EFECTOS DE ILUMINACIÓN EN UNA AMBIENTACIÓN: SOMBRAS Y ATENUACION

Iluminación

En el mundo real, la iluminación afecta nuestras vidas desde ángulos muy variados: permite distinguir siluetas y formas, afecta nuestros estados de ánimo (por ejemplo, las luces de una discoteca), nos alerta sobre peligros u otras indicaciones (semáforo, sirenas, etc.), nos entretiene, etc. Existen muchas fuentes de luz natural y artificial que nos generan muchas variables de iluminación. Intentar emular esas variables en un espacio 3D es el objetivo de las herramientas de iluminación en 3DSMAX. El programa basa a su representación de la iluminación en el ángulo que inciden los rayos en las caras de los objetos. Si este ángulo es perpendicular la iluminación es máxima, en ángulos menores esta irá decreciendo hasta desaparecer cuando los rayos queden tangentes a la superficie.

En el mundo real, la distancia influye en la intensidad de la luz puesto que la luz se difumina al ir alejándose de la fuente emisora. En 3DSMAX en cambio, la luz se proyecta hacia el infinito en el espacio 3D. Por defecto, el programa nos proporciona una iluminación Standard la cual nos permite ver nuestros modelos 3D. Estas son dos luces omnidireccionales: una ubicada atrás, como se ve en la imagen:

Y otra adelante, tal como se ve en la imagen de abajo:

Si aplicamos cualquier luz en 3DSMAX, estas se apagan para que podamos ver el efecto de esta. Si borramos las luces aplicadas, la iluminación standard vuelve a aparecer.

Ya sea que hablemos de luz natural o de cualquier fuente de luz artificial, debemos distinguir 2 tipos de luces: las luces duras, que son aquellas que proyectan sombras fuertes y demarcadas mientras que las luces blandas son aquellas que proyectan sombras suaves y difusas.

Debemos usar luces duras cuando:

– Simulamos iluminación que proviene de un bulbo (ampolleta) de luz en un cuarto pequeño.

– Para imitar la luz solar.

– Para iluminar escenas espaciales.

– Cuando imitamos las luces de un espectáculo (que incidan en un artista).

– Cuando deseamos que una sombra en el render nos advierta de otros objetos que están fuera de la escena y que deseamos que el espectador lleve su atención hacia ella.

– Para iluminar lugares inhóspitos (las luces duras hacen que la gente no se sienta cómoda).

Debemos usar luces blandas cuando:

– Cuando iluminamos días nublados y no deseamos sombras duras y negras.

– Para la iluminación indirecta que se refleja de los muros ya que generalmente es bastante suave.

– Para luces que están siendo transmitidas a través de materiales translucidos como una pantalla de luz o una cortina.

– Para imitar la iluminación interior (las luces suaves hacen de los entornos interiores más confortables, relajantes y hacen ver a los personajes más orgánicos).

– Para resaltar la belleza de un personaje, en especial de un personaje femenino el cual podemos resaltarlo solo utilizando luces suaves.

– Para generar representaciones (render) más realistas.

Tipos de luces Standard

Los colores de los materiales y las texturas de las superficies son profundamente afectadas cuando iluminamos la escena, por lo que se suele aplicar la iluminación en primer lugar y luego se procede a la texturización aunque no hay reglas al respecto.

Las luces se encuentran en icono de luces del panel crear. Como sabemos una vez creada la luz se desactivan las 2 luces que vienen activadas por defecto y se comienza a iluminar desde cero. Para insertar cualquier sistema de luces, debemos ir a al panel crear y presionamos el ícono luces. En el menú desplegable podemos elegir entre 2 sistemas de iluminación: Photometric (fotométrico) y Standard de 3DSMAX.

Las luces fotométricas utilizan valores fotométricos (energía de luz) que permiten definir las luces con más precisión, igual que si fuesen reales. Podemos crear luces con distintas distribuciones y características de color, o bien importar archivos fotométricos de los mismos fabricantes de luces. Podemos ver este tipo de luces más a fondo en el tutorial de luces fotométricas de este blog.

