Tutorial 08b: mr Portal Sky (iluminación interior con Mental Ray)

imuminacionmr_imagenEn 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 este tutorial veremos la forma más sencilla para iluminar un espacio interior utilizando el motor de render denominado Mental ray, que viene junto a 3DSMAX.

Preparando la escena

Para lograr una adecuada iluminación interior en cualquier motor de render se requiere de varios procedimientos o pasos previos ya que al contrario de lo que se cree, iluminar un interior en 3D no es sólo colocar una o más ampolletas sino que además requeriremos de varias luces auxiliares que iluminarán las zonas no visibles u oscuras, y en algunos casos se requerirá la utilización de algunas luces especiales exclusivas del motor de render.

Un sistema de iluminación básico de un objeto se compone de lo siguiente:

– Una luz principal que proyecta la sombra e ilumina el objeto completo (puede ser una luz artificial o la luz del Sol), con una intensidad moderada-alta y sombras activadas.

– Dos luces denominadas “de relleno” que se colocan en la parte trasera del objeto (usualmente una en cada lado), que tienen por función iluminar las zonas oscuras de este. Estas luces tienen mucho menos intensidad y tienen desactivadas las sombras.

Esto se puede ejemplificar claramente en el siguiente esquema:

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Planta y vista de cámara de un esquela básico de luces. La luz omni amarilla corresponde a la luz principal (de intensidad 1) que proyecta la sombra y en verde, las omni utilizadas para cubrir las zonas oscuras (de intensidad 0,4, de relleno). Abajo, el render generado por este sistema.

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En este caso el sistema básico puede funcionar bien en escenas exteriores aunque por ser precisamente “básico”, debemos mejorarla agregando el rebote de luz o GI y cambiando la luz principal por un sistema de iluminación solar más preciso como Daylight. Sin embargo, para el caso de las escenas interiores y sobre todo si renderizamos con el motor de render Mental Ray, nuestra iluminación deberá considerar los siguientes pasos:

– Colocar un sistema de iluminación solar (Sunlight o Daylight).
– Asignar un fondo de “cielo” mediante una imagen bitmap o utilizar el mapa mr Physical Sky.
– Agregar la Iluminación Global o GI (Photon Mapping).
– Agregar la o las luces fotométricas requeridas por el espacio interno o nocturno.
– Agregar luces auxiliares sin sombras, para iluminar zonas oscuras o no iluminadas por las luces principales.
– Emular la luz de los vanos mediante la luz llamada mr Sky Portal.
– Agregar efectos como volume Light (optativo).
– Controlar la claridad y el control de exposición de nuestro render mediante la opción Exposure control.
– Controlar parámetros de render, como Diffuse bounces y Noise reduction. También se debe ajustar la calidad de la imagen.

Para este tutorial utilizaremos una escena básica de un espacio interior sencillo, y puede ser descargada en el siguiente enlace:

Descargar archivo base para el tutorial (3DSMAX 2015)

Ahora abrimos 3DSMAX y configuramos el motor de render en Mental Ray. Abrimos el archivo de la escena en el programa y tenemos lo siguiente:

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En este caso tenemos una espacio sin materiales aplicados. Lo primero que haremos será insertar el sistema Daylight desde el ícono Systems del panel de creación. Es importante colocar el valor de EV en 15 tal como nos indica el Daylight al ser insertado en la escena (clickeando en la opción “Yes”):

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imuminacionmr_00cAl dibujar el Daylight, intentaremos dejar el compass (puntos cardinales) más o menos en el centro de la habitación para que la iluminación sea más precisa. Luego de hacerlo, vamos a motion y configuramos los parámetros de fecha, lugar y hora de acuerdo a la imagen del lado. En este caso dejaremos como zona geográfica Santiago de Chile, la hora será las 10:00 am, el mes será el 6 (Junio) y North direction estará en 270. Un aspecto importante a considerar es que si tenemos el 3DSMAX Design este automáticamente nos preguntará si queremos asignar el cielo especial para mental Ray llamado “Mr Physical sky”, pero si tenemos el 3DSMAX normal debemos configurarlo mediante el panel de modificar del sistema Daylight. Para esto seleccionamos la luz Daylight y en el panel modificar cambiaremos la opción de Sunlight (luz de Sol) por mr Sun y en Skylight (luz de cielo) por mr Sky. Al elegir esta última opción, el programa nos dará la opción de asignar el cielo mr Physical Sky y evidentemente elegiremos la opción “yes”.

