Tutorial 06: Materiales y Mapeo

3dsmax_materialesUn material es la suma de un conjunto de parámetros y mapas (que pueden ser imágenes o vídeos) que pueden ser asignados a la superficie de un modelo 3D para describir como este refleja y/o absorbe a luz. La mezcla de todas estas propiedades nos permitirá emular los materiales del mundo real tales como mármol, ladrillo, plásticos, metales, etc.

Un mapa en 3DSMAX es cualquier imagen que el programa soporta (jpg, gif, bmp, etc.), video (ave, mov, etc., secuencia de imágenes o mapas de procedimiento (procedurales) generados por el programa los cuales se asignan a las propiedades de los materiales con el fin de aumentar el nivel de realismo de los mismos. Los materiales que contienen uno o más mapas se llaman materiales mapeados.

La diferencia entre un material y un mapa es que el primero es un conjunto de propiedades de la superficie del objeto, mientras que los mapas se utilizan para caracterizar estas propiedades, por lo que están subordinados a los primeros.

Para cargar la lista de materiales debemos presionar el botón get material. Este nos desplegará el cuadro de materiales, donde podremos reconocer la lista de materiales tipo, la lista de mapas generados por el programa así como también los materiales que tenemos aplicados en la escena y por último los slots del editor de materiales. Además de los materiales predeterminados, podemos cargar los materiales que vienen con 3DSMAX. Para ello, presionaremos el ícono de la flecha hacia abajo y cargaremos la opción open material library. Buscaremos ahora el archivo llamado 3dsmax.mat (suele estar en 3dsmaxXXXX >> Materiallibraries) y lo seleccionamos. Aparecerá cargada nuestra biblioteca de materiales. Además de este archivo, 3DSMAX cuenta con Aec Templates, mrArch_DesignTemplates y Nature, que son también bibliotecas de materiales. Podemos crear nuestra propia biblioteca mediante la opción New material Library y luego asignándole un nombre. Para llenar la biblioteca con nuestros materiales bastará arrastrarlos hacia ella.

Si queremos guardar la biblioteca nos ponemos en la persiana y con el botón secundario elegimos save as (imagen derecha). Con esto guardaremos la biblioteca en extensión mat y podremos cargarla cuando queramos y en cualquier otra escena, mediante la opción open material library.

Tipos de materiales

Cuando elegimos el cuadro de materiales nos aparecen 2 grupos definidos: Materials y Maps. Dentro del primer grupo nos aparece el subgrupo Standard, que es el que contiene los materiales tipo que nos da 3DSMAX y con los cuales podremos crear nuestros propios materiales, si cargamos los materiales tipo de 3dsmax (3dsmax.mat) y vemos cada uno de ellos nos daremos cuenta que están formados a partir del grupo Standard. Este grupo clasifica a los materiales en 4 grupos:

Material standard: es el que viene por defecto en el programa. Con este podemos crear nuevos materiales.

Material Raytrace: para crear reflexiones y refracciones realistas.

Material sombra/mate: sirve para proyectar sombras en imágenes.

Materiales de composición: el más numeroso de todos, sirve para componer o mezclar materiales entre sí.

Los materiales tipo son los siguientes:

Mezcla (Bend): este material combina dos materiales en una misma superficie. Mediante el parámetro Mix Amount podemos definir el porcentaje de mezcla entre el material 1 y 2. Además podemos utilizar un mapa de escala de grises como máscara para definir qué zonas corresponden a cada material y con qué intensidad se mezclan.

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Double sided (2 lados): nos permite definir 2 materiales, uno en la superficie externa y otra en la interna. También podemos controlar cómo se funden ambos materiales utilizando el parámetro Translucency.

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Superior/Inferior (Top/Bottom): permite asignar dos materiales diferentes a la parte superior e inferior de un objeto 3D, y se puede mezclar la unión entre ambos materiales mediante el parámetro blend. Con el botón swap, podemos cambiar el orden de los materiales.

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Multi/Sub-object (Multi/Subobjeto): uno de los materiales más importantes ya que nos permite asignar hasta 1.000 materiales diferentes dentro de un único slot y asignarlos a diferentes caras de una geometría, basándose en el número ID de los polígonos de esta. Este material funciona en objetos de tipo editable poly o aquellas geometrías que puedan ser asignadas mediante la opción mesh select. Mediante el parámetro Set Number podemos asignar la cantidad de materiales que queremos utilizar.

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Compuesto (Composite): se utiliza para fusionar hasta 10 materiales diferentes entre sí mediante el uso de porcentajes de mezcla, composición aditiva o sustractiva. Los materiales se van combinando sucesivamente desde arriba hacia abajo, y cada uno puede utilizar un método distinto para combinarse con el resto.

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Shellac (Teñir): mezcla dos materiales entre sí tiñendo uno sobre el otro. Los colores del material Shellac son sumados a los del material base logrando un material más claro y con características comunes a ambos.