Las luces Standard son aquellas que tiene por defecto 3DSMAX y que abordaremos en este apunte. Estas luces tienen la ventaja que son válidas para todos los motores de render disponibles, aunque a cambio de no ser tan realistas como las Fotométricas. En 3DSMAX tenemos básicamente 4 tipos de luces que son:

Omni: Como su nombre lo indica esta luz es de tipo “omnipresente”, esto es, que arroja luz en todas las direcciones de forma similar a una ampolleta o bombilla. Por esta característica es perfecta para ser usada como luz básica para iluminar una escena o un objeto, pero su fuerte es ser usada como luz de relleno (para evitar la oscuridad total en áreas no iluminadas de la escena). Es el equivalente a la luz de punto o point de AutoCAD 3D.

Render realizado con Omni para apreciar el efecto de la luz sobre los objetos de la escena.

Target/Free Spot: Este tipo de luz emite un rayo orientado con forma de cono de la misma manera que el de una linterna, un foco de teatro o una lámpara de sobremesa o escritorio.

Target Spot utiliza un objeto de destino o “Target” al que se dirigirá la luz, el cual se puede mover de forma independiente al de la posición de la lámpara o foco. En cambio en la opción Free Spot la luz siempre apuntará hacia donde la coloquemos según la vista en la que la dibujemos, ya que no tiene objeto de destino.

Render realizado con Spot para apreciar el efecto de la luz sobre los objetos de la escena.

Target/Free Direct: Este tipo de luz proyecta rayos de luz paralelos en una única dirección y de forma cilíndrica, de forma similar a la sombra proyectada por el sol sobre la superficie de la tierra. Por esto mismo la luz direccional se utiliza principalmente para simular la luz solar, e incluso tenemos un sistema de iluminación basado en esta llamado Sunlight.

Target Direct utiliza un objeto de destino o “Target” al que se dirigirá la luz, el cual se puede mover de forma independiente al de la posición de la lámpara o foco. En cambio en la opción Free Direct la luz siempre apuntará hacia donde la coloquemos según la vista en la que la dibujemos, ya que no tiene objeto de destino.

Render realizado con Direct para apreciar el efecto de la luz sobre los objetos de la escena.

Skylight: Este sistema está indicado para reproducir la luz diurna normal ya que en realidad equivale a colocar muchas luces de tipo Spot apuntando hacia la escena formando un “domo” de luces. Esta luz está ideada para ser utilizada con el plugin Light Tracer del motor de render por defecto Scanline Render, ya que por sí sola no da el efecto esperado. El cielo aparece como una cúpula situada sobre la escena.

Render realizado con Skylight para apreciar el efecto de la luz sobre los objetos de la escena, sin aplicar el plugin Light Tracer.

Esta luz está indicada para escenas exteriores ya que si aplicamos Light Tracer en escenas interiores no funcionará. También es importante indicar que esta luz se debe complementar con una luz directa o Sunlight para simular de mejor manera la escena exterior.

El mismo render anterior pero aplicando el plugin Light Tracer, donde notamos que al ser una escena interior esta no se ilumina.

El mismo render anterior pero esta vez se han realizado vanos, y con ello ya podemos ver algo de iluminación diurna.

El mismo render anterior pero esta vez combinado con el sistema Sunlight.

Existen otros dos tipos de luces llamadas MR Area Omni y MR Area Spot, las cuales son básicamente luces Omni y Spot pero están diseñadas para el motor de render Mental Ray. En el caso de estas luces, podremos controlar la forma en que el área de la luz se distribuye en los objetos mediante la opción Area Light Parameters.

Si colocamos la luz Mr Area Omni Podremos elegir si queremos distribuirla en modo de esfera o Sphere (donde podremos editar su radio) o de forma cilíndrica o Cylinder (donde podremos ajustar su radio y su altura).