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Aceptamos y luego realizaremos un render para ver el resultado:

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En este caso la imagen no tiene GI aplicado ni tampoco se han configurado otras opciones, por lo tanto ahora agregaremos el GI desde Render Setup >> Indirect Ilumination >> Enable Gobal Ilumination (GI) o Photon Mapping (GI).

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Si realizamos un render nuevamente, el resultado es el siguiente:

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Como vemos la escena está demasiado saturada de luz y por ello no es realista. Para mejorar el render iremos a Rendering >>> Exposure Control y ajustaremos los valores de exposure control. Elegiremos la opción mr Photographic Exposure Control:

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Ahora ajustaremos los valores de EV (Exposure Value). En el caso de iluminaciones con Mental Ray, los valores recomendados son:

Para escenas exteriores: 15 o 16.
Para escenas interiores: 10 a 12.
Para iluminación nocturna: 2 a 6, dependiendo de la iluminación aplicada. Se recomienda dejar Daylight en una hora nocturna en lugar de apagarlo o removerlo y si hacemos lo último, podremos colocar una luz Skylight (de tipo standard) y activando el mapa mr Physical Sky.

Tip: los valores de EV también pueden no ser cerrados, es decir, podremos asignar valores como 11.5, 10.34, etc.

Para nuestro ejemplo colocamos el valor de EV=15 y realizamos un render:

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Notamos que nuestro render es demasiado oscuro ya que como vimos antes, este valor se recomienda para escenas exteriores. Para nuestro ejemplo, colocamos el valor de EV=11 y realizamos un render:

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Nuestro render está mucho mejor y ya tiene una apariencia más realista. El siguiente paso es colocar luces artificiales que serán las que lleva nuestro espacio por defecto. En la vista top, colocaremos una luz photometric de tipo free en el plafón y luego realizamos un render:

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Tip: se recomienda insertar las Free Lights en la vista Top, ya que por defecto apuntarán hacia abajo. Si luego se quiere especificar un target activamos la opción Targeted.

imuminacionmr_06bEvidentemente el plafón no tiene material aplicado pero esto lo resolveremos más tarde. Para el resto de las lámparas, estas serán de tipo Photometric y serán spotlights pero invertidas hacia arriba y ajustando los parámetros de HotSpot y Falloff. En este caso, las copias de las tres luces deberán ser de tipo instance. Realizamos el Render para ver el resultado:

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Ahora colocamos la luz del apliqué la cual deberá ser similar a las anteriores, pero en este caso es una copia de las luces de la lámpara. realizamos un render para ver el resultado:

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En este caso ya tenemos la iluminación artificial aplicada pero puede que tenga demasiada intensidad de luz. Podremos ajustar esto simplemente modificando la cantidad de Cd (candelas) junto con varias los parámetros de EV y hacer pruebas de render hasta conseguir un resultado adecuado, aunque dependerá de qué tipo de iluminación estemos realizando. Debemos recordar que los valores en candelas son reales y dependerán del tipo de lámparas o ampolletas utilizadas en la iluminación de los espacios. Los valores más comunes en Candelas para las luces más conocidas son:

Vela o bujía: 1 Cd.
LED de potencia:  90 Cd.
Lámpara incandescente 40 W: 40 Cd.
Lámpara incandescente 100 W: 130 Cd.
Lámpara fluorescente 40 W: 200 Cd.

En nuestro ejemplo ocuparemos los valores dados en los templates de la luz fotométrica pero NO ocuparemos el template mismo pues estos cambiarán el tipo de luz. Los valores a utilizar son:

– Plafón de cielo: 140 Cd (100W),
– Lámparas: 70 Cd (60 W)
– Apliqué lateral: 95 Cd (75 W).