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Matte/Sombra (Matte/Shadow): aplica un mapa de entorno a la superficie de un objeto para camuflarlo en la escena pero con la posibilidad que se vean en él las sombras y reflexiones que proyectan los demás objetos. Se utiliza para simular sombras y reflexiones en fondos reales y ocultar objetos sobre fondos y videos. El efecto sólo es visible en la representación (render). No funciona en objetos de forma elíptica.

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Raytrace: este material soporta los mismos tipos de sombreado de superficie que el material standard, pero además nos permite crear reflexiones y refracciones muy precisas y personalizables. Nos permite generar efectos de niebla interna, densidad de color, traslucidez, fluorescencia y otros efectos especiales. Podemos cambiar los colores (o asignar mapas) de los parámetros para que Raytrace funcione en forma automática.

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Ink Paint: este material nos permite emular un dibujo animado mediante la aplicación de colores planos. Podemos controlar el color y el brillo especular así como los colores de la tinta. Mediante el parámetro Ink Width podemos definir el grosor de la línea del contorno del dibujo.

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Shell Material: nos permite elegir la visualización entre dos materiales, si es que queremos ver uno en el viewport y en el render o uno en el render y el otro en el viewport. En el Slot del material aparece el que se verá en el render.

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XRef Material (referencia externa): nos permite tomar un material desde un objeto 3D de otra escena y representarlo de forma correcta en nuestro objeto 3D.

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Architectural (Arquitectura): es un material optimizado para mapear modelos de Arquitectura, pues cuenta con una multitud de parámetros editables como por ejemplo luminancia, translucidez, transparencia y otros efectos especiales. Lo mejor de este material es que tenemos muchos materiales y efectos preconfigurados, como por ejemplo cerámicas (imagen derecha), agua o maderas.

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Advanced Lighting Override: Funciona en conjunto con la radiosidad (radiosity), se utiliza para simular iluminación de tipo neón. Es importante que el material base esté autoiluminado y asignar una escala de luminancia alta (1000 a 2000) para lograr el efecto.

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DirectX Shader: es un material utilizado sólo en viewport, en el cual podremos ver directamente el shader que se rendereará en otra aplicación (por ejemplo, motores de juegos). Podemos cambiarlo en la persiana DirectX shader.

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Morpher: este material funciona con el modificador Morpher. Este mezcla los materiales de los distintos canales (podemos tener hasta 99) del modificador para lograr transiciones suaves. Es utilizado preferentemente en animación.

Proyecciones de Mapeo Estándar

Coordenadas de mapeo UVW

Cuando creamos un objeto en 3D y le asignamos una textura se nos presenta el problema de las “coordenadas de mapeo” ya que la imagen o se distorsiona, o no se aplica en la dirección que uno espera, o en algunos casos no se ve correctamente. Pero ¿qué son exactamente las coordenadas de mapeo?

Una coordenada de mapeo especifica la forma en que se proyecta una textura 2D en una geometría 3D. Al igual que los objetos 3D que tienen coordenadas del espacio en X, Y, Z, las texturas también tienen sus propias coordenadas: U, V y W que son equivalentes a las coordenadas de los objetos 3D en X, Y, Z.

Ahora ¿para qué sirve una coordenada W (profundidad) en una textura 2D? Este tipo de coordenada sólo la tienen mapas procedurales “en 3D”, también llamadas “solid textures” o “3D textures”.

Si creamos cualquier tipo de objeto 3D y le aplicamos un mapa procedural 3D en el canal Diffusse (por ejemplo: Wood), al realizar un render podremos ver cómo el mapa se distribuye uniformemente a través de la geometría del objeto sin generar ningún tipo de costura (imagen de abajo).

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La manera más simple de asignar coordenadas de mapeo a un objeto es mediante las proyecciones de mapeo estándar las cuales son: planar, cilindrical, spherical, box y face, que están disponibles dentro de las propiedades de un modificador llamado UVW Map. Además, cada una de estas proyecciones tiene un Gizmo (conjunto de ejes) bastante representativo que puede ser movido, rotado, escalado y animado. El problema de las proyecciones estándar es que si no se configura bien la textura, esta deja ver la costura o “seam”.

El modificador UVW MAP

Cuando 3DSMAX aplica un mapa 2D sobre una superficie de carácter plana, cilíndrica, esférica o cúbica, este reconoce la forma del objeto ya que está definida como un parámetro base. Sin embargo, no ocurre lo mismo cuando tenemos objetos de tipo orgánico o con mallas de tipo editable poly ya que el programa asume que sólo es un conjunto de caras en el espacio 3D por lo que no sabe cómo “envolverlo”. Para resolver en parte este problema, aplicamos el modificador llamado UVW Map.

El modificador UVW Map se puede aplicar cualquier tipo de objeto, tanto a una primitiva como a un objeto de tipo editable poly.

