3DSMAX Tutorial 08b: mr Portal Sky (iluminación interior con Mental Ray)

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 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:

imuminacionmr_esquema00

imuminacionmr_esquema

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.

imuminacionmr_esquemarender

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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Al 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.

Evidentemente 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.

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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.

Volviendo 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.

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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 utilizada:

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

 

3DSMAX Tutorial 07b, parte 2: Sombreados en 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 la segunda parte del tutorial veremos los tipos de sombreados de las luces standard y sus parámetros más importantes.

Tipos de sombreado

Todas las luces standard a excepción de Skylight comparten parámetros comunes de sombreado que son los siguientes:

Shadows On/Off: en este caso habilitamos o deshabilitamos la proyección de sombra y además podremos elegir el tipo de estas. Al clickear en Use Global Settings, habilitamos la sombra de tipo Shadow Map por defecto.

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Render realizado con Sombra (Shadow) desactivada.

Los tipos de sombra que podemos elegir en esta persiana son los siguientes:

– Shadow Map: Es el sistema más sencillo de utilizar pero a su vez su sombreado es el menos configurable de todos, y su resultado no es del todo realista ya que no respeta las transparencias de los materiales pero tiene la ventaja de ser relativamente rápida de calcular en el renderizado.

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– Mental Ray Shadow Map: Similar al primero pero se utiliza junto al motor de render Mental Ray.

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– Area Shadows: es el que genera las sombras más precisas y configurables, pero es también la más demorosa en cuanto a renderizado.

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– Ray Traced Shadows: un sistema muy utilizado pues podemos configurar sombreados precisos y realistas, ya que a diferencia de Shadow Map sì respeta la transparencia de los materiales, aunque se debe configurar para generar sombras difusas.

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– Advanced Ray Traced Shadows: Las sombras de Raytrace avanzado son similares a las sombras de Raytrace. No obstante, ofrecen más control sobre el comportamiento de las sombras además de tener parámetros en común con Area Shadows.

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Técnicas de sombreado

En 3DSMAX existen dos populares técnicas para el cálculo de sombras: la primera es mediante el método llamado raytraced shadows y la segunda es mediante depth-mapped shadow o shadow-map.

Un mapa de sombras o Shadow Map es una imagen que se compone en una fase previa al render de la escena, su principal característica es que puede generar sombras con bordes suavizados. Otra ventaja que tiene es que para calcularla el programa requiere de pocos recursos. Su principal desventaja es que no puede reconocer los distintos grados de opacidad ni puede reflejar los colores proyectados por los objetos semitransparentes.

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Raytraced Shadow traza el recorrido de un rayo de luz desde la fuente de iluminación para iluminar cada punto de un objeto. Este tipo de cálculo es bastante preciso al determinar si algún objeto bloquea parte de la luz para crear sombras. Su principal ventaja es que reconoce los distintos grados de opacidad de los objetos y materiales traslúcidos. Su principal desventaja es que es más lenta de calcular que Shadow map y que siempre generan sombreados de bordes duros.

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Parámetros generales de sombreado

Todas las luces standard comparten parámetros comunes de sombreado, los cuales son los siguientes:

Color: por defecto es el color negro, y nos permite definir el color de la sombra, el cual afecta a todos los objetos que la reciben y que por ello sean afectados por el emisor de luz.

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Render realizado con sombras de color amarillo.

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Render realizado con sombras de color azul.

Densidad (Dens.): por defecto posee el valor 1, y define el nivel de oscuridad y/o claridad de la sombra. Mientras más bajo sea el valor de la densidad (menores a 1 y negativos) la sombra será más clara, y viceversa.

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Render realizado con Dens. en valor 0,5.

Map: nos permite seleccionar una imagen (Bitmap), un mapa o video y proyectarlos como sombra.

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Lights Affects Shadow Color: nos indica que la luz afecta el color de la sombra, combinando el color de la luz con el de la sombra. Si lo desactivamos, nos muestra la combinación y si lo activamos, nos muestra el color de la sombra.

Atmosphere shadows: permite que efectos atmosféricos puedan proyectar sombra.

Parámetros extendidos de sombreado

Los parámetros extendidos de sombreado dependen del tipo de sombra que elijamos para realizar el cálculo de sombras.