Render realizado con una luz Mr Area Omni para apreciar el efecto de la luz sobre los objetos de la escena. En este caso al área de distribución es de tipo Sphere.

Si colocamos la luz Mr Area Spot Podremos elegir si queremos distribuirla en modo de recángulo o Rectangle (donde podremos editar su largo y ancho) o de forma de disco o Disc (donde podremos ajustar su radio).

Render realizado con una luz Mr Area Spot para apreciar el efecto de la luz sobre los objetos de la escena. En este caso al área de distribución es de tipo Disc.

Debemos recordar que estas luces funcionarán de mejor forma en el motor de render Mental Ray.

Iluminación ambiental

Al ser emitida la luz, los rayos de esta se propagan en el espacio hasta impactar sobre alguna superficie u objeto. Esta puede hacer que el rayo rebote total o parcialmente, o que sea absorbido por el medio. Cuando la luz rebota contra una superficie prosigue su camino con menor intensidad hasta volver a impactar con otra superficie y repitiendo el proceso hasta desaparecer.

A toda esta luz rebotando a la deriva en el espacio se le llama Iluminación Ambiental, y no es posible definir un origen preciso de la misma. Calcular el rebote de todos los rayos exige muchísimo cálculo de parte del programa 3DSMAX y por ende, tiempo de render. Podemos resolver parciamente este problema utilizando el parámetro de luz ambiental (Global Lightning). Podemos configurarla asignándole un color determinado y esto afectará a todos los objetos por igual en las zonas que no están iluminadas. Lo configuramos en el cuadro de environment.

Los parámetros de este son los siguientes:

Tint: por defecto está de color blanco. Al cambiarlo, Tint tiñe las luces de la escena con un determinado color. La Luz ambiental no se ve afectada.

En el ejemplo, al render con Omni se le ha aplicado en Tint el color rojo, mientras que los otros parámetros están por defecto.

Level: Establece Nivel de intensidad. Un valor superior a 1 aumenta la intensidad de todas las luces de la escena por igual. Valores menores a 1 la atenúan.

En el ejemplo, al render con Omni se le ha aplicado en Level el valor 2, mientras que los otros parámetros están por defecto.

Ambient: Por defecto está de color negro. Al cambiarlo, la luz ambiente o Ambient afectará a todas las zonas no iluminadas de los objetos por igual.

En el ejemplo, al render con Omni se le ha aplicado en Ambient el color rojo, mientras que los otros parámetros están por defecto.

En el ejemplo, al render con Omni se le ha aplicado a Ambient y Tint el color rojo.

En el ejemplo, al render con Omni se le ha aplicado a Ambient el color rojo y a Tint el color verde.

Parámetros generales de las luces standard

Todas las luces standard a excepción de Skylight comparten parámetros comunes, los cuales son los siguientes:

Light type: podemos cambiar a cualquiera de los 3 tipos de luces disponibles: Omni, Spot y Direct. En Caso de las luces Direct y Spot, podemos activar la opción target para habilitar el objetivo y además podremos definir su longitud (o manipularlo directamente en la Viewport).

On: habilitamos o deshabilitamos la luz. Si  tenemos una luz en la escena y esta está en modo OFF y realizamos un render, la escena no se iluminará a menos que activemos la luz o la borremos. Podemos activar o desactivar tantas como queramos, según la cantidad de luces que tengamos en nuestra escena.

Shadows On/Off: en este caso habilitamos o deshabilitamos la proyección de sombra. Al clickear en Use Global Settings, habilitamos la sombra de tipo Shadow Map que está por defecto.

Render realizado con Sombra (Shadow) desactivada.

Los tipos de sombra que podemos elegir son los siguientes:

–Shadow Map.
–Mental Ray Shadow Map.
–Area Shadows.
–Ray Traced Shadows.
– Advanced Ray Traced Shadows.

Las sombras y sus parámetros son reseñadas en el Tutorial de sombras, por lo tanto no serán parte de este apunte.

Color: por defecto está en color blanco, y nos permite definir el color de la luz el cual afectará a todos los objetos que sean iluminados por ella.

Render realizado con color de luz en Amarillo.

Render realizado con color de luz en Verde claro.

Render realizado con color de luz en Morado.

Exclude: al presionar esta opción podemos excluir (exclude) o incluir (include) los objetos que queremos que sean afectados por la luz en particular (a diferencia del mundo real en que esto no ocurre pues todos los objetos afectos por la luz son iluminados). Incluso podemos elegir si queremos que el objeto sólo arroje sombras, o ambas.

Eligiendo el o los objetos del cuadro de la izquierda y presionando la flecha derecha (>>) a podremos agregarlo a la lista de exclusiones en la cual tendremos las opciones de Iluminación (Illumination), Arrojar Sombras (Shadow Casting) o ambos (Both). Para volver el objeto a la normalidad, bastará elegirlo del cuadro de la derecha y luego presionar la flecha izquierda (<<).

Render de la configuración de la imagen anterior donde vemos que la tetera 1 no se ilumina ni arroja sombras.

Multiplier: aumenta o disminuye la intensidad de la luz mediante valores positivos o negativos. Debemos tomar en cuenta que este valor no se refiere a los “watts” del foco de luz, sino más bien es una referencia para comparar y ajustar la iluminación de las distintas fuentes de luz. Los valores negativos restan luz a las zonas que lo afectan, generando oscuridad.

En la primera imagen vemos un render con una luz omni aplicada y su valor de Multiplier positivo, mientras que en la segunda el valor de este es negativo, generando una mancha oscura.

El render de las teteras anteriores con valores de Multiplier en 5.

El render de las teteras anteriores con valores de Multiplier en 0,01.

Atenuación (Attenuation): en el mundo real, la luz se propaga en el espacio hasta que pierde potencia y desaparece. En 3DSMAX esto no es así hasta que activemos los parámetros de atenuación. Tenemos dos tipos de atenuaciones: cercana (Near) y lejana (Far) que se utilizan para controlar cómo crece y decrece la intensidad de la luz en su recorrido.

– Atenuación cercana (Near Attenuation): nos permite controlar la distancia durante la cual el rayo que parte desde la fuente de luz comienza a crecer en potencia hasta alcanzar la iluminación máxima indicada en el multiplicador (multiplier). El valor de inicio (Start) define (en distancia de unidades) el comienzo de la fuente de luz. El valor final (end) indica la distancia en la cual el rayo alcanza la intensidad indicada en el multiplicador. La distancia entre ellos es el rango en que gradualmente comienza a aumentar la potencia de la luz.

En la imagen notamos cómo manipulando los valores de Near Attenuation evitamos iluminar la primera tetera mientras que la segunda se va iluminando gradualmente. El valor de inicio (Start) está representado por la lente (o esfera en el caso de la luz Omni) color azul marino, mientras que el valor final (End) es azul claro.

– Atenuación lejana (Far Attenuation): nos permite controlar la distancia durante la cual el rayo que parte desde la fuente de luz comienza a decrecer en potencia hasta apagarse. El valor de inicio (Start) define (en distancia de unidades) el comienzo de la pérdida de potencia de la fuente de luz. El valor final (end) indica la distancia en la cual el rayo se extingue. La distancia entre ellos es el rango en que gradualmente comienza a disminuir la potencia de la luz.

En la imagen notamos cómo manipulando los valores de Far Attenuation evitamos iluminar la segunda tetera. El valor de inicio (Start) está representado por la lente (o esfera en el caso de la luz Omni) color café claro, mientras que el valor final (End) es café oscuro.

Decay: permite definir un método alternativo a la atenuación controlada. Tenemos dos tipos: Inverse e Inverse Square (que calcula la atenuación real en la naturaleza). Esto quiere decir que la iluminación que alcanza un punto del objeto es igual a la intensidad de la luz dividido por la distancia entre el objeto y la luz al cuadrado La iluminación del Objeto = Intensidad / Distancia2. También disponemos de la opción None, o sea, sin decay. Con Start podemos definir la magnitud de la atenuación.

Configuración de Decay, mostrando lente de atenuación.

Render de la Configuración anterior, en opción Inverse.

Render de la Configuración anterior, en opción Inverse Square.

Parámetros extendidos de luces standard

En el caso de luces tipo direccional (Direct) y foco (Spot) tenemos otros parámetros extras que les son comunes a ambas, los cuales son:

Show Cone: nos muestra el “cono” que forma la luz, o el “cilindro” en el caso de las luces direccionales.

Overshoot: permite que estas luces iluminen de la misma forma que las omni pero que arrojen sombras sólo en el cono o cilindro que las definen.

Hotspot/Beam: define el diámetro del área del objetivo. En otras palabras, aumenta el diámetro de la base de cono. Se representa por el color celeste en Show Cone.

Falloff/Field: define el valor del área desde donde se degrada la luz hacia los lados, a partir del valor definido en Hotspot/Beam. Se representa por el color azul marino en Show Cone.

Circle/Rectangle: permite definir si el área iluminada forma un círculo o un rectángulo. Si elegimos la segunda opción, podremos cambiar las proporciones del rectángulo aumentando o disminuyendo el valor de Aspect. El botón bitmap fit nos permite encajar las proporciones de una imagen en esta área.

Área de luz definida mediante la opción Rectangle.

Área de luz definida mediante la opción Rectangle, con Aspect menor que 1.

Área de luz definida mediante la opción Rectangle, con Aspect mayor que 1.

Efectos avanzados de luces

Las luces cuentan además con un cuadro extra denominado efectos avanzados (Advanced Effects), entre los cuales destacamos:

Affect surfaces: nos permite controlar con precisión el efecto de la luz sobre las distintas propiedades de los materiales. pPodemos habilitar una luz para que ilumine sólo las propiedades especulares, difusas o ambientales independientemente o aumentar el contraste entre las áreas difusas y ambientales de una superficie.

En la imagen, la primera luz ilumina sólo el mapa Diffuse mientras que la otra sólo ilumina el mapa specular (en blanco y negro).

En la imagen, la primera luz ilumina el mapa Diffuse junto con specular mientras que la otra sólo ilumina el mapa specular (en blanco y negro).

Proyector map: nos permite seleccionar una imagen o un video y proyectarla en la superficie, similar a un proyector de cine.

En la imagen, una de las luces ilumina normalmente mientras que la otra proyecta una imagen en la superficie mediante la aplicación de Proyector map.

Atmosphere and Effects: esta interesante opción nos permitirá agregar efectos especiales a nuestras luces. OPor defecto tendremos dos a nuestra disposición: Volume Light y Lens effects. El efecto más destacado es el llamado Volume Light el cual hará visible en el render el “volumen” de la luz proyectado por el emisor:

Render realizado con una luz Spot.

Render realizado con una luz Spot pero aplicando el efecto Volume Light.

Mediante la opción Add podremos agregar el efecto deseado y mediante Delete borrarlo. Al elegir Add nos aparece el cuadro siguiente donde podremos elegir el efecto:

Podremos configurar los parámetros de Volume light en el panel environtment, donde iremos a la persiana Atmosphere y elegiremos la opción volume Light. nos aparece el cuadro de abajo:

En este caso las propiedades más importantes son:

Lights: podremos elegir qué luces se toman en cuenta o no para el efecto. Mediante Pick Light tomaremos la luz que queremos que se aplique el efecto y mediante Remove Light podremos elegir una de la lista y quit{arselo.

Fog Color: Por defecto es de color blanco. Fog color permite cambiar el color de la “niebla” o el color del volumen de luz:

Render de Volume Light con Fog Color en Amarillo.

Render de Volume Light con Fog Color en Rojo.

Attenuation Color: en este caso determina el color de la atenuación de la niebla, y puede ser apreciado si activamos cualquiera de las atenuaciones. Por defecto es Azul y su valor es en Atten. Mult. es 2.

Render de Volume Light con Attenuation Color en Rojo y el valor de Atten. Mult. por defecto, donde notamos el tono rojizo en la atenuación lejana (se ha activado Far Attenuation).

Atten. Mult: Por defecto es 2, y con este valor aumentamos o dismunuimos el efecto de Color Attenuation.

El mismo Render anterior pero con Atten. Mult. en 20, donde notamos con precisión el Rojo de Fog Color.

Exponential: Aumenta la densidad de manera exponencial con la distancia. Cuando está apagada, la densidad aumenta linealmente con la distancia. Activemos esta casilla de verificación sólo cuando deseemos procesar objetos transparentes en el volumen de la niebla.

Render de Volume Light con Exponential activado.

Density: Por defecto es el valor 5, y establece la densidad de la niebla. Cuanto más densa sea esta , más la luz se refleja en el interior del volumen. Para nieblas realistas se recomiendan niveles entre 2 y 6.

Render de Volume Light con Density en valor 2.

Max Light%: representa el efecto de brillo máximo que se puede lograr (por defecto es 90%). Si bajamos este porcentaje podemos limitar el brillo de la luz para que no sea más denso a medida que se aleja de la fuente de la luz. Cuando la escena incluya objetos transparentes dentro de una luz del volumen, debemos ajustar este valor al 100%.

Render de Volume Light con Max Light% en 50%.

Render de Volume Light con Max Light% en 20%.

Min Light%: representa el efecto de brillo mínimo que se puede lograr (por defecto es 0%). Si Luz mínima es mayor que 0 , las áreas fuera del volumen de luz brillarán. Debemos tomar en cuenta que si aumentamos este valor el espacio fuera del volumen de luz tomará el color de la niebla.

Render de Volume Light con Min Light% en 20%.

Render de Volume Light con Min Light% en 20%.

Filter Shadows: Funciona con la sombra Shadow Map y con la opción Exponential activada, y nos permite obtener una mejor calidad del volume light mediante el aumento de la frecuencia de muestreo o Sample Rate (a costa del aumento de tiempo de render). En este caso tenemos las opciones: Low, Medium, High y Use Light Smp Range, donde podremos controlar el porcentaje de volumen si desmarcamos la opción Auto (el rango va desde 1 a 10.000). Estas opciones tienen que ver con la difuminación de la sombra ya que el manejo de estos valores acentúan o difuminan las sombras proyectadas por la luz.

Render con Filter shadows en la opción Low. En este caso se ha removido la habitación para ver las sombras proyectadas.

Render con Filter shadows en la opción High. En este caso se ha removido la habitación para ver las sombras proyectadas.

Otra opción que podremos agregar a nuestro Volume Light es la opción de Noise. Al activarlo y subir el valor de Amopunt, podremos ver efectos de ruido en el volumen de luz y tenemos tres tipos de efectos de Noise: Regular, Fractal y Turbulence:

Render con la opción de Noise Regular activada, y el valor de Amount en 0,55.

Render con la opción de Noise Fractal activada, y el valor de Amount en 0,55.

Render con la opción de Noise Turbulence activada, y el valor de Amount en 0,55.

Podremos modificar los parámetros generales del ruido según la opción que elijamos, Las variables más importantes son:

Noise Thereshold: limita el efecto del ruido, y va entre 0 y 1. Por defecto es 1. Podremos colocar los valores en Low, High o ambos.

Render con la opción de Noise Regular activada, el valor de Amount en 0,55 y Noise thereshold High en 0,5.

Render con la opción de Noise Regular activada, el valor de Amount en 0,55 y Noise thereshold High y Low en 0,5.

Size: determina el tamaño de las partículas del ruido. Por defecto es 20.

Render con la opción de Noise Regular activada, el valor de Amount en 0,55 y Size en 5.

Debemos recordar que podremos insertar la cantidad de luces que estimemos conveniente en nuestra escena, y que estos parámatros pueden ser configurados en cada luz por separado o al mismo tiempo si todas están en modo Instance.