Lo primero que veremos al aplicar el modificador es la imagen de la derecha. Aquí podremos seleccionar en la opción Zapping uno de los tipos de mapeado standard que 3DSMAX reconoce como parámetros base. Los parámetros o proyecciones base son los siguientes:

Mapeo Planar (plano): Esta opción proyecta la textura a través de un único eje, ya sea X, Y o Z. Esta opción es bastante útil cuando deseamos mapear un objeto plano que no tiene profundidad como por ejemplo: la hoja de un libro, un póster o un cuadro.

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Mapeo Cylindrical (cilíndrico): Proyecta el mapa en el objeto envolviéndolo como si este fuera un cilindro. En la imagen de abajo se muestra claramente como el mapeo cilíndrico se proyecta sobre un objeto más la opción cap (tapa) activada.

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Mapeo Spherical (esférico): Proyecta el mapa en el objeto desde una esfera. La imagen se estira desde un polo a otro envolviendo el objeto, los dos lados de la imagen se encuentran en una línea que es la costura del mapa. Este tipo de mapeo es útil en objetos con forma esférica.

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Mapeo Box (caja): Proyecta el mapa desde una caja. En este tipo de proyección hay en realidad seis mapas planares (uno por cada lado de la caja). Este tipo de mapeo es útil en objetos con forma de caja, si se utiliza en otros objetos se obtendrán resultados extraños.

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Mapeo Face (cara): Este tipo de mapeo proyecta el mapa de forma plana en cada uno de los polígonos del objeto.

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En el modificador UVWMAP encontraremos los valores para U, V y W. Si los modificamos, le indicaremos al programa cuánto repetiremos la textura en alguno de los lados. Esto es útil para definir, por ejemplo, paredes de ladrillo. En la imagen de abajo encontraremos una caja de 180 x 90 x 12 con una textura aplicada por defecto:

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Sin embargo, si a esta le aplicamos el modificador UVW Map nos quedará como la imagen de abajo:

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Esto se debe a que el modificador por defecto aplica la proyección de tipo Planar y por ende se texturiza sólo la cara superior del objeto 3D. Podemos cambiar el tipo de proyección a Box y volveremos a la textura original.

Podemos notar que la proyección puede alinearse en torno de cualquier eje (X, Y o Z) y que podremos definir los valores de U, V y W que equivaldrían a estas coordenadas. En la imagen de abajo por ejemplo, el valor de “U” es 4:

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Y a la misma caja, esta vez, se ha modificado el valor de “V” a 4:

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Viendo los ejemplos anteriores notamos que en U la textura se repite 4 veces en torno al largo (eje X), mientras que V lo hace en torno a la altura de la caja (eje Y).

Podemos utilizar estos valores para definir las dimensiones exactas o aproximadas de una textura en el objeto. Al lado de los valores de U, V y W encontraremos la opción flip. Si la activamos, invertiremos la textura en forma Vertical (U) u Horizontal (V).

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Textura original

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Textura volteada en forma Horizontal, aplicando flip en V.

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Textura volteada en forma Vertical, aplicando flip en U.

Otra propiedad interesante de UVW Map es que podemos transformar la textura ya sea moviéndola, rotándola o escalándola mediante la opción Gizmo.

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Al seleccionarla, podemos aplicar transformaciones sin problemas en la textura sin transformar el objeto. También podemos modificar sus parámetros en Lenght, Width y Height.

Entre los parámetros más importantes tenemos:

Alignment: nos permite alinear la proyección en X, y o Z.

Channels (canales): se utiliza cuando queremos aplicar muchos UVW Maps a una cara o al objeto. Si aplicamos un nuevo UVW map a un objeto siempre tendrá por defecto el canal 1, si lo aumentamos nos mostrará el mapeado del UVW de abajo. Podemos tener hasta 99 canales.

Fit (encajar): si lo activamos, la proyección encajará en el objeto.

Center (centrar): centra la textura con el centro de la cara.

Región Fit (encajar en región): con este parámetro podremos encajar el mapa en una región del objeto.

Reset: volveremos a la textura por defecto.

Display: muestra o no la costura o seam. Esta se representa con una línea verde.

En caso que quisiéramos definir una textura diferente en cada cara del objeto, podemos ayudarnos con el modificador llamado Mesh select. Mesh select nos permite seleccionar uno o más polígonos y asignarles un ID, luego de esto podemos aplicar un UVW Map a esa cara para mapearla. Debemos tomar en cuenta que si queremos realizar las 6 caras de una caja, debemos realizar este proceso 6 veces (uno por cada cara) y que todas las caras deben tener distinto ID, en el caso de a caja de la imagen de abajo este proceso se ha realizado 3 veces. Otra cosa importante es trabajar con el material de tipo Multi/Sub-Object y definir 6 materiales (las 6 caras) y asignarles la textura a estos en el canal difusse.

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Este es el fin del tutorial 06.

Bibliografía utilizada:

– Tutorial Propiedades de los materiales en 3DSMAX del profesor Sebastián Huenchual H., Carrera Animación Digital 3D, Instituto DGM.

– 3DSMAX User Guide reference.

– Manuales USERS 3DSMAX por Daniel Venditti. Ediciones MP, Buenos Aires, Argentina.

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