Parámetros de la sombra Shadow Map

Bias: su valor por defecto es 1. Bias desplaza la sombra acercándola o alejándola en relación al objeto u objetos que la proyectan. A medida que aumenta el valor la sombra se esfuma hasta casi desaparecer.

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Render normal de Shadow Map, con Bias en 1.

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Render de Shadow Map, con Bias en 7.

Size: Su valor por defecto es 512. Size define el tamaño (en píxeles cuadrados) del mapa de sombras que se calcula para la luz. Aumentando los valores de size podremos generar sombras más duras.

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Render de Shadow Map con el valor 2000 en Size, donde notamos que la sombra es más definida.

Sample Range: Por defecto es 4, y especifica qué proporción del área comprendida en la sombra se promedia. Afecta a la suavidad de la arista de la sombra. Su rango va desde 0,01 a 50,0.

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Render de Shadow Map con el valor 16 en Sample Range, donde notamos que la sombra es más difusa.

2 sided Shadow: Cuando está activada, se tienen en cuenta las caras ocultas a la hora de calcular las sombras. Los objetos vistos desde el interior no reciben iluminación de las luces procedentes del exterior. Cuando está desactivado se ignoran las caras ocultas, lo que hace que las luces exteriores iluminen el interior de los objetos.

Parámetros de la sombra Ray Traced Shadow

Ray Bias: su valor por defecto es 0,2. Al igual que la sombra Shadow Map, Ray Bias desplaza la sombra acercándola o alejándola respecto al objeto u objetos que la proyectan.

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Render normal de Ray Traced Shadow, con Bias en 0,2.

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Render normal de Ray Traced Shadow, con Bias en 5.

Máx Quad tree Depth: Ajusta la profundidad del árbol de cuadrantes utilizado por Raytrace. Los valores altos pueden mejorar el tiempo de Raytrace a costa de la memoria. Sin embargo, hay un valor de profundidad en el que la mejora del rendimiento queda desplazada por el tiempo que se tarda en generar el árbol de cuadrantes mismo. Esto depende de la geometría de la escena.

2 sided Shadow: Cuando está activada, se tienen en cuenta las caras ocultas a la hora de calcular las sombras. Los objetos vistos desde el interior no reciben iluminación de las luces procedentes del exterior. Cuando está desactivado se ignoran las caras ocultas, lo que hace que las luces exteriores iluminen el interior de los objetos.

Parámetros de la sombra Advanced Ray Traced

Basic Options: Selecciona el tipo de Raytrace que se va a utilizar para generar las sombras. Podemos elegir entre tres opciones que son:

– Simple: Proyecta un único rayo de luz en dirección a la superficie y en este caso no se realiza ninguna alisación.

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– 1 pass antialias: Proyecta un haz de rayos. Cada superficie iluminada proyecta el mismo número de rayos, cuyo número se define en el contador de calidad de 1 pase.

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– 2 pass antialias: Es el modo habilitado por defecto y proyecta dos haces de rayos. El primer haz de rayos determina si el punto en cuestión está totalmente iluminado, sombreado o en la zona de penumbra (área débil) de la sombra. Si el punto se encuentra en la penumbra, se proyecta un segundo haz de rayos para afinar mejor los bordes. El número de rayos iniciales se especifica en el contador de calidad de 2 pases.

Antialiasing options: son las opciones de alisamiento. En estas tenemos:

Shadow Integrity: Número de rayos proyectados por una superficie iluminada.

Shadow Quality: Número de rayos secundarios proyectados por una superficie iluminada.

Podremos ajustar la calidad e integridad de las sombras dejando los valores por defecto o aumentando los rangos que van de 1 a 15. Los valores más altos generarán más pixeles en las sombras.

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Render efectuado con Shadow Quality y Shadow Integrity en 15.

Shadow Spread: Radio, expresado en píxeles, para desenfocar el borde de alisación. Por defecto es 1,25.

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Render efectuado con Shadow Spread en 6,5.

Shadow Bias: Por defecto es 0,25. Shadow bias define la distancia mínima a la que un objeto debe estar para proyectar una sombra, medida desde el punto que se sombrea. Esto impide que las sombras desenfocadas afecten a las superficies en que no deben proyectarse. A medida que se incrementa el valor de desenfoque, debería incrementarse también el Shadow Bias.

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Render efectuado con Shadow Bias en 3.

