Animacion_3D_(Modulo_3) Técnicas de iluminación

Tcnicas deiluminacin

Llogari Casaslvaro Ulldemolins

PID_00168432

CC-BY-NC-ND PID_00168432 Tcnicas de iluminacin

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CC-BY-NC-ND PID_00168432 Tcnicas de iluminacin

ndice

1. Tcnicas de iluminacin bsicas.................................................... 51.1. Iluminacin en tres puntos ........................................................ 5

1.1.1. Luz principal .................................................................. 81.1.2. Luz relleno ..................................................................... 121.1.3. Luz trasera ...................................................................... 181.1.4. Relacin luz principal-luz de relleno ............................. 20

1.2. Iluminacin en array .................................................................. 221.3. HDRI ............................................................................................ 26

2. Tcnicas de iluminacin avanzadas.............................................. 322.1. Distribucin de la luz ................................................................. 332.2. Raytracing .................................................................................... 342.3. Radiosidad ................................................................................... 362.4. Photon Mapping ......................................................................... 382.5. Final Gathering ........................................................................... 40

3. Iluminacin interior......................................................................... 42

4. Iluminacin exterior......................................................................... 484.1. Exposure Control (control de exposicin) .................................. 484.2. Dayligth System .......................................................................... 504.3. Iluminacin interior con luz exterior ......................................... 54

5. Radiosidad ambiental con Scanline............................................. 59

6. Renderizador Mental Ray................................................................ 62

CC-BY-NC-ND PID_00168432 5 Tcnicas de iluminacin

1. Tcnicas de iluminacin bsicas

En el proceso de aprender a iluminar es importante conocer las tcnicas bsi-cas ampliamente utilizadas en el mundo del cine y la televisin. Si aprende-mos estas tcnicas y sus particularidades, podremos iluminar casi cualquierescenario que se nos presente.

Una de las tcnicas ms frecuentes a la hora de iluminar una escena es la ilu-minacinentrespuntos. A partir de tres luces se consigue iluminar una es-cena con unos resultados bastante satisfactorios.

1.1. Iluminacin en tres puntos

La convencin de iluminacin en tres puntos es una de las ms firmementeestablecidas en cinematografa y una de las ms utilizadas en el mundo 3D.

Una de las principales razones para utilizar esta tcnica es que ayuda a enfatizarlas formas tridimensionales de una escena

La experimentacin con este mtodo simple puede llevarnos a todo tipo devariaciones en cualquier esquema de iluminacin por ordenador. Asimismo,aprender de qu modo se puede obtener el mximo rendimiento de este m-todo nos puede dar un valor aadido en cualquier tipo de situaciones.

Escena sin iluminacin (por defecto con 3dSMax)

En una escena en 3D debemos asegurarnos de que las formas del objeto tridi-mensional estn bien iluminadas desde todos los ngulos, con el fin de real-zar la sensacin tridimensional de la composicin. Lo ltimo que queremospara nuestra composicin es que sta tenga un aspecto plano en la pantalla,y este mtodo de iluminacin nos permite precisamente corregir ese defecto,casi como si estuviramos modelando la luz.


Veamos un ejemplo. Tenemos una escena en la que se ha modelado un tanquey debemos iluminarlo.

La primera imagen est realizada slo con un punto de luz. Observamos quees bastante plana y no logramos diferenciar bien las formas del objeto.

Iluminacin con un punto de luz en el mismo ngulo que la toma de cmara.

Comprobamos que al estar la luz colocada a la misma altura que la cmara casi no se generan sombrasvisibles.

Por otro lado, al utilizar la tcnica de tres puntos diferenciamos los volmenesy tenemos la sensacin de profundidad.


Este mtodo de iluminacin involucra a tres puntos de luz y cada uno tiene sufuncin especfica. La luzprincipal es la luz dominante y provee a la escenade la iluminacin principal, adems de repartir las sombras ms obvias.

Esta luz se puede representar por luces interiores para escenas nocturnas, luzsolar para exteriores o luz solar para escenas en las que entra la luz por unapersiana de una ventana. Esta luz define la iluminacin dominante, lo que dauna idea clara de la localizacin del punto de luz.

El trabajo de las dos luces restantes, tambin denominadas de relleno (primariay secundaria), es modelar la iluminacin indirecta que se produce por el rebotede los rayos de la luz principal en las superficies del entorno.

Normalmente la luzde rellenoprimaria se coloca en el lado opuesto delsujeto, en referencia a la luz principal, que abre la iluminacin en el lado delsujeto que est en sombra y reduce la densidad de sombras.

Para ayudarnos a separar al sujeto del fondo, entra en escena la segunda luz derelleno (luztrasera), que nos da profundidad a la escena. Esta luz nos permiteiluminar la parte trasera del sujeto y nos crea un sutil efecto de resplandor enlos bordes de ste, quien a su vez nos ayuda a dar definicin a la escena.

En el tema de las sombras ya hemos comentado que una de las ventajas deestar en un mundo 3D es que podemos apagar o encender las sombras cuandoqueramos, y una configuracin comn en escenas sencillas suele consistir enactivar las sombras en la luz principal y desactivarlas en las luces de relleno.

Sin embargo, si necesitamos sombrear otra escena ms compleja, seguramen-te necesitaremos activar las sombras en todas las luces. En este caso seremosnosotros mismos quienes juzgaremos si son o no necesarias sombras extra.

Escena iluminada con todas las sombras de los focos activadas.


Tener luces de relleno con sombras es particularmente necesario si la luz prin-cipal se ve obstruida en algn punto de la animacin, en la que se ve la imagenplana y uniforme. Estas sombras secundarias aaden profundidad y variacina la imagen, e imparten un sentido de vida.

Por otra parte, debemos tener cuidado a la hora de tener diferentes fuentes deluz con sombras, especialmente si las sombras vienen de distintas direcciones.En ese caso se producirn unos resultados que visualmente pueden distraer alespectador. Adems, si nos fijamos en el mundo real, la mayora de las sombrasque vemos son con bordes suaves y sutiles, as que con un par de sombras amenudo ofrecemos una imagen suficientemente convincente.

Vamos a tratar con un poco ms de detalle cada tipo de luz.

1.1.1. Luz principal

La luzprincipal es el foco de iluminacin que ms influye de las tres lucesinvolucradas y su intensidad es mayor que cualquier otro foco.

Ello significa que esta luz crear la iluminacin ms remarcable y las sombrasms definidas, cuyo ngulo, densidad y suavidad nos darn una idea del tipoy la localizacin de su fuente, al igual que nos servirn para estimar la horadel da, por ejemplo si esta la luz representa el sol.

Por esta razn, elegir un buen ngulo de la luz principal, en relacin con lacmara, es de vital importancia.

Cuando trabajamos con iluminacin en tres puntos, la cmara normalmentese coloca primero, con la luz principal seguida de cerca. Si realizamos cambiosen el ngulo de cmara debido a las diferentes tomas de la escena, se requerirncambios sutiles en la configuracin de iluminacin.

Normalmente, la luz principal se coloca por encima del sujeto en algn grado,de manera que las sombras apuntan hacia abajo para ver las cosas iluminadas.Sin embargo, colocar la luz demasiado alta puede llevarnos a obtener sombrasoscuras y que la escena parezca muy plana, sin volumen.


La mejor gua para colocar una luz principal es fijarse es su reparto de som-bras. Para configuraciones normales, el ngulo formado por la luz, personajey cmara debera situarse aproximadamente entre 10 y 50 desde el lado dela cmara.

Render con 1 luz principal (key light)

Finalmente, cuando estemos trabajando con una secuencia en movimientodebemos tener en cuenta que la configuracin de iluminacin tambin ha defuncionar y debemos testearla realizando el recorrido de la animacin con unarestriccin de posicin de ms o menos 90 de giro para ver que realmentefunciona.


El objeto se mueve a lo largo de la direccin de la flecha y la iluminacindebe seguirlo, con un giro que puede alcanzar los 90.

Lo lejos que hemos de poner la luz a un lado del objeto depender del puntode origen que estemos intentando mimetizar, asegurndonos de que si la mo-vemos demasiado lejos hacia un lado, pueden aparecer sombras que distraiganal espectador.

Si trabajamos en una escena exterior, el tiempo y la estacin pueden dictar laposicin de la luz principal. Con una luz clida colocada abajo se formarnunas sombras largas y el resultado ser una escena que podra representar elamanecer o el atardecer.


La luz principal no siempre se localiza frente al sujeto; aunque su papel sea larepresentacin del origen de luz dominante en la escena, puede estar detrsdel objeto o a su lado, si, por ejemplo, la escena consiste en iluminar desdefuera hacia dentro de una ventana.


Este tipo de escenario podra presentar un tipo de silueta dramtica del suje-to/objeto frente a la cmara. A esto se lo conoce como luz principal sobrepre-sentada, o demasiado saturada, y en tal caso las sombras se marcan demasiado.La sobreexposicin de estas sombras se puede reducir incrementando el usode las luces de relleno. La ratio de intensidad de la luz principal respecto a lasluces de relleno nos va a permitir establecer la atmsfera de la escena, tal comoveremos en el siguiente punto.

1.1.2. Luz relleno

Esta luz est localizada en el lado opuesto del sujeto desde la luz principal.

En el cine, normalmente las luces de relleno se colocan a la altura de los ojos,para no tener que crear sombras en la cara de los personajes.

Sin embargo, en el mundo 3D la luz de relleno primaria normalmente estcolocada un poco ms alta que a la altura de los ojos, y el hecho de poderdesactivar la generacin de sombras nos permitir iluminar correctamente alobjeto desde arriba y no desde abajo, una iluminacin que en un personajeproducira un efecto de cara hundida.

Para su colocacin se sugiere ubicar la luz en perpendicular a la luz principal,formando un ngulo de 90, y a unos 0 y 15 por encima o por debajo de sta.


De este modo logramos que la luz principal y la de relleno se solapen y nosaseguramos de que no aparece ningn parche o mancha en el patrn de ilu-minacin.

Tanto en cinematografa como en grficos por ordenador, la funcin de la luzde relleno primaria involucra diferentes aspectos:

El primero es abrir o suavizar las sombras de la luz principal.

El segundo es proveer una iluminacin sutil en las zonas del objeto queestn en sombra por la luz principal.

En el cine se utilizan paneles para que la luz rebote en las superficies de los ob-jetos y se iluminen. En grficos por ordenador, las luces de relleno representaneste papel de luz rebotada, a menos que utilicemos tcnicas de iluminacinglobal, en la que se calcula automticamente.

Obviamente, con una luz de relleno no podemos iluminar toda la luz secun-daria de rebote que se produce en la escena, sobre todo en escenas grandes;por ello es normal tener docenas de luces de relleno que nos ayuden a dar esetoque a la escena.

Fijmonos en el ejemplo. Queremos iluminar esta escena, en la que tenemoslo que podra ser el puente de un castillo y cuya nica iluminacin es una luzque representa al sol.


El render obtenido con esta configuracin nos permite ver que no tenemosluz ambiente rebotada y una parte de la escena nos queda muy oscura, por loque es necesario aadir luces de relleno para mejorar la iluminacin.

Lo primero que haremos ser estudiar la escena y valorar qu necesitamos.

Las principales fuentes de luz son:

Elsol: es una luz paralela de color amarillento que ya tenemos en la escena.

Laluzrebotadadelsolydelcielo: es el resultado principalmente de laluz del sol rebotando en la geometra (aunque el cielo tambin produceluz de rebote en todas las direcciones).

Laluzdelcielo: es luz azul rodeando toda la escena.


Para simular la luz de rebote, lo que haremos ser poner dos filas de luces ados alturas a lo largo del pasillo. La primera lnea de luz est colocada cercadel suelo y la segunda "lnea", aproximadamente en el centro de la mximaaltura de la escena. Estas "lneas" de luz rellenan la zona suavemente y conuna luz bastante uniforme.

Vista lateral

La configuracin de estas luces es:

Luz omni; multiplicador a 0,1; color RGB 151, 168, 184; sombras activadas ShadowMap-Size:128, Samples:8 (esto hace que las sombras salgan muy desenfocadas).

Veamos el render habiendo aadido slo estas luces de relleno.

Podemos comprobar que la iluminacin mejora bastante, ya que no hay ob-jetos en sombra y que la escena entera ha adquirido una atmsfera ms real,aunque tambin podemos observar que las paredes todava quedan un pocooscuras, por lo que necesitamos simular la luz rebotada que viene del cielo.

Para ello colocaremos 7 copias de una luz direccional apuntando desde arribaa las paredes y al suelo, lo que da un total de 8 luces.


a) Vista lateral; b) vista frontal

La configuracin de estas luces es la siguiente:

Luces direccionales; multiplicador 0,1; color RGB: 125, 146, 169; sombras activadas: Sha-dowMaps-Size:128, Samples:10; parmetros del cono: HotSpof:200, Fallof:400-Rec-tngulo.

Podemos observar que, aunque los detalles son muy sutiles, la zona en sombrade la pared y el suelo queda con una iluminacin ms levantada y se adecuams a una atmsfera real. Por otra parte, el puente todava nos queda un po-co oscuro, sobre todo la parte de abajo, por lo que vamos a aadir dos lucesomni ms adelante del puente, a la altura de suelo y a la altura mxima depuente 1). De este modo resaltaremos la iluminacin de debajo del puente ysus contornos.

Aadiremos otra luz direccional 2) desde el punto de vista de la cmara paraganar un poco de iluminacin general en el puente, ya que en comparacincon las paredes queda un poco oscuro, y finalmente una luz spot sin sombras3) desde del suelo, lo que aadir un poco ms de claridad por la parte dedebajo del puente.


a) Vista lateral; b) vista frontal

La configuracin de las luces es la siguiente:

1) Luces omni; multiplicador: 0,38; color RGB: 151, 168, 184; sombras activadas: ShadowMaps-Size:128; Samples:8.

2) Luz direccional; multiplicador: 0,2; color RGB: 125, 146, 189; sombras activadas: Sha-dowMaps-Size:128; Samples:10.

3) Luces spot; multiplicador: 0,2; color RGB: 125, 146,189; sombras desactivadas.

Finalmente aadimos una imagen de un cielo en el entorno para que d unasensacin ms realista.

Y obtenemos la siguiente imagen.


1.1.3. Luz trasera

La habilidad de la luz trasera de separar los objetos del fondo hace que sea msimportante en 3D que en el mundo del cine, en el que se utiliza mucho menosdesde que las pelculas dejaron de ser en blanco y negro.

Trabajar sin color incrementa la necesidad de separar los elementos del fondocon tonos similares. Aunque a veces esta tcnica se utiliza en 3D, cuando lasensacin de profundidad es considerable, no siempre es necesaria, ya que conel color ya se obtiene una separacin visual suficiente.

En fotografa y cine, la luz trasera se coloca en general directamente detrs yencima del sujeto, creando un ngulo de unos 45.

Cuanto mayor sea el ngulo de iluminacin, peor ser el efecto, ya que aqulpuede producir brillos en la frente y la nariz del sujeto, mientras que con unngulo menor corremos el riesgo de que aparezcan destellos de luz (lens flares).

Sin embargo, en 3D, las luces traseras tienden a estar al fondo de la escena, enposicin opuesta a la cmara, en algn lugar entre los 10 y los 50, por encimao por debajo de la cmara.

a) Vista cenital; b) vista lateral

Recordemos cmo se ha ido iluminando, aadiendo los componentes de luz:


El principal problema que tenemos con la luz trasera es que actualmente esdifcil de simular, debido a que en el mundo virtual no existe el objeto org-nico, que est definido por su piel, su pelo, su suciedad, sus fibras, etc., comosucede en el mundo real. De ah que cuando iluminamos con este tipo de luzaparece en el objeto un sutil efecto de resplandor (glow) a su alrededor, ya quela luz es un poco difusa.

Al no tener esta capa de manipulacin, no podemos obtener este efecto en 3D.Por lo tanto, si intentamos iluminar un objeto por detrs, ello no ser todo loefectivo que necesitaramos.

Aunque no es la prioridad de esta lectura, existen algunos materiales (shaders)que nos pueden ayudar a dar ese efecto de resplandor alrededor del objeto.As, es importante experimentar con ellos para obtener un buen resultado.

Veamos un ejemplo. Utilizamos la misma escena anterior, pero simplemente leaadimos un material al objeto. Podemos ver que los contornos tienen comoun sutil efecto de aura de luz.


Render con iluminacin 3 puntos y material con shaderFallof aplicado

El material que hemos utilizado en la escena es el shaderFallof, que asignadoa los canales de opacidad y reflexin nos permite que los contornos del objetorespecto a la cmara sean un poco transparentes, y as poder filtrar un pocoms de luz con el fin de obtener una especie de resplandor alrededor del objeto,que hace que resalte del fondo.

Configuracin del material utilizado en la escena

1.1.4. Relacin luz principal-luz de relleno

La relacin que existe entre la luz principal y la luz de relleno es muy impor-tante, por lo que se refiere al contraste del esquema de iluminacin, que tienebastante efecto en la atmsfera del render.

Una ratio baja tiene mucha luz de relleno, por lo que en trminos de luz seobtiene menos contraste y una iluminacin ms alegre.

Una ratio alta tiene poca luz de relleno, con lo que obtenemos unas imgenesms oscuras y contrastadas.


Ratio baja luz principal-luz de relleno

Las ratios entre 2:1 y 4:1 estn clasificadas como ratios bajas y producen ren-ders con iluminaciones fuertes y con poco contraste en la escena. El brillo re-sultante y el modo como las sombras estn repartidas evocan una sensacinde "alegra" en la escena.

Esta ratio se modela en el software 3D con el parmetro del multiplicador.

Por ejemplo: una ratio 2:1 sera una luz ppal. con multiplicador a 1, y una luz de rellenoa 0,5. La ratio 4:1 sera la luz ppal. a 1, y la de relleno a 0,25.

Ratio 2:1 con iluminacin de 3 puntos luz principal 1, luces relleno 0,5

Normalmente, las escenas interiores producen ms ratios bajas que las escenasexteriores. Aqu la potencia de las luces, para reflejarse en las superficies yparedes, es muy alta.

En el tipo de interiores, donde la luz colorea las superficies, rebota suficienteluz en la escena como para producir una ratio baja. Al final puede que acabe-mos teniendo una ratio casi de 1:1, y en este punto es cuando la luz principalempieza a igualarse con las luces de relleno, con el peligro de que la escenaquede plana y uniforme, y pierda toda la sensacin de volumen que deseamos.

Ratio alta luz principal-luz de relleno

Cuando nuestra ratio se aproxima a 10:1 o ms, nuestra iluminacin tendruna ratio alta, con el resultado de unas sombras muy negras que contrastanfuertemente con las reas iluminadas. Para hacernos una idea de la falta deluz reflejada, este tipo de iluminacin ocurre normalmente por la noche enel mundo real, en el que no existe luz de relleno procedente del cielo, lo queexplica el dramatismo de la escena creada.

Veamos la misma escena anterior con una ratio 10:1.


Ratio 10:1 con iluminacin de 3 puntos luz principal 1, luces relleno 0,1

La clave para usar este tipo de ratio correctamente radica en regular cuidadosa-mente nuestra luz para iluminar los detalles importantes correctamente, ade-ms de usar todo el rango tonal del que disponemos para tener una buenailuminacin por las reas oscuras de la imagen.

Que una escena est en condiciones oscuras no significa que estas reas debanquedar ocultas. No debemos tener miedo de que el pblico se pierda en algu-nos detalles.

Las ratios altas se utilizan normalmente en escenas nocturnas, en las que laluz principal es representada por la luna o alguna luz artificial. Estticamente,este look se empez a usar alrededor de los aos cuarenta y todava se usa paraconstruir escenas de suspense en pelculas de terror.

1.2. Iluminacin en array

Cuando se necesita envolver un objeto, normalmente no basta con una nicaluz, dado que siempre queda alguna zona en sombra. Es aqu cuando los arraysdeluz son tiles.

Los arrays son simples grupos de luces que representan una luz de rea (comovimos en el apartado anterior). Los arrays pueden representar una luz de rea,una cpula de luz parecida a la iluminacin del cielo. Sin embargo, cualquierparte en la que se fija es demasiado grande y por ello se requiere ms de una luz.


Los arrays de luz estn pensados como alternativa a las luces de rea. As,podemos obviar la necesidad de cambiar el motor de render a mentalray.

El problema con las luces de rea es que stas son un poco ms difciles decontrolar. El color de la luz de rea no es tan controlable como el de la luzindividual, por no mencionar la carga computacional que supone utilizar estetipo de luces.

Normalmente, cuando utilizamos luces de rea no sabemos cuntas luces in-dividuales estn iluminando un objeto de la escena. Por este motivo, en algu-nos momentos nos vendr muy bien conocer este tipo de tcnica en la que seutilizan los arrays de luz, lo que nos permite un mayor control, una mayorflexibilidad y un tiempo de clculo ms reducido.

Veamos un ejemplo de utilizacin de este tipo de tcnica. Iluminaremos unavin volando. Para ello, crearemos un array de luces spot apuntando direc-tamente al avin.


Veamos cmo queda la iluminacin sin el array y con l.

a) Sin array; b) con array

Existen muchsimos efectos que podemos crear gracias a los arrays construidosen diferentes formas: en anillo, caja, tubo, etc. Dependiendo de los colores quedemos a sus luces individuales, la iluminacin variar, y podremos especificarcules tendrn las sombras activadas y cules no.


Esta tcnica trabaja muy bien como luces de relleno. Produce sutiles alteracio-nes en el color y la intensidad alrededor del objeto, cuya luz primaria general-mente es una luz fuera del array.

Fijmonos en el ejemplo. Tenemos un anillo y dos diamantes en una tpicaescena en la que debemos iluminar el producto. Utilizamos una luz directade tipo spot para iluminar la escena, con color blanco, con un multiplicadoralrededor de 0,7 y el cono bastante abierto para que quede toda la composiciniluminada. Para las luces de relleno utilizamos un array en el anillo, dadoque ste es el objeto principal de la composicin, con multiplicador a 0,05 ydiferentes colores para ver distintos resultados.

Anillo sin array


Anillo con array luces color blanco

Anillo con array luces color anaranjado

Esto no significa que sea un mtodo infalible y que no debamos aadir ms luzde relleno extra. Debemos cuestionarnos siempre si son necesarias ms lucespara enfatizar la naturaleza 3D del objeto que estamos iluminando.

1.3. HDRI

HDRI o imgenesdealtorangodinmico es un formato de imagen con unascaractersticas especiales que las hacen muy tiles a la hora de iluminar unaescena.

El rango dinmico de una imagen podra considerarse como el margen queexiste entre las partes claras y las partes oscuras de una imagen.

Una fotografa con puntos de iluminacin brillantes y sombras muy oscuras sera unejemplo de una imagen con un rango dinmico alto (HDRI); por el contrario, una imagencon iluminacin neutra tendra un rango dinmico bajo.

Las imgenes que normalmente utilizamos para trabajar estn limitadas a 8bits de informacin para cada canal. Esto significa que el canal rojo, verde yazul de cada pxel de la imagen est representado por un valor entero de 0a 255.

Por ejemplo, el mismo valor blanco 255, 255, 255 se utiliza tanto para representar unanube del cielo como para representar un sol brillante. Ello nos permite ver que con 8 bitsno tenemos suficiente para representar todo el rango de niveles que existen.


Por otro lado, las imgenes HDR tienen guardados todos los valores sin estarestriccin de profundidad de niveles. Aunque en el monitor del PC slo po-damos ver los 8 bits que ste soporta, internamente las imagen est guardadaen formato de punto flotante, capaz de guardar un milln de incrementos di-ferentes entre la parte ms oscura y la ms clara de la imagen.

Gracias a esta caracterstica, podemos utilizarlas para simular entornos realesen un software de animacin 3D, en el que el valor del pxel en HDR es direc-tamente proporcional a la luminancia del objeto actual. As, cuando se calculala iluminacin en el motor de render se pueden apreciar las diferencias entrelas distintas iluminaciones, con el consiguiente resultado de unas imgenesultrarrealistas.

Las imgenes HDR podremos obtenerlas mediante dos mtodos:

1) El primero consiste en usar un algoritmodeiluminacinglobal, que vere-mos ms adelante, y guardar la informacin en un archivo con formato HDR.

2) El segundo es combinarunnmerodetomasdeunafotografacondife-rentesparmetrosdeexposicin, para obtener diferentes imgenes con todoel rango posible de luz, para despus juntar todas las tomas en un nico ficherocon alguno de los programas disponibles. En www.hdrshop.com, por ejemplo,existen aplicaciones para realizarlo. Generalmente, este tipo de fotografas serealizan con una esfera reflectante, centrada en el escenario, con lo que puedeser usada como mapa de entorno.

Veamos un ejemplo de utilizacin de esta tcnica aplicada a la recreacin deun entorno y su reflexin en los objetos que lo componen.

Tenemos una imagen en formato HDR que representa un entorno comn: unacalle con sus casas y acera, y la salida del sol sobre el cielo azul.

Y un escenario con unas simples teteras sobre un suelo que intentaremos mi-metizar en el entorno.


Lo primero que debemos hacer es poner la imagen HDR como fondo de entor-no y seleccionar la carga de un "bitmap" (imagen) en la pestaa Environment.

Posteriormente, debemos arrastrar este Map (Map#1Bitmap) al Editor demateriales para poder cambiar el parmetro de tipo de entorno Screen a Ci-lindricalEnvironment.

En este momento ya tenemos el entorno preparado para que salga en el render.A continuacin debemos preparar los objetos de la escena para que recojan lailuminacin de este entorno.

Para ello creamos un material nuevo de tipo Raytrace, llevando los valores detransparencia a 100 y los de reflexin a 80. Luego lo asignamos a los objetosde la escena.


De este modo obtenemos una reflexin del entorno en los objetos de la escena(remarcando que los objetos son 3D y el fondo una imagen HDR).

Sin embargo, todava podemos hacer algunas mejoras. Fijmonos en que noexiste ninguna sombra en la escena. Por lo tanto, la composicin no acabade convencer.

La solucin sera muy fcil: aadimos una luz que ilumine la escena y que mso menos est en la posicin del entorno, pero debemos aadir un suelo en elque se genere la sombra. El problema viene de que si aadimos un suelo, secrearn las sombras, pero se tapar la imagen.


Lo que necesitaramos sera un suelo que slo saliera en el render en el que segenera la sombra y donde no existe sombra que no se rendease.

Para resolver este problema volvemos a utilizar otro material, que justamentetiene este comportamiento: Mate/Shadow.

La accin es sencilla: creamos un material nuevo basado en Mate/Shadow ylo asignamos al suelo, con lo que obtenemos el siguiente resultado.

Obtenemos un render en el que se refleja el entorno y se generan sombras integradas en l.

Al principio, esta tecnologa se aplicaba con lentitud en los procesos de pro-duccin debido a su gran coste de clculo computacional. Se emple por pri-mera vez en la pelcula X-men.

Sin embargo, la tecnologa ha evolucionado muchsimo y este tipo de herra-mientas estn a la orden del da en cuanto a utilizacin. La llegada de un nue-vo formato, denominado OpenEXR basado en HDR y desarrollado por Indus-


trial Light & Magic, ha provocado que ste se haya popularizado muchsimo.Prueba de ello es la aplicacin de esta tecnologa en muchas pelculas, en lasque se utilizan bastante los efectos especiales, como Harry Potter, Men in Black,Seales, etc.

Actualmente, casi todos los paquetes de animacin (como 3dSMax) incluyensoporte para este nuevo formato OpenEXR, gracias a su alto rango dinmico,su alta resolucin y a la mnima prdida de informacin con los algoritmosde compresin que incorpora.


2. Tcnicas de iluminacin avanzadas

En este apartado veremos cmo iluminar espacios exteriores e interiores conpocas luces, gracias al uso de tcnicas y algoritmos basados en iluminacinglobal(GI).

Existe cierta confusin acerca de la expresin iluminacin global, ya que, talcomo comentamos anteriormente, sta se refiere al modo como un objetoest iluminado por un componente de luz directa ms la luz rebotada de suentorno cercano.

En el intento de reproducir imgenes basadas en obtener una simulacin fo-tomtrica fsicamente correcta, no nos sorprende que se haya hecho un usointensivo de estas tcnicas en el rea de la visualizacin arquitectnica.

Para entender bien este tipo de tcnicas, debemos conocer una serie de con-ceptos que se utilizan en sus algoritmos de clculo, como:

La distribucin de la luz

Raytracing

Radiosidad

Photon Mapping

Final Gathering


A continuacin introduciremos estos conocimientos mediante ejemplos prc-ticos de iluminacin de escenas exteriores e interiores, con la utilizacin deestos algoritmos en el software 3D.

2.1. Distribucin de la luz

Imaginemos una escena de una habitacin interior iluminada por el sol a tra-vs de una ventana. La luz es emitida por unas cuantas partculas (fotones).

Estos fotones viajan desde el origen hasta que golpean alguna superficie de laescena segn sea su ngulo de incisin.

Dependiendo del material de la superficie, algunos de estos fotones son ab-sorbidos y otros son devueltos a la escena, por lo que el modo como estosfotones se reflejan desde una superficie depende de las caractersticas propiasdel material.

Las superficies que son muy suaves reflejan los fotones en una direccin, enel mismo ngulo al que llegan a la superficie (el ngulo de incidencia). Estassuperficies son conocidas como superficies especulares y su reflexin, obvia-mente, es la reflexinespecular.

Las superficies speras tienden a reflejar los fotones en todas las direcciones.stas son conocidas como reflexiones difusas.

Un espejo es un ejemplo perfecto de superficie especular, mientras que una pared pintada(con pintura mate) es un buen ejemplo de superficie difusa.

La iluminacin final de una escena est determinada por la interaccin entrelas superficies y los billones de fotones que han llegado directamente desdeel origen de luz (iluminacin directa) o indirectamente desde algn rebote deotra superficie (iluminacin indirecta).


2.2. Raytracing

La tcnica de raytracing fue una de los primeros algoritmos de iluminacinglobal en ser desarrollados. Este algoritmo reconoce que aunque billones defotones deberan emitirse slo los primeros que llegan al ojo son con los queformamos la imagen resultante.

Estrategia del algoritmo

El algoritmo trabaja trazando rayos hacia atrs, desde cada pxel de la pantalladentro de la escena. De esta manera es ms eficiente, dado que as slo secalcula la informacin que necesitamos para construir la imagen. Para crearuna imagen de esta manera, se realiza el procedimiento siguiente:

Para cada pxel de la pantalla

Paso1. Se traza un rayo hacia atrs, desde la posicin del ojo, a travsdel pxel del monitor, hasta que interseca con una superficie. La reflexinde la superficie es conocida gracias a la descripcin del material, pero lacantidad de luz que refleja la superficie todava nos es desconocida.

Paso2. Se traza un rayo desde este punto de interseccin en la superficiehacia cada origen de luz en la escena. Si el rayo que va a la luz no estbloqueado por ningn objeto, la contribucin desde este origen se empleapara calcular el color de la superficie.


Paso3. Si la superficie de interseccin es brillante o transparente, tambinnecesitamos determinar qu estamos viendo dentro o mediante la super-ficie que debemos procesar. Se repiten los procesos 1 y 2 en la direccin dereflejo (y en el caso de transparencia, se transmiten) hasta que se encuen-tra otra superficie. El color en los subsiguientes puntos de interseccin secalcula y se junta en el punto original.

Paso4. Si la segunda superficie tambin es reflectiva o transparente, serepite el proceso de raytracing, y continuamos hasta un nmero mximode iteraciones o hasta que no se encuentren ms superficies intersecas.

Aunque la tcnica de raytracing debera considerarse eficiente, ya que slo secalcula la informacin requerida para generar la imagen, todava es relativa-mente lenta para escenas que sean un poco complejas.

Esta tcnica es muy verstil y puede modelar un gran rango de efectos de ilu-minacin. Existen implementaciones, tal como hemos visto en los apartadosanteriores, para representar sombras con gran eficacia, reflexiones especularesy refraccin. Por ello, podemos utilizar esta tcnica de manera individual enobjetos que necesitan estas calidades.


Aunque su velocidad es una desventaja, existe una caracterstica todava msimportante de iluminacin global con la que no contamos: la reflexin entresuperficies difusas. La tcnica tradicional de raytracing slo nos permite to-mar la luz que llega directamente de los puntos de luz que hay en la escena.

Sin embargo, tal como hemos visto, no slo nos llega la luz de las fuentes deluz, tambin puede llegar la luz indirectamente de otras superficies que hayque tener en cuenta a la hora de recrear correctamente la iluminacin de unaescena, como hacen otros algoritmos que veremos a continuacin.

2.3. Radiosidad

A principios de los aos sesenta, la investigacin trmica desarroll mtodospara simular transferencia de calor radiado entre superficies. Unos veinte aosms tarde, los investigadores en grficos empezaron a emplear estas tcnicaspara modelar la propagacin de la luz, hasta llegar a lo que hoy conocemoscomo radiosidad.

Esta tcnica se diferencia de la tcnica de raytracing en que fundamentalmen-te calcula la intensidad de todas las superficies del entorno, en lugar de calcu-lar slo las que han sido trazadas desde la pantalla.

La idea en la que se basa la tcnica de radiosidad es buscar el equilibrio dela energa que es emitida por los objetos emisores de luz y la energa que esabsorbida por los objetos en el ambiente.

Para llevar a cabo este clculo de iluminacin, es necesario considerar quecuando la superficie de un objeto que no emite luz por s mismo, es iluminadapor otro objeto, sta absorbe una cierta cantidad de la energa, pero refleja otraparte, por lo que puede ser considerada una emisora de luz por reflexin.

De tal manera que todas las superficies en el ambiente son, de un modo uotro, emisoras de energa y, por lo tanto, cada una afecta a la iluminacin delas dems superficies.


Cabe sealar que aunque la luz se refleja entre todos los objetos de la escena,el clculo que realiza no es sobre las propiedades fsicas reales, por lo que larepresentacin que obtenemos normalmente no es fsicamente real, sino unainterpretacin respecto a un algoritmo para generar la iluminacin.

Para calcular la iluminacin con este algoritmo, se divide la superficie originalen una malla de pequeas superficies, referidas tales como elementos, tal comovemos en la imagen que se presenta a continuacin. El algoritmo de radiosidadcalcula la cantidad de luz distribuida desde el foco de luz a cada elementoy desde cada uno de estos elementos a los diferentes elementos de la malla,donde el valor de radiosidad final generado se guarda como la suma de lasaportaciones para cada elemento de la malla.


Esta tcnica ha evolucionado mucho. En el ao 1988 se invent una tcnicadenominada refinamiento progresivo que mostraba los resultados de la radiosi-dad de manera visual e inmediata, y podamos progresivamente ir refinandoel clculo hasta obtener una mayor calidad.

Una dcada despus inventaron una tcnica denominada radiosidad por rela-jacin estocstica (SRR), que construye una serie de posibles soluciones e in-tenta convergir hacia ellas (esta tcnica es la base del algoritmo de radiosidadde 3dSMax).

Despus de todos estos avances, debemos mencionar que, al igual que el ray-tracing, la radiosidad no produce todos los efectos de iluminacin global yque tambin tiene sus propias aristas (por ejemplo, no podemos crear casti-cas). Sin embargo, entre los dos se complementan y trabajan bien. La radiosi-dad es excelente para rendear reflexiones entre superficies difusas, mientrasque la tcnica de raytracing es excelente para calcular reflexiones especulares.

2.4. Photon Mapping

El PhotonMapping es un algoritmo de iluminacin global en dos pasos de-sarrollado por Herink Wann Jensen.

Su desarrollo est basado en desacoplar la representacin de la iluminacin dela geometra de la escena y consiste en dos pasos independientes:

1) Primero se construye la estructura del mapa de fotones (trazado de fotones)desde las fuentes de luz al modelo (imagen izquierda).

2) En una segunda etapa de render se utiliza la informacin del mapa de foto-nes para realizar el renderizado de una manera ms eficiente (imagen derecha).

Representacin del mapa de fotones y su uso


Cuando se emite un fotn, ste es trazado a travs la escena, de igual mane-ra que se lanzan los rayos en raytracing, excepto por el hecho de que los fo-tones propagan flux (conjunto de vectores sobre una superficie) en lugar deradiancia.

Cuando un fotn choca con un objeto puede ser reflejado, transmitido o ab-sorbido (segn las propiedades del material y un factor aleatorio dentro deldominio del material). En realidad, el mapa de fotones est formado por dos

estructuras: una para guardar los impactos de fotones debido a las casticas1

y otra para representar la iluminacin global.

En la segunda etapa se renderiza la imagen con varias muestras por pxel, em-pleando una tcnica denominada PathTracing, por la que en primer lugar seprecisa la iluminacin directa, de una manera similar a como se realiz enRayTracing.

Finalmente, la iluminacin indirecta se calcula empleando el mapa de fotonesglobal. Gracias a esta informacin, el mtodo converge antes en la solucincorrecta y se suaviza enormemente el ruido que se generara en el clculo dela iluminacin por otro tipo de mtodos.

Render con mapeado de fotones con valores bajos para ver la dispersin de los fotones en la escena.

En general, el uso de mapas de fotones ayuda al PathTracing en escenas dedifcil iluminacin (por ejemplo, interiores con la fuente de luz que incidedesde una pequea ventana) o en la simulacin de casticas.

(1)Efectos de concentracin de luzcuando pasan a travs de lentes,objetos de cristal, etc.


2.5. Final Gathering

En la tcnica FinalGathering los rayos se generan desde la superficie ilumina-da hacia la fuente de luz, al contrario que en la tcnica Photonmapping, en laque los rayos van desde la fuente de luz hacia el objetivo que se debe iluminar.

FinalGathering es una tcnica de estimacin de iluminacin global en laque, para un determinado punto de un objeto de la escena, se calcula unaserie de direcciones de los vectores a lo largo de un hemisferio de ese punto(este conjunto de muestras se denomina final gather point). Y si es demasiadocostoso calcular todos los puntos de cada objeto de la escena, se realiza unpromedio de dichos puntos.

Sin la utilizacin de FinalGathering, la iluminacin global en una superficiese calculara estimando la densidad de fotones cerca del punto que se debeiluminar. Al aadir FinalGathering se generan nuevos rayos que son envia-dos para generar el hemisferio sobre el que se determinar la iluminacin delpunto.


Normalmente, esta tcnica se emplea en escenas con poca variacin de la ilu-minacin indirecta (por ejemplo, interiores). Adems, elimina efectos no de-seados que a veces aparecen con otro tipo de tcnicas (como esquinas muyoscuras o ruido de baja frecuencia en la imagen).


3. Iluminacin interior

Existen varios mtodos para iluminar interiores. Uno de ellos es la radiosidad,que ya hemos visto en el apartado anterior. Hemos de advertir que mientrasesta tcnica produce unas imgenes fantsticas, los tiempos de render no sontan fantsticos, adems de que tambin se ha de calcular la solucin de radio-sidad de la escena. Sin embargo, esta tcnica es fcil de configurar y produceuna iluminacin muy eficaz, lo que es de incalculable valor al trabajar en elmundo del diseo arquitectnico.

Veamos un ejemplo de la utilizacin de la radiosidad.

Partimos de una escena interior tpica, con dos sofs, una mesita con objetosde decoracin y dos grandes ventanales por las que se colar la luz.

Como el motor de render scanline soporta radiosidad, utilizaremos ste enlugar de mentalray.

La escena es sencilla. Simplemente aadimos nueve luces fotomtricas (en tresfilas de tres) en el techo para simular los tpicos halgenos de una sala de estar,lo que nos dar una iluminacin realista en la habitacin.

Ved tambin

Ms adelante veremos unejemplo de iluminacin utili-zando mentalray con PhotonMapping + FinalGathering.


La configuracin de las luces es la siguiente:

Luces tipo TargetLight, con las sombras activadas ShadowMap. Para esta clase de dis-tribucin de la luz utilizamos un patrn que hemos descargado de Internet y que nosda una distribucin tipo de un halgeno de 75 W. Seleccionamos el color mediante laopcin D65Illuminant, con la que obtenemos un efecto blanco. En el apartado de con-figuracin de las sombras (ShadowMapparams), bastar un tamao (size) de 512 paraobtener unos buenos resultados.

Adems, para recrear la iluminacin que entra del exterior podramos crear unfoco muy potente que ilumine desde fuera con un sistema Daylight, tal comoveremos en el siguiente apartado. Pero para este ejemplo introduciremos unconcepto diferente.

Hemos dicho que el algoritmo de radiosidad calcula la cantidad de luz distri-buida desde cada elemento de la escena, por lo que sera interesante hacer queun elemento emitiera luz por s mismo. Para este propsito, existe un materialllamado AdvancedLightingOverrideMaterial, con el que podemos contro-lar la radiosidad de un objeto y cuya asignacin a otro objeto permite que ste"brille" en el entorno.

Por lo tanto, asignaremos este material a los cristales, ya que es a travs deellos como obtenemos la luz de la estancia.

El proceso es tan simple como seleccionar un material que no est siendo uti-lizado. Se trata de cambiar el material standard por AdvancedLightingOve-rride y arrastrarlo al objeto de la escena, en este caso los cristales.


En la configuracin del material variamos la escala de reflexin y de transmi-sin del material para hacer que rebote mucho la luz que le llega. Adems,variamos las escalas de luminancia y luz indirecta para recrear el efecto de res-plandor que veremos en el render.

Si ahora realizramos el render sin calcular la radiosidad, obtendramos unaimagen como la siguiente.

Podemos apreciar que no hay luz indirecta en el clculo de la imagen.

A continuacin, abrimos la opcin de men radiosidad (men Rendering/Ra-diosity), vamos a la pestaa AdvancedLighting y calculamos la solucin deradiosidad haciendo clic en el botn start. Una vez terminado, comprobamosque la solucin de radiosidad aparece en el visor, lo que nos resulta de muchaayuda antes de hacer el render.


Imagen con el clculo de radiosidad en visor

La misma imagen del visor sin el clculo de radiosidad

Finalmente, realizamos el render y obtenemos la siguiente imagen.


Observamos que el resultado no est nada mal, pero vamos a cambiar algunosparmetros para hacer que el resultado sea ms refinado. Hacemos que la ca-lidad inicial del proceso de radiosidad sea del 90% y que realice 5 iteracionesen todos los objetos. Adems, en el apartado de RadiosityMeshingparame-ters activamos la subdivisin global y cambiamos los valores para que la mallamxima en la que subdivide los objetos sea de 50 cm y la mnima de alrededorde 8 cm.

Elegimos la opcin resetall para que elimine todos los clculo anteriores yhacemos clic en start para que vuelva a calcular la radiosidad. Observamos queel proceso tarda ms en realizar el clculo, pero al realizar el render se obtieneun resultado con una mayor calidad.


Render al 90% de radiosidad con superficies subdivididas


4. Iluminacin exterior

Recrear luz natural en un entorno exterior es muchsimo ms difcil que ha-cerlo en una escena interior. La luz que entra en un espacio a travs de venta-nas u otras aperturas es relativamente fcil de controlar, pero el hecho de quela luz solar sea como una fuente brillante convierte a este tipo de luz en unreto cuando recreamos un exterior.

Este punto lo tienen en cuenta los fotgrafos, que utilizan paneles de rebotede luz y telas para hacer que la luz y las sombras sean ms suaves.

En el 3dSMax existen unas herramientas que nos ayudan a generar este tipode iluminacin, entre ellas disponemos de:

ExposureControl (control de exposicin) DayLightSystem

Si utilizamos ambas herramientas de manera conjunta, nos bastarn unos sen-cillos pasos para lograr una iluminacin exterior muy realista.

4.1. Exposure Control (control de exposicin)

El controldeexposicin es un mdulo del 3dSMax que nos permite ajustarlos niveles de salida y los rangos de color de un render, tal y como si ajustra-mos el parmetro de exposicin de una cmara.

Los controles y parmetros que lo componen son especialmente tiles pararenders que utilizan iluminacin global.


Mediante el control de exposicin se compensa el limitado rango dinmicoque tienen las pantallas de ordenador, que est alrededor de los dos rdenesde magnitud. El color que aparece en una pantalla es cien veces ms brillanteque lo representado.

En comparacin, el ojo puede percibir un rango dinmico de aproximadamen-te 16 rdenes de magnitud. En otras palabras, el color ms brillante que pode-mos percibir es unos 10 billones ms brillante que el ms oscuro.

Gracias al control de exposicin podemos ajustar los colores para mejorar lasimulacin del rango dinmico del ojo, a partir de los clculos realizados enel proceso de render.

Existen 5 tipos de control integrados en el 3dSMax:

AutomaticExposureControl: este tipo muestrea la imagen rendeada yconstruye un histograma para dar una buena separacin de colores, graciasal rango dinmico del render. Puede enfatizar algunos efectos lumnicosque de otra manera se veran oscuros.

LinearExposureControl: muestrea la imagen rendeada y utiliza la mediadel brillo de la escena para mapear los valores fsicos en valores RGB. Nor-malmente se utiliza en escenas con poco rango dinmico.

LogarithmicExposureControl: este control logartmico utiliza los valo-res de brillo y contraste y los controles sobre la escena exterior para mapearlos valores fsicos en valores RGB. Este control resulta muy bueno para es-cenas con un alto rango dinmico.

MrPhotographicExposureControl: esta configuracin nos permite mo-dificar los parmetros de exposicin como si se tratara de los controles de


una cmara fotogrfica: velocidad de obturacin, apertura, parmetros dela pelcula, etc. Tambin nos da control sobre valores de brillos, mediostonos y sombras. Normalmente, es indicado para escenas con alto rangodinmico rendeadas con mentalray.

PseudoColorExposureControl: actualmente, este control permite serutilizado como una herramienta para un anlisis de los niveles de ilumi-nacin. Gracias al mapeo de los valores de luminancia en pseudocolores,podemos evaluar el comportamiento de la luz de una manera intuitiva.

4.2. Dayligth System

Una gran idea es utilizar la luz solar para recrear sensaciones a nuestro alre-dedor. La luz nos puede ayudar a recrear ese estado de nimo que estamosbuscando, desde la felicidad hasta la claustrofobia. El tiempo atmosfrico seha utilizado en muchsimas pelculas para exagerar ese punto emocional de laescena cumbre de la pelcula, y del mismo modo lo hacemos en 3D.

Hay dos factores clave en la definicin de iluminacin por luz solar: el nguloy el colordelatemperatura. Con estos dos parmetros cambiamos el da.El ngulo del sol empieza en 0 grados durante la salida y acaba igual en elatardecer. Entre estos dos ngulos llega a su mximo ngulo de incisin almedioda, que cambia dependiendo de la hora del ao y tambin de la latituden la que nos encontremos.

Afortunadamente, los paquetes de software y, en este caso, el 3dSMax tienenun sistema de iluminacin solar que nos permite dar la posicin geogrfica enla que nos encontramos y la hora y la fecha para que automticamente noscalcule la posicin correspondiente al sol y su ngulo de incidencia.

El ejemplo de Londres

En Londres, por ejemplo, en elsolsticio de verano del 21 dejunio, vemos el sol en un n-gulo de 58,5 grados a medio-da, y lo mismo ocurre en di-ciembre, cuando el sol alcan-za los 12,5 grados en su ngu-lo mximo. El ngulo ms bajodel ao se presenta al medio-da.


La temperatura del color y el tiempo se ven afectados, tal como hemos dicho,segn va pasando el da. Empieza alrededor de los 2.000 K al amanecer y seincrementa rpidamente hasta los 4.300 por la maana temprano. A medio-da, la temperatura de color establece su cenit en unos 5.000 K, aunque en unda claro y caluroso de verano puede superar los 15.000 K.

Sin embargo, un cielo nublado puede llegar a tener como mucho unos 6.000K. Obviamente, estos valores pueden variar dependiendo de las condicionesatmosfricas; esto es simplemente una gua para el estudiante.

En cuanto a la referencia de color, sera desde un anaranjado-rojizo clido alamanecer a un amarillo sobre la maana temprano y un blanco en el medio-da. Obviamente, en condiciones ideales, si hay tormenta el da se volver griso se teir azul si hay condiciones de lluvia.

Para ver cmo funciona el sistema Daylight junto con el control de exposi-cin, veamos un caso prctico de iluminacin de una escena.

Tenemos esta escena en la que vemos un edificio generado en 3D y queremosgenerar un render de una imagen exterior con sol.


Creamos la escena y seleccionamos el motor de render mentalray. A con-tinuacin, colocamos una luz tipo Daylight desde la pestaa Sistemas (Sys-tems). En este caso, nos encontramos con una advertencia para utilizar la op-cin de exposicin fotogrfica de mentalray (mrPhotographicExposureControl) con valor de exposicin 15. La aceptamos.

Posteriormente, cambiamos la posicin solar por Barcelona, a 21 de julio y alas 9:00 horas de la maana.

Y cambiamos los parmetros del Daylight de:

Sunlight: mrSun

Skylight: mrSky. Aceptamos la advertencia que comunica que se pondrcomo mapa de entorno un mrPhysicalSky.


Y hacemos un render:

Despus, cambiamos la hora de Daylight a las 17.00 y ajustamos el norte a 74grados para que el sol quede por detrs del edificio. Podemos comprobar quela luz solar que sale en escena se mueve automticamente con la hora, al igualque la iluminacin de toda la escena.

Observamos que al cambiar de hora la escena est muy oscura, por lo quevariaremos los parmetros de exposicin del entorno.

Cambiamos los siguientes parmetros:


La velocidad de obturacin (shutterspeed): 1/350

La apertura (apertura): f / 5,6

Gracias a estos cambios obtenemos un render mucho ms claro y definido.

4.3. Iluminacin interior con luz exterior

Vamos a dar una vuelta de tuerca ms y veamos un ejemplo de cmo iluminaruna escena interior con luz exterior mediante un sistema daylight y tcnicasde iluminacin global de Photonmap + FinalGather.

Para utilizar esta tcnica, hay que emplear el motor de render mentalray, yaque scanline no soporta dicha configuracin.


Partimos de la misma escena de los sofs que hemos utilizado en el apartado deiluminacin interior, aunque ahora en lugar de utilizar tcnicas de radiosidady materiales "luminiscentes" emplearemos un sistema Daylight, una configu-racin de mapeado de fotones y FinalGather.

Lo primero que haremos es insertar en la escena un sistema daylight, a unaaltura suficientemente baja para que parezca el ocaso del da.

Aceptamos los mensajes que nos van apareciendo.

Adems, aadimos a las dos ventanas de la habitacin dos luces mrSkyPor-tal con una dimensin igual a la superficie de las ventanas, sin olvidar quedebemos fijarlas hacia adentro, para que la iluminacin se genere desde fue-ra hacia dentro. Esto nos permitir simular una luz muy suave acorde con lailuminacin.

La configuracin es muy simple:

Multiplicador a 0,5 sombras y opcin fromoutdoors activadas y samples a 32.

Una vez hecho esto, pasemos a la configuracin de mentalray.

Seleccionamos por defecto un motor de render mentalray y clicamos en lapestaa IndirectIllumination para configurar sus parmetros.

Observamos que el motor tiene configuraciones por defecto y algunos par-metros que varan los valores con diferentes calidades. Las ms importantesson:

FGPrecisionPresets: precisin de la calidad del mtodo de clculo. Varanlos rayos que se envan hacia la escena y la interpolacin entre ellos.


CausticsandGlobalIllumination: activacin de las casticas y de la ilu-minacin global.

MaximumNum.Photonspersample: nmero de muestras por fotnemitido.

MaximunSamplingRadius: radio de la muestra.

AverageGIphotonsperLight: media de fotones de Iluminacin globalpor cada luz de la escena.

Pestaarenderer/persianaSamplingQuality:

Minimum/Maximum: son las muestras mximas y mnimas aplicadas acada pxel segn el clculo de iluminacin global.

Filter: diferentes filtros aplicables para acentuar o suavizar la imagen, unavez acabado el render.


Si hacemos un render con los parmetros bajos, el tiempo de ste es bajo ypodemos hacernos una idea global de si es lo que queremos obtener de laescena.

Por ejemplo, probemos con la siguiente configuracin:

FinalGather/FGPrecisionPresets: DraftGlobalIllumination desactivada.Renderer/SamplingQuality: Min 1/16 Max 1/4-FilterBox 1x1.

Observamos que el render es muy rpido, aunque la calidad es psima. Pode-mos ver cmo actuar la luz y si ste es el modo como queremos que se ilumi-nen los objetos del escenario.

Se ve el efecto de diente de sierra en toda la imagen, por lo que deberemosmodificar los parmetros para aumentar la calidad del render.

Vamos a incrementar un poco los valores:

FinalGather/FGPrecisionPresets: MediumGlobalIllumination activada. Maximumnum.Photons 500.Activamos OptimizeforFinalgatherRenderer/SamplingQuality: Min 1/4 Max 4-FilterMitchell 5x5.


Observamos que la calidad del render ha aumentado bastante, aunque en de-trimento del tiempo, dado que hemos variado los parmetros de clculo. Poresta razn el motor de render debe realizar ms operaciones.

Podramos aumentar la calidad de los parmetros, pero a un coste de tiempoque por la aportacin que nos aadira al render final no nos sera rentable.


5. Radiosidad ambiental con Scanline

Cread una caja en el escenario que tenga unas medidas aproximadas a las deuna habitacin cualquiera (300 x 300 x 250 cm aproximadamente) y en elvisor de perspectiva situaros dentro de ella. Aplicad a esta caja el modificadorNormal para que la luz que incorporemos ms adelante sea visible dentro dela caja.

Cread una nueva caja y situadla dentro de la anterior, de forma que sea visibledesde el visor de perspectiva. Si queris le podis dar forma (silla, sof, barrade bar...) y poner algn material a ambos elementos.

Acudid al panel Create>Lights>Standard. Escoged un foco con objetivo(TargetSpot) y situadlo dentro de la caja, de modo que el objetivo se sitesobre el objeto que hayis puesto dentro. Resituad la luz dentro de la caja y,desde el panel Modify, ajustad sus parmetros como ms os guste y compro-bad el resultado haciendo un render rpido de la ventana de perspectiva.

A continuacin, abrid la ventana RenderSetup y activad la opcin de ilumi-nacin avanzada. En el desplegable del primer apartado escoged Rasiosity;esto desplegar los apartados correspondientes a la radiosidad. En el aparta-do correspondiente a RadiosityProcessingParameters, encontraris un su-bapartado que tiene por nombre InteractiveTools. Haced clic en Setup parapoder acceder al control de exposicin logartmica de la luz.


En el apartado LogarithmicExposureControlParameters (parmetros decontrol de la exposicin logartmica) verificad la casilla de afectar nicamentea la luz indirecta.

En este mismo apartado asignad, en PhysicalScale, un valor aproximado alequivalente a una candela. El valor correspondiente a una candela es 683. Lacandela es la unidad fundamental de fotometra en el Sistema Internacional.Representa el valor de la intensidad luminosa, en una direccin dada, de unafuente que emite una radiacin monocromtica. No debemos confundir losvalores expresados en candelas con los ms conocidos, lmenes. El lumen esuna unidad de potencia luminosa, mientras que la candela es la unidad deintensidad.

Comprobad el resultado y veris que la iluminacin global ha mejorado sen-siblemente y que tanto las sombras como los propios elementos con los quehabis compuesto la escena han quedado mucho mejor integrados entre ellos.

Eliminad ahora la luz del escenario y acudid, nuevamente, al panel de las luces.Escoged esta vez un tipo de luz fotomtrica en el desplegable y elegid unaTargetLight. Es probable que MAX os lance una pantalla de aviso. Aceptadlo,ya que con ello estaris cambiando los ajustes del control de exposicin queantes habais tenido que realizar de forma manual.


Haced que el objetivo de la luz sea igual que en el caso anterior. Resituad laluz al mismo lugar que tenais la anterior y acudid al men Rendering>En-vironmentandEffects. Dentro de la solapa Environment, en el apartado delos parmetros de control de exposicin logartmica, ajustad el brillo y el con-traste a unos valores intermedios.

Activad ahora la ventana de RenderSetup y, en el apartado de seleccin dela iluminacin avanzada de la solapa de AdvancedLighting, indicad Radio-sity y verificad la casilla. A continuacin, en el apartado RadiosityProcessingParameters haced clic en Start para que Max calcule la radiosidad de la esce-na. Una vez terminado el clculo, MAX detendr el botn Start de forma au-tomtica. A partir de ese momento, ya podis renderizar la escena para podercomprobar los resultados y compararlos con los anteriores.


6. Renderizador Mental Ray

Este motor de render difiere en varios aspectos del renderizador Scanline; deentre estos aspectos, dos de los ms importantes son que, por un lado, al con-trario de lo que suceda con Scanline, este renderizador no precisa simular losefectos de radiosidad ambiental de forma manual, y por otro, est optimizadopara poder ser utilizado en ordenadores mucho ms actuales con procesado-res mltiples (de doble o cudruplo ncleo), lo cual permite agilizar, de formacomparativa, los tiempos de render.

Al igual que ya suceda con scanline, podemos encontrar los parmetros espe-cficos de este motor de render en el panel Renderer de RenderSetup.

El primer apartado de este panel determina la calidad final en funcin de lacantidad de muestreos que se efectuar de los diferentes pxeles de la imagen.El subapartado SamplesperPixel fija los tipos mnimos y mximos de dichosmuestreos.

El valor mnimo puede estar representado por un nmero fraccionario, porejemplo, 1/64. Esto indica que se tomar un muestreo de cada sesenta y cuatropxeles. El valor Maximum fija el mximo del muestreo.

El subapartado Filter define cmo van a combinarse los muestreos. Para ello,en el desplegable Type podremos escoger, entre diferentes filtrados: Gauss,Tringulo, Mitchell o Lanczos.

Los valores de Width y Height especifican el tamao que tendr el rea defiltrado. Al aumentar el valor de anchura y la altura, se obtendrn imgenesms suavizadas, lo cual har que aumente considerablemente el tiempo derenderizado.


El apartado SpatialContrast ajusta el valor de contraste utilizados como um-brales para el control de muestreo. Estos valores se aplicarn a cada imagen.El aumento de los valores espaciales de contraste disminuye la cantidad demuestreos realizados, pudiendo as acelerar la renderizacin de una escena acambio de perder calidad de imagen.

Los valores umbral pueden establecerse desde cero a uno. El valor cero indicala ausencia del canal de color, mientras que el uno indica la saturacin mximadel canal. En el caso del Alpha (A) el valor igual a cero indica un grado detransparencia total, mientras que un valor de uno indica la ausencia de alpha.

En el apartado RenderingAlgorithms encontramos una opcin muy intere-sante para aquellas ocasiones en que necesitemos usar algo concreto que s-lo sea aceptado por Scanline. Se trata del apartado que hace referencia a esterenderizador. Cuando la casilla de verificacin Enable est activada, el proce-sado de MentalRay puede usar la representacin de Scanline. Cuando estapagado, el procesador utiliza Mental Ray como nico renderizador.


Si activamos el siguiente apartado, RayTracing, Mental Ray utiliza su trazadode rayos para hacer reflexiones, refracciones, efectos de desenfoque de movi-miento, control de la profundidad de campo, custicas y controles de ilumi-nacin global de la escena. Si este apartado est inactivo, en lugar de utilizartodas estas posibilidades, el mtodo de escaneo es de lnea nica. Tener RayTracing activo implica renders mucho ms lentos, pero tambin ms precisosy realistas.

El subapartado RaytraceAcceleration establece el algoritmo a utilizar parala aceleracin de trazado de rayos. Los controles de este subapartado puedenvariar en funcin del mtodo de aceleracin escogido. Las dos alternativasposibles son:

BSP: es el mtodo ms rpido en un sistema de un solo procesador. BSP2: este mtodo est optimizado para sistemas multiprocesador y para

las grandes escenas que contengan ms de un milln de polgonos en surepresentacin.

Desde el subapartado Reflections/Refractions podemos controlar el nmerode veces que un rayo de luz ser reflejado o refractado. Los valores iguales acero no producen reflexin ni refraccin. Cuanto ms se aumentan los valores,ms aumentar el realismo de la representacin y ms tiempo de renderizacinse necesitar.

Los lmites de la combinacin de reflexiones y refracciones vienen determina-dos por los valores de Max, TraceDepth. Este parmetro especifica el nmerode veces que debe hacerse el seguimiento de un rayo de luz. Por ejemplo, siestablecemos este valor en 6 y un rayo se refleja tres veces y se refracta otrastres, no podr volver a reflejarse debido a que, entre reflexiones y refracciones,ya suma seis, que es el valor establecido.

Max.Reflections y Max.Refractions establecen el nmero mximo de vecesque un rayo de luz puede ser reflejado y refractado respectivamente.


Desde el apartado CameraEffects podemos determinar los efectos de cmaraque se aplicarn durante el proceso de render. Este apartado contiene diferen-tes subapartados, con caractersticas muy especiales, que intentaremos descri-bir con detalle a continuacin; vale la pena conocerlas bien.

El subapartado MotionBlur es el encargado de aplicar este filtro al renderiza-do. Ya se comentaron las ventajas de aplicar este filtro cuando se explic elfuncionamiento del motor de render Scanline. En este caso, adems de poderaplicar el filtro, este subapartado nos permite algunas opciones:

BlurAllObjects Aplicar el desenfoque de movimiento a todos los objetos, in-dependientemente de las propiedades de dicho objeto.

ShutterDuration(frames) Este parmetro simula la velocidad del obturador de una c-mara. Si ponemos un valor igual a cero no habr borrosidaden el movimiento. Cuanto mayor sea el valor, mayor ser tam-bin el grado de desenfoque.

ShutterOffset(frames) Establece el fotograma desde el cual debe mezclarse la imagenpara establecer, en relacin con el fotograma que se est ren-derizando, el efecto de desenfoque.

MotionSegments Establece el nmero de segmentos para calcular el desenfo-que de movimiento. Cuanto ms elevados son los valores, mspreciso es el desenfoque, pero precisar tambin de ms tiem-po de renderizado.

TimeSamples Controla las veces que debe muestrearse el material duranteel desenfoque. Habitualmente, con muestrearlo una vez es su-ficiente; sin embargo, en animaciones muy rpidas puede serconveniente remuestrear el material en ms ocasiones, puestoque ello permite obtener mayor precisin al desenfoque.


El apartado Contours permite usar sombreadores especiales para ajustar los re-sultados del sombreado de contorno. Contempla tres tipos de contorno: Con-tourContrast, ContourStore y ContourOutput.

Las lneas de contorno son especialmente tiles para la produccin de dibujosanimados. Adems de esto, la adicin de lneas de contorno puede ayudar adistinguir algunos objetos del escenario que, bien sea por sus propiedades fsi-cas, bien por la iluminacin que reciben, podran caer en la confusin visual.

Los contornos pueden ser diferentes para cada material y algunos materialesno pueden tenerlas en todo su permetro. El color y el grosor de los contornosaplicados dependen de factores como la geometra propia del objeto, la posi-cin que ste ocupa en la escena o el tipo de material.

El siguiente apartado, CameraShaders, es de los ms complejos del panel, yaque sus posibilidades son muy grandes; conocer bien todos los elementos quepodemos introducir puede ahorrarnos mucho tiempo y esfuerzo, al tiempoque ayudar a dotar de mucha ms credibilidad visual a aquello que estamosrealizando. Su uso est destinado a aplicar sombreadores de cmara complejospara conseguir efectos que, de otra forma, seran en muchos casos imposiblesde conseguir, a no ser que trabajramos a posteriori los resultados en otrosprogramas de posproduccin de vdeo como, por ejemplo, After Effects.

La activacin de cada uno de los tres apartados, y la posterior activacin de subotn correspondiente, da acceso a un conjunto de efectos de cmara.

La activacin de Lens da acceso a los filtros siguientes: Distorsion, Night,WrapAround y ShaderList.


Distorsion Aplica un efecto de distorsin lente a la imagen. Las distorsiones pueden sertanto cncavas como convexas.

Night Si observamos la realidad podremos ver que objetos de colores saturados to-man valores de color apastelado cuando llega el atardecer, que una flor ama-rilla tiene un tono de un azul casi blanco bajo la luz de la luna. Este cambio decoloracin es debido a que el ojo humano percibe las cosas de una manera aplena luz del da y de otra muy distinta en condiciones de poca luz. El efectoNight simula esta situacin.

WrapAround Esta opcin toma una instantnea de todo lo que se encuentra alrededor dela cmara. Esta instantnea puede sernos de gran utilidad en aquellas ocasio-nes en que queramos ponerla como mapa de reflectividad o como mapa deambiente, por ejemplo.

ShaderList Esta opcin abre una interfaz propia en la cual podemos combinar los dife-rentes efectos de cmara vistos hasta ahora.

El botn de Output da acceso a efectos de deslumbramiento del objetivo dela cmara.

Glareshader Provoca un efecto de deslumbramiento del objetivo de la cmara, creandoun halo alrededor de las imgenes.

ShaderList Permite lo mismo que en el apartado Lens.

El botn Volume da acceso a efectos de relleno de luz polvo, niebla y otrosque se crea en la imagen cuando la luz atraviesa una superficie que contienepartculas de algn tipo.

Beam Permite hacer, de forma rpida y sencilla, halos alrededor de lucesbrillantes.

Materialtoshader Permite utilizar cualquier material como sombreador. Dependiendodel componente al que se asigne, Mental Ray utiliza, de forma auto-mtica, el componente de material adecuado.

Mist Crea capas de niebla o neblinas, creando efectos de decoloracin deelevado realismo.

PartiVolume Simula a la perfeccin dispersiones en el aire de polvo, niebla o lluvia.

Submerge Est indicado para simular escenas bajo el agua.

ShaderList Permite lo mismo que en el apartado Lens.


El apartado DepthofField (PerspectiveViewsOnly) muestra la profundidadde campo de la escena en la vista de la perspectiva. Este efecto de profundidadde campo no se aplicar si renderizamos visores que no sean nicamente devista de perspectiva.

Si queremos que una vista de cmara muestre en el visor el efecto de profun-didad de campo, es necesario seleccionar la cmara y en el panel Modify acti-var Multi-PassEffect y en el desplegable seleccionar la opcin DepthofField(mentalray).

Los valores de FocusPlane establecen la distancia de la cmara en la cual loselementos de la escena deben estar completamente enfocados.

Near y Far definen el rango de valores a partir de los cuales se va a desarrollarla distancia focal. Los objetos con distancias ms prximas a Near se vernms enfocados. Aquellos situados en distancias ms prximas a Far, se vernms desenfocados en relacin con los anteriores.

El ltimo apartado de este panel hace referencia a las sombras, Shadows y alos mtodos de aplicacin de las mismas.

El subapartado ShadowMaps permite especificar mapas de sombra. Cuandoespecificamos un archivo de mapa de sombra, Mental Ray utiliza ese archivoen lugar de hacer un trazado de rayos para obtener las sombras. Si hemos de-sactivado por alguna razn la casilla de verificacin de Enable cuando haga-mos el renderizado final, aunque hayamos introducido anteriormente un ma-pa de sombras, dicho mapa no se aplicar.


Hasta aqu, hemos visto los parmetros principales propios del renderizadorMental Ray. Hay, sin embargo, muchos ms, algunos extremadamente com-plejos, con los cuales podis experimentar libremente para ir conociendo po-co a poco sus posibilidades, las cuales son casi inacabables. Estos parmetrosavanzados podis encontrarlos por medio del panel de IndirectIlluminationsituado en la misma ventana de RenderSetup.

Tcnicas de iluminacinndice1. Tcnicas de iluminacin bsicas1.1. Iluminacin en tres puntos1.1.1. Luz principal1.1.2. Luz relleno1.1.3. Luz trasera1.1.4. Relacin luz principal-luz de relleno

1.2. Iluminacin en array1.3. HDRI

2. Tcnicas de iluminacin avanzadas2.1. Distribucin de la luz2.2. Raytracing2.3. Radiosidad2.4. Photon Mapping2.5. Final Gathering

3. Iluminacin interior4. Iluminacin exterior4.1. Exposure Control (control de exposicin)4.2. Dayligth System4.3. Iluminacin interior con luz exterior

5. Radiosidad ambiental con Scanline6. Renderizador Mental Ray

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Animacion_3D_(Modulo_3) Técnicas de iluminación