Al realizar el render el resultado es el siguiente:

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En este caso las luces artificiales son mucho menos notorias que al principio ya que las candelas son valores reales de iluminación y además debemos recordar que en el caso de la iluminación diurna, la luz natural siempre predominará por sobre la artificial. Si queremos ajustar la iluminación a Nocturna por ejemplo, debemos dejar el Daylight a una hora que sea de noche (20:00 hrs en adelante) y además bajar los valores de EV para conseguir un resultado óptimo:

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El mismo render anterior pero esta vez se ha asignado el valor de EV=5 y la hora de Daylight es 22:00 hrs.

imuminacionmr_10bVolviendo a nuestra escena, a pesar de que esta está iluminada mediante luz natural y artificial, notamos que hay zonas que están un poco oscuras. Podemos mejorar esas zonas aplicando luces auxiliares que resaltarán estas sin afectar a la composición general. Lo importante es que estas luces tengan una distribución de tipo uniform diffuse para no sobreiluminar el resto de los elementos, y que por supuesto tengan una menor intensidad de Cd. En el ejemplo se ha considerado una luz con un emit from shape de tipo rectangle y con una intensidad de 70 Cd para la zona detrás del sillón, y abajo el render resultante:

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Render original.

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Render con luz de relleno detrás del sillón.

Es importante destacar además que este tipo de luces tiene desactivada la opción shadows ya que al ser de “relleno”, no nos interesa que proyecten sombras.

Luz mr sky Portal

Si realizamos el render notaremos que la luz de los vanos no es emulada de forma correcta ya que en la realidad, al entrar la luz a través de estos tienden a formar zonas iluminadas en los cielos y en los lados adyacentes a estos. Para resolver este problema agregaremos un tipo de luz exclusivo de Mental Ray: se trata de mr Sky Portal. Este es un tipo de luz de área que al ser colocado en los vanos, emula el efecto de la luz que se producen en estos.

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Para colocar la mr Sky Portal, la dibujaremos de la misma forma que un rectángulo y de preferencia en las vistas donde sean visibles los vanos (Left o Right) ya que lo que debemos tener en cuenta es que las medidas del rectángulo de esta luz deben ser similares a las del vano y también debemos considerar que se deben colocar de lo más cerca posible de la abertura. Otra cosa que notaremos en mr Sky Portal es que en su centro existe una flecha la cual nos indicará hacia dónde se generará el efecto, la cual siempre deberá apuntar hacia el interior del espacio.

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Realizamos un render para ver el resultado. En este caso se compara el render original versus el nuevo render con mr Sky Portal aplicado:

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Render original.

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Render con mr Sky Portal en el vano de la ventana.

Si tomamos nuestro mr Sky Portal y nos vamos al panel modificar, encontraremos los siguientes parámetros:

mr Skylight Portal Parameters:

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On Multiplier: determina la intensidad de la luz del portal. Su valor por defecto es 1.

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El render anterior pero con parámetro On multiplier en 10.

Filter Color: es el color de filtro del portal. Podemos cambiarlo clickeando el color por defecto (blanco).

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El render anterior con On Multiplier en 1, pero con Filter Color en amarillo.

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El render anterior con On Multiplier en 1, pero con Filter Color en rojo.

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El render anterior con On Multiplier en 1, pero con Filter Color en verde.

Shadows On: activa o desactiva la proyección de sombras. Por defecto sólo las arroja en los objetos que están en el sentido de la flecha.

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Render original.

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El render anterior pero con sombras desactivadas (shadows off).

From “Outdoors”: cuando está activado este además arroja sombras en los objetos fuera del portal; es decir, en el lado contrario al que apunta el ícono de la flecha. Está desactivado por defecto, debido a que encenderlo puede aumentar significativamente los tiempos de render.

Shadow Samples: determina la calidad general de las sombras proyectadas por el portal. Si la imagen renderizada aparece granulada, se debe aumentar este valor (aunque aumentará también el tiempo de render).

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Render original con Shadow samples en 16.

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Render con Shadow samples en 256.

Dimensions: determina el largo (Lenght) y ancho (Width) del rectángulo del portal. En este caso la idea es que sea lo más parecido posible a la dimensión original del vano.

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Flip Light Flux Direction: determina la dirección en la que fluye la luz a través del portal. El icono de la flecha siempre debe apuntar hacia el interior para que el portal pueda emitir luz desde el cielo o el medio ambiente. Si la flecha apunta hacia afuera, se debe activar esta configuración para invertirla ya que provocará errores en la iluminación.