Jitter Amount: Añade aleatoriedad a las posiciones de los rayos. Inicialmente, los rayos siguen un patrón muy regular que puede mostrarse en la parte desenfocada de la sombra como artificios regulares. La aleatoriedad transforma los artificios en ruido, lo que suele resultar inadvertido para el ojo. Los valores recomendados son de 0,25 a 1,0. No obstante, las sombras muy desenfocadas requerirán una aleatoriedad mayor.

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Render efectuado con Shadow Spread en 6,5 y valor de Jitter Amount en 5.

Parámetros de la sombra Area Shadows

Basic Options: Selecciona el modo en que se generan las sombras de área. Podemos elegir 5 opciones que son:

– Simple: Proyecta un único rayo desde la luz a la superficie. No se realiza ningún cálculo de alisación ni de luz de área.

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– Rectangle Light: A partir de la luz, proyecta los rayos siguiendo una matriz rectangular. Es la opción por defecto.

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– Disc Light: A partir de la luz, proyecta los rayos siguiendo una matriz circular.

shadows_012c

– Box Light: A partir de la luz, proyecta los rayos como si fueran una caja.

shadows_012d

– Sphere Light: A partir de la luz, proyecta los rayos como si fueran una esfera.

shadows_012e

Antialiasing options: son las opciones de alisamiento. Son las mismas que en el caso de Advanced Ray Traced Shadows.

Area Light Dimensions: Son las dimensiones que se aplican a una luz virtual que se emplea para calcular el sombreado del área. No afectan al objeto de luz real. Según el modo de proyecxtar las sombras que elijamos podemos definir las 3 dimensiones:

– Length: Define la longitud de la sombra de área.
– Width: Define la anchura de la sombra de área.
– Height: Define la altura de la sombra de área.

shadows_013

Render realizado con las opciones de Alisación por defecto, en el modo Rectangle Light y definiendo los valores de Lenght en 1 y Width en 2.

Este es el fin del tutorial 07, parte 2.

Bibliografía utilizada:

– Tutorial Luces y Sombras 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.

 

3DSMAX Tutorial 0c, parte 3: Iluminación Fotométrica

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 esta tercera parte del tutorial de iluminación veremos las luces de tipo fotométrico y sus propiedades más importantes.

Luces fotométricas

Las luces fotométricas son tipos de luces que utilizan valores fotométricos (energía de luz) que permiten definir las luces con más precisión, igual que si fuesen reales. En ellas podemos definir la distribución, intensidad, temperatura de color y otras características propias de las luces reales. También se pueden importar archivos fotométricos específicos de fabricantes de luces para diseñar la iluminación de acuerdo con las luces disponibles en el mercado. Estos archivos poseen extensión IES.

A diferencia de las luces standard, las luces fotométricas utilizan valores reales de iluminación y por ende, podemos asignar valores en las unidades propias de Fotometría Internacional:

– Candelas.
– Luminancias o lumen.
– Luxes.

La Candela (símbolo cd) es la unidad básica del SI de intensidad luminosa, es decir, la energía emitida por una fuente de luz en una dirección particular, ponderado por la función de luminosidad. Una vela común emite luz con una intensidad lumínica de aproximadamente una candela. Si las emisiones en algunas direcciones es bloqueado por una barrera opaca, la emisión todavía sería de aproximadamente una candela en las direcciones que no están oscurecidas.

El Lumen (símbolo lm) es la unidad del Sistema Internacional de Medidas para medir el flujo luminoso y básicamente es una medida de la potencia luminosa emitida por la fuente. El flujo luminoso se diferencia del flujo radiante en que el primero contempla la sensibilidad variable del ojo humano a las diferentes longitudes de onda de la luz y el último involucra toda la radiación electromagnética emitida por la fuente sin considerar si tal radiación es visible o no.

El Lux (símbolo lx) es la unidad derivada del Sistema Internacional de Unidades para la iluminancia o nivel de iluminación y equivale a un lumen/m². Se usa en la fotometría como medida de la luminancia, tomando en cuenta las diferentes longitudes de onda según la función de luminosidad, un modelo estándar de la sensibilidad a la luz del ojo humano. El lux se define como la iluminación de 1 m por una fuente de luz que emite un flujo luminoso de 1 lumen.

La diferencia entre el lux y el lumen consiste en que el lux toma en cuenta la superficie sobre la que el flujo luminoso se distribuye. 1.000 lúmenes, concentrados sobre un metro cuadrado, iluminan esa superficie con 1.000 lux. Los mismos mil lúmenes, distribuidos sobre 10 metros cuadrados, producen una iluminancia de sólo 100 lux.

Si aplicamos esto en un ejemplo práctico, una iluminancia de 500 lux nos bastaría para iluminar una cocina con un simple tubo fluorescente. Pero si quisiéramos iluminar una fábrica al mismo nivel, se pueden requerir decenas de tubos. En otras palabras, iluminar un área mayor al mismo nivel de lux requiere un número mayor de lúmenes.

Podemos apreciar mejor esta diferencia en el siguiente esquema:

fotometria01

Diferencia entre Lumen y Lux, en 1 mde superficie.

Luces fotométricas en 3DSMAX

En 3DSMAX, las luces fotométricas comparten parámetros similares a las ya estudiadas luces standard como la atenuación lejana o el tipo de sombra, pero estas además tienen sus propias variables entre las cuales podemos destacar las siguientes:

Light distribution: especifica el tipo de distribución de la luz en la superficie o espacio. Esta puede ser de tipo red fotométrica o Photometric Web, Spotlight o Spot, Uniform Diffusse y Uniform Spherical:

3dsmax_gi009

Tipos de distribución de luz fotométrica. De izquierda a derecha: Photometric Web con un archivo IES cargado (donde notamos que la forma de la lámpara cambia), Spotlight, Uniform Spherical/diffuse y Photometric Web sin un archivo IES cargado.

fotometric000

Luz aplicada con distribución tipo Photometric Web, con un archivo IES cargado.

fotometric001

Luz aplicada con distribución tipo Spotlight.

fotometric001b

Luz aplicada con distribución tipo Uniform Diffuse.

fotometric001c

Luz aplicada con distribución tipo Uniform Spherical.

3dsmax_gi008Cuando estamos en el tipo de distribución llamado Photometric Web, podremos cargar archivos del fabricante de luces (usualmente de extensión IES) presionando el botón <point_street> (en las versiones antiguas de 3DSMAX) o en <Choose Photometric file> (en las versiones modernas) en la persiana Distribution (Photometric Web). Una vez que presionamos el botón podremos elegir el archivo IES que queramos y este se cargará en la luz, reemplazando a la “ampolleta” o forma de la lámpara que aparece por defecto, tal como se ve en la imagen de las distribuciones de luz de más arriba.

fotometric002

Luz aplicada con distribución tipo Photometric Web, con archivo IES cargado.

Intensity/color/attenuation: En este caso podremos asignar la cantidad de intensidad en las unidades lumínicas correspondientes (luminancias o lúmenes, candelas o luxes). El valor por defecto asignado es de unas 1.500 Candelas. También podemos elegir colores de luces provenientes de distintos tipos de configuraciones lumínicas como tubos fluorescentes, halógenos, lámparas incandescentes u otros. también podremos asignar el color de la luz según los grados Kelvin que establezcamos. Los valores de Kelvin fluctúan entre 1.000 y 20.000 y establecer el valor mínimo el mínimo implicará una luz muy cálida, mientras que el valor máximo será una luz muy fría. El valor por defecto de los grados Kelvin es 3.600.

fotometric003

Render aplicado con 1.000 Grados Kelvin.

fotometric003b

Render aplicado con 3.500 Grados Kelvin.

fotometric003c

Render aplicado con 10.000 Grados Kelvin.

fotometric003d

Render aplicado con 20.000 Grados Kelvin.

En el caso de la atenuación (Attenuation), podremos definir sólo la atenuación lejana (Far Attenuation) ya que en la realidad, no existe la atenuación cercana o Near Attenuation de la luz. Esta se configura de igual forma que con las luces standard.

Shape/Area Shadows: en esta opción podremos definir la forma en la que se proyecta la luz desde el emisor mediante la persiana Emit light from (shape). En esta tenemos las siguientes opciones:

– Point: proyecta una luz de punto, de forma similar a una ampolleta. Es la opción que viene por defecto y que utiliza la mayoría de los archivos IES al ser cargados.

fotometric004

– Line: proyecta la luz en forma lineal y es el ideal para simular, por ejemplo, tubos fluorescentes. Podremos configurar su largo mediante la opción Lenght.

fotometric004b

– Rectangle: proyecta la luz en forma de rectángulo. Podremos configurar el tamaño de este mediante las opciones Lenght y Width.

fotometric004c

– Disc: proyecta la luz en forma de disco. Podremos configurar su radio mediante la opción Radius.

fotometric004d

– Sphere: proyecta la luz en forma de esfera. Podremos configurar su radio mediante la opción Radius.

fotometric004e

– Cylinder: proyecta la luz en forma de cilindro. Podremos configurar su radio mediante la opción Radius y su altura mediante Height.

fotometric004f

fotometric007En los casos de distribución de tipo Rectangle, Disc, Sphere y cylinder podremos ver la forma de la distribución de la luz en el render si activamos la casilla Light Shape visible in Rendering.

fotometric008b

Render aplicado con Light Shape Visible in Rendering, con la distribución tipo Rectangle visible (Logarithmic Exposure Control activado).

fotometric008a

Render aplicado con Light Shape Visible in Rendering, con la distribución tipo Disc visible (Logarithmic Exposure Control activado).

fotometric008

Render aplicado con Light Shape Visible in Rendering, con la distribución tipo Sphere visible (Logarithmic Exposure Control activado).

Templates: en esta interesante opción podremos elegir de forma directa los tipos de configuraciones de luz realistas ya que tenemos por ejemplo las ampolletas de 40, 60 y 100 Watts, faros halógenos y otras luces exteriores y fuertes, como las luces de calle o incluso de un estadio.

fotometric005

Template 100W bulb (ampolleta de 100 watts).

fotometric005b

Template 4ft Cover Fluorescent (fluorescente).

fotometric005d

Template Street 400W Lamp (lámpara de calle de 400 watts).

fotometric005c

Template Stadium 1000W Lamp (lámpara de estadio de 1.000 watts).

Las luces fotométricas son recomendadas para ser utilizadas preferentemente con el motor de render Mental Ray ya que producen resultados más realistas y satisfactorios. También debemos tomar en cuenta que siempre debemos modelar nuestros objetos con medidas reales ya que las luces trabajan con estos valores y por ende los resultados son más precisos. Por último, en escenas interiores se recomienda aplicar GI mediante Mental Ray o Radiosity (Default Scanline Renderer) para generar la iluminación indirecta.

fotometric006

Render realizado con 4 luces fotométricas y aplicando el Plugin Radiosity.

fotometric006b

Render realizado con 4 luces fotométricas y aplicando GI de Mental Ray.

Bibliografía utilizada:

– Wikipedia en español: http://es.wikipedia.org.

– Web Iluminación Arquitectónica (imagen esquema Lumen/Lux):
http://editorial.cda.ulpgc.es/

– Tutorial GI Standard y Mental Ray 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.

 

3DSMAX Tutorial 08: Iluminación GI

Cuando hablamos de una escena con iluminación tipo GI (Global Ilumination) lo que en realidad tenemos es Iluminación Indirecta, esto es, el rebote de la luz entre las diferentes superficies y por consiguiente la mezcla de colores entre ambas. Este efecto es un tanto difícil de conseguir mediante la iluminación de tipo tradicional (comparándolo con los nuevos métodos de GI) ya que debemos colocar luces de tipo Spotlight en las zonas donde queremos que se produzca el rebote de luz. También se puede crear un “domo” de luces que genere toda la GI, y para aumentar el realismo podemos atenuarlas. Si todo lo anterior resulta demasiado difícil, podemos utilizar una luz de tipo Skylight y renderizar la escena con el plugin light tracer, eso sí a costa de tiempo de render.

Con la aparición de una gran cantidad de avanzados motores de render hablar de Iluminación Global ya dejó de ser un tema difícil, incluso en algunos motores de render (como Mental Ray) sólo basta colocar una luz de tipo Spot light, luego activar la iluminación global (GI) y obtenemos una escena realística, pero este tipo de iluminación tiene un precio caro y ese es el tiempo.

Ahora sólo nos asalta una duda, ¿Cómo en años pasados los animadores 3D generaban el GI? Ya que hace varios años atrás no existía la cantidad de motores de render que hay ahora, y su precio estaba fuera del alcance de cualquier bolsillo. La respuesta a este dilema es simplemente “pintar con luces”.

Ahora bien, la decisión de usar la GI automática o configurar un sistema propio de luces dependerá de cada uno, y por ello debemos poner en una balanza las ventajas y desventajas de cada sistema ya que, por ejemplo, en una escena tal vez sea mucho más rápido configurar un sistema de GI personalizado que uno automático o puede que no. Sin embargo, configurar un sistema personalizado de luces tiene grandes ventajas ya que se tiene un control absoluto sobre la iluminación de la escena, y puede brindar los mismos resultados y en un menor tiempo de configuración que en los sistemas GI automáticos.

Sistemas de creación de GI en 3DSMAX

Los sistemas de GI básicos que podremos usar en 3DSMAX son los siguientes:

1 – Crear un sistema personalizado de luces mediante un “domo” de luces Standard y luego aplicando un sistema llamado Sunlight para la luz solar (usando el motor de render que queramos).

2 – Creando un sistema llamado Sunlight e insertando en la escena una luz llamada Skylight, para luego configurar el GI mediante el motor de render predeterminado Scanline Renderer.

3 – Creando un sistema llamado Daylight y configurando el GI, usando motores de render como Mental Ray.

Para las alternativas 2 y 3 podremos configurar GI usando lo siguiente:

– Aplicando los plugins Light Tracer (para escenas exteriores) o Radiosity (preferentemente para escenas interiores) en la persiana Advanced Lightning, en el caso que ocupemos el motor de render Default Scanline Render. Además debemos ajustar el control de exposición para mejorar el render. Este sistema funciona mejor con la alternativa 2.

– Configurando y aplicando Final Gather junto con GI en la persiana Indirect Ilumination, en el caso que usemos el motor de render Mental Ray. Además debemos ajustar el control de exposición para mejorar el render. Este sistema funciona mejor con la alternativa 3.

En este tutorial se irán viendo una a una estas tres alternativas.

1- Creando un sistema personalizado de luces

Para crearlo, lo primero que haremos será colocar una luz de tipo Spotlight en el objeto a iluminar. La idea es que este apunte hacia el objeto y su target esté centrado en el punto de origen:

tut08_02

Ahora copiaremos mediante la herramienta array (Tools >> Array) teniendo en cuanta que el punto de pivote esté en Word y en la posición 0,0. Seleccionamos la luz y procedemos a ejecutar array.

En array nos aparecerá un cuadro donde deberemos colocar los siguientes valores:

Rotate: debemos presionar la flecha de la derecha y colocar el valor 360 en el eje Z, en type of object colocamos instance y en 1D colocamos el valor 10. Podemos ver una vista previa de las copias si presionamos el botón preview:

3dsmax_gi001

Una vez que tengamos nuestras copias, presionamos ok para crearlas.

tut08_03

Ahora hemos creado una serie de 10 luces que apuntan directamente hacia la casa. Ahora procederemos a copiar las luces en la vista left (tomándolas todas y presionando y manteniendo el botón shift) y luego las escalamos. La idea de esto es formar un “domo” de luces que envuelvan la casa, tal como se ve en la imagen:

tut08_04

Realizamos dos o tres copias más y volvemos a escalar para así completar el domo. El mínimo de luces que necesitamos son 50 aunque lo ideal es tener al menos, unas 150 para apreciar mejor el efecto.

Nota: no debemos olvidar que las luces siempre se deben copiar como instance, pues si las realizamos como copia (copy) no podremos modificarlas todas al mismo tiempo.

Si realizamos un render en este paso,  notaremos que la casa está de color banco y por ende la escena se “quema”:

3dsmax_gi002

Lo que debemos hacer ahora es configurar la intensidad de las luces y la atenuación de estas para así lograr el efecto. Seleccionamos una de las luces y procedemos a configurar la intensidad para bajarla (0,05) y lograr la iluminación adecuada de la casa:

3dsmax_gi003

Realizamos un render y el resultado es el de la imagen de arriba. Ahora mejoraremos la iluminación activando en las luces del domo la sombra de tipo shadow map:

3dsmax_gi004

Render realizado con 50 luces con intensidad 0,05 y aplicandoles el tipo de sombra Shadow Map.

Ahora pondremos una luz extra (de tipo direct) que arrojará la sombra general del sol (también podremos colocar el sistema Sunlight). El resultado es el siguiente:

3dsmax_gi005

Ahora procedemos a ocultar las luces del domo y configuramos la luz que proyecta la sombra. Podremos mejorar el resultado aumentando el número de luces en el domo, bajando la intensidad de estas y ajustando la intensidad de la luz que arroja la sombra del sol.

3dsmax_gi005b

Sistema de luces creado en el ejemplo anterior (total: 50 luces).

3dsmax_gi005d

Sistema creado con 150 luces. y una luz direct para el Sol. Abajo: el render resultante de este sistema.

3dsmax_gi005c

Podremos ajustar o mejorar el render mediante el panel Exposure Control donde podremos elegir distintos tipos de control de exposición de cámara. Exposure control se reseñará más abajo.

3dsmax_gi005e

El render anterior ajustado mediante Logarithmic Exposure Control.

2- Creando un sistema automático de luces

En este caso crearemos un sistema automático mediante la luz de tipo Skylight y una luz de tipo directa, o en su reemplazo el sistema Sunlight. Para crearlo, lo primero que haremos será abrir la escena llamada tutorial08.max y allí colocar una luz de tipo Direct (o insertar el sistema Sunlight) ya que esta será la que arroje sombras. Ahora deberemos crear una luz de tipo Skylight que se encuentra en el panel de las luces standard. Bastará colocar sólo una luz, ya que esta representa el “domo” de luces y por ende puede ir en cualquier parte de la escena:

tut08_06

Si realizamos un render el resultado será el siguiente:

3dsmax_gi006

Como vemos en la imagen, la iluminación se ve sobreexpuesta ya que para que funcione el GI debemos habilitar el plugin llamado Light Tracer, el cual se encuentra en la persiana Advanced Lightning del cuadro Render Setup.

Al llegar al cuadro Render Setup, en la persiana Advanced Lightning debemos habilitar el plugin Light Tracer. Es importante que esté activada la casilla Active, de otra forma el plugin no funcionará. También cambiaremos el valor de bounces de 0 a 1, esto hará más notorio el rebote de luz y por ello más claro el GI en el momento del render. El resultado es el siguiente:

3dsmax_gi007

El resultado es el de la imagen de arriba. Si el render se demora mucho, podremos reducir la cantidad de Ray/sample (cantidad de rayos) que viene por defecto (250) aunque esto implicará una pérdida de calidad en la imagen:

3dsmax_gi007b

Render realizado con Ray/sample en 50.

3dsmax_gi007c

Render realizado con Ray/sample en 20.

3dsmax_gi007d

Render realizado con Ray/sample en 5.

Por el contrario, si aumentamos la cantidad de rayos ganaremos mayor calidad aunque evidentemente, tendremos un largo tiempo de render:

3dsmax_gi007e

Render realizado con Ray/sample en 500.

Podremos ajustar o mejorar el render mediante el panel Exposure Control donde podremos elegir distintos tipos de control de exposición de cámara. Exposure control se reseñará más abajo.

3dsmax_gi007f

El render anterior ajustado mediante Logarithmic Exposure Control.

2a- Radiosidad o Radiosity

tut08_09

Radiosidad es una forma de iluminación indirecta en la cual la luz es transmitida entre las superficies por la reflexión difusa del color de la superficie. Este tipo de iluminación se obtiene mediante el rebote de la luz entre las superficies. Mientras más rebote haya, mucho más precisa será la solución de radiosidad la cual sólo está limitada por la cantidad de RAM que posea nuestra PC, ya que mientras más RAM tengamos mucho menos se demorarán los cálculos. Una vez calculada la radiosidad esta almacena información de sombreado en cada vértice de los objetos que estén en la escena, esto implica que la calidad de la radiosidad va a depender de la cantidad de vértices que contengan los objetos de la escena. Lo anterior puede considerarse una desventaja ya que mientras más compleja sea una escena, mucho más se va a prolongar el tiempo de cálculo.

Cuando modelamos una escena en la cual vamos a utilizar luces fotométricas debemos tener el cuidado de modelar bien y de hacerlo a escala, ya que un mal modelado podría provocar fugas de luz y las dimensiones erróneas de los objetos causaría que la escena se renderizará sobreexpuesