodocorriente en simulación visual para optimizar el número de objetos que se procesan en unarepresentación (descartando los que no seríanvisibles). En fin, Final Gather muestra los puntosFG, distinguiendo los iniciales (verdes), de losfinales (rojos).

c) Distributed Bucket Rendering .Se utiliza para gestionar adecuadamente la re-presentación en red, con múltiples ordenadorescolaborando en el resultado final.

4.4 Cáusticas

La información que sigue complementa la dadaen la mera descripción del interface.

Cuando los rayos luminosos que se emitendesde un punto, atraviesan una lente o un me-dio imperfecto, forman un haz que no convergehacia un punto imagen sino que se dispersa entorno a una curva cuyas propiedades geomé-tricas fueron estudiadas por primera vez en elsiglo XVII (por Tschirnhausen, en 1682, perotambién por Huygens y, posteriormente, por Lagrange, en el XVIII y Quetelet y Cayley en elXIX, entre otros). La cáustica producida por unanillo, por ejemplo, es una evoluta de envolven-te de círculo. Dada una curva C y un punto fijoP, se denomina catacáustica a la envolvente delos rayos que vienen de P y se reflejan a partir de la curva C y diacáustica a la envolvente de





los rayos refractados. Los patrones de luz quese forman cuando una fuente de luz atraviesauna botella o un vaso, o los que se forman en elfondo de una piscina o sobre su superficie, sonejemplos característicos de cáusticas.

Las cáusticas no se pueden simular desdeluego con los métodos corrientes de cálculo deiluminación pero tampoco con los métodos decálculo de radiosidad. Sin embargo sí es posiblesimularlas con métodos específicos, no tan ex-actos como los cálculos de radiosidad pero síparticularmente adecuados para generar estosefectos, como ocurre con los métodos basadosen la emisión de fotones.

En arquitectura y diseño este tipo de efectos

son poco frecuentes pero hay situaciones en lasque pueden mejorar notablemente la calidad dela representación. Así ocurre con escenas enlas que aparezcan piscinas, estanques, objetosmetálicos o de cristal o, en general, objetoscurvos muy reflectantes o transparentes y quesean claramente visibles.

Para simular efectos cáusticos hay quedesignarlos como tales, hay que especificar que luces generarán efectos cáusticos y hayque activar los parámetros correspondientesde iluminación avanzada. Es decir:

—Seleccionar los objetos que pueden recibir efectos cáusticos (por ejemplo una mesa querecibe los rayos que pasan a través de un vid-rio). Ir a Propiedades/ Mental Ray y marcar lacasilla “Recibir cáustica”.

—Seleccionar los objetos que pueden gen-erar efectos cáusticos (por ejemplo metalesmuy brillantes). Ir a Propiedades/ Mental Rayy marcar la casilla “Recibir cáustica”. Tambiénpuede haber objetos que generen y recibanefectos cáusticos en cuyo caso habrá quemarcar ambas casillas (por ejemplo, un vidrioque dispersa los efectos).

—Seleccionar las luces que pueden generar efectos cáusticos, si se prefiere diferenciar entre unas y otras. En este caso ir a la secciónIluminación indirecta de mr, desactivar “usar configuración global” y activar la casilla “act”.En el grupo de cáusticas, especificar el númerode fotones (10.000 por defecto).

—Si se quiere usar la configuración global ir directamente a Menú Renderización/ Render/Iluminación indirecta, activar el grupo Cáusticasy especificar el número de muestras y el radio.Un valor de radio más alto proporciona más

detalle. Aumentar también el número de fotonesen el grupo Propiedades de luz globales (10.000por defecto) para obtener más precisión en elresultado (valores 5 veces mayores puedenser relativamente corrientes en la fase final).Valores superiores a los 100.000 fotones pu-eden alargar considerablemente el tiempo derepresentación aunque en escenas sencillas sepuede llegar hasta 1 millón.

Tener en cuenta que no es fácil obtener re-sultados adecuados a la primera por lo que noutilizar estos métodos si no se está realmenteseguro de que interesan estos efectos.

Documents

6 Mental Ray 2009