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Advanced parameters:

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Visible to Renderer: al activarlo, el portal será visible en el render. Si se activa esta opción evitaremos que los objetos que están fuera de la ventana aparezcan en nuestra escena.

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Render original en el cual se ha agregado un cilindro afuera del espacio.

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Render con la opción visible to render activada, que hace que no se vea el cilindro.

Transparency: filtra la vista fuera de la ventana. El cambio de este color no cambia la luz que entra pero tiene el efecto de oscurecimiento de los objetos externos, que puede ayudar si están sobre expuestos.

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Render con Transparency color en amarillo.

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Render con Transparency color en rojo.

Color Source Group: establece la fuente de la luz a partir del cual el mr Sky Portal deriva su iluminación. En este parámetro tenemos 3 opciones que son:

Use Existing Skylight: utiliza la Skylight. Por defecto, mr Sky Light usa el mapa de entorno llamado mr Physical Sky en sus valores predeterminados y este tiende a dar una iluminación azulada, como la luz de cielo en el mundo real.

Use Scene Environment: utiliza el mapa de entorno (environment map) para el color de la iluminación. Se debe usar esta opción si environment map y skylight son de diferentes colores, y se desea utilizar este último para la iluminación interior.

Custom: permite utilizar un mapa personalizado o una textura para la coloración de iluminación.

Es importante que agreguemos mr Sky Portal en CADA UNO de los vanos que queremos que se aplique el efecto, por lo tanto podremos dibujar una de estas luces para después copiarla (como copy o instance) para luego colocarla y editarla en el resto de los vanos si es necesario.

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Aplicación de mr Sky Portal en un ejemplo concreto.

Ajustando el render mediante Final Gather

Una vez que tengamos los mr Sky colocados aplicaremos materiales. en el archivo del tutorial esto es fácil ya que estos ya vienen predefinidos al activar el editor de materiales (M), por ello es cosa de ver los nombres de estos y luego arrastrarlos a los elementos. Una vez terminada la materialización realizamos un render:

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Nuestro render ya se ve de una manera más creíble y realista pero tendrá granos en la imagen. Podremos editar el render en cualquier momento modificando los materiales, las luces, los mr Sky Portals y las configuraciones en Exposure Control. También podremos mejorar nuestro render yendo a Indirect Ilumination >> final gathering y modificando los parámetros generales de Final Gather:

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Los parámetros que podremos modificar son:

Enable Final Gather: activa la opción Final Gather la cual permite que la escena se ilumine debido a la luz directa y también al efecto del rebote de los rayos, mejorando la calidad de la solución de iluminación global o GI. Debemos tener cuidado con esta opción pues si tenemos uno o más mr Sky Portals colocados, GI activado y desactivamos Final Gather nos arrojará error en la iluminación de los mr Sky Portals.

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Render de la escena sin GI ni Final Gather, con un mr Sky Portal colocado.

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Render de la escena sin GI pero con Final Gather activado, con un mr Sky Portal colocado.

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Render de la escena con GI activado, mr Sky Portal colocado y Final Gather desactivado, mostrando un error en la iluminación del mr Sky Portal.

Multiplier: controla la intensidad de la luz de final Gather (por defecto es 1). Mientras más alto es el valor mayor es la iluminación dada por Final Gather.

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Render de la escena con Multiplier de Final Gather en 5.

FG Precision Presets: esta opción ajunta automáticamente los valores inferiores del cuadro, y permite configurar diversas calidades de render desde Draft (borrador) a Hery High (muy alta). A mayor calidad de Final Gather mayor será el tiempo de render. Si modificamos de forma arbitraria los valores, FG Precision Presets pasará al modo Custom.

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Render de la escena en calidad Draft.

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Render de la escena en calidad High.

Los parámetros inferiores de Final Gather que podemos editar son los siguientes:

Initial FG Point Density: se refiere a la densidad de la trama de puntos de medición de la luz del render (por defecto es 0,8). Un número mayor de puntos reducirá la cantidad de ruido (noise) de la imagen dándole a esta más detalle. Sin embargo en esta opción lo ideal es colocar valores menores a 10 pues valores mayores generarán mucho tiempo de render.
Rays per FG Point: al igual que en el parámetro anterior, a mayor cantidad de rayos por punto menos noise (ruido) y mayor detalle en la imagen final (por defecto es 250). Sin embargo, debemos tener cuidado con los valores que asignemos para no aumentar innecesariamente el tiempo de render. Los valores aconsejables para este parámetro son:
– Cuando sólo hay un punto de luz: de 100 a 500 rays (aunque se puede llegar a 1.000 o incluso 10.000).
– Si la escena tiene varios puntos de luz: 50 rays.
Interpolate Over Num. FG Points: esta opción hace que Final Gather coloque puntos en la escena que recojan información de la luz y la envíen a la cámara (por defecto es 30). Si subimos el valor disminuirá el ruido o noise. Interpolate se define como los pasos para llegar de un píxel a otro de la imagen. Por ende a mayor valor de interpolate, habrá mayor suavidad en la imagen. Debemos tener en cuenta que si aplicamos valores muy altos el suevizado será demasiado y por ende se perderá detalle (el efecto será similar al desenfoque o blur). Sin embargo, un mayor valor de interpolate Over Num. FG Points no aumenta el tiempo de render. Por ello se recomiendan valores menores a 200.
Diffuse Bounces: asigna el número de rebotes de luz difusa. Mientras tengamos valores más altos más se iluminará nuestra escena, como consecuencia de la luz indirecta. Los rebotes no afectrán al noise ni al suavizado, pero aumentan el tiempo de render.  Usualmente los valores de este están entre 2 y 5, sin embargo no se recomiendan valores mayores a 10.
Tip: si a pesar de aumentar el número de Diffuse Bounces seguimos necesitando aumentar el brillo de nuestra escena podemos hacerlo manejando los valores de EV en mr Photographic exposure Control.

También podemos ajustar el parámetro Noise Filtering a fin de reducir la cantidad de ruido y la granulometría que tenga el render, seleccionando las opciones High, Very High o Extremely High (aunque esto aumentará el tiempo de render).

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El render anterior pero con Noise filtering en High.

Otro cambio que podemos hacer y que ayudará mucho a la calidad del render es ajustar la opción Image Precision (Antialiasing) al valor Min 1, Max 16 o superior, ya que esto hará que los granulos iniciales desaparezcan aunque evidentemente esto aumentará significativamente el tiempo de render. Esta opción puede ser modificada en los parámetros de la imagen que se ubican debajo de la imagen renderizada, tal como se muestra en la imagen:

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O también en la persiana Render Setup >>> Renderer >>> Sampling Quality, donde modificaremos loa valores de Minimun y Maximum:

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El render anterior pero con Shadow Samples de mr Sky Portal en 64 y Noise filtering en Standard. En este caso el valor de Image Precision es de Min 1, Max 16 y FG Bounces (Diffuse bounces) en 2.

A pesar de este tutorial es bueno recordar que la iluminación de escenas requiere muchísima práctica y sobre todo realizar muchas pruebas de iluminación y render, además que debemos tomar en cuenta la adecuada colocación de materiales en nuestra escena.

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Render realizado con Image Precision (Antialiasing) en 1/16, FG Precision Presets en medium, con el valor de EV=11 y con el valor de multiplier de Photon Mapping (GI) en 2.

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Render realizado con Image Precision (Antialiasing) en 1/16, FG Precision Presets en medium y con el valor de EV=11, pero se han cambiado los materiales de las lámparas y el apliqué por un material standard, a excepción del material del plafón.

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El mismo render pero esta vez es de carácter nocturno, realizado con Image Precision (Antialiasing) en 1/16, FG Precision Presets en medium y con el valor de EV=5, se ha desactivado el fondo mr Physical Sky y la luz de relleno, además que se le ha cambiado el material de los marcos de la ventana.

Este es el fin de este tutorial.

Bibliografía consultada: Blog de Roberto Ortiz, tutoriales de Mental Ray y V-Ray.

http://robertortizrobertuz.blogspot.cl/2014/10/3ds-max-mental-ray-vray-varios-trucos-y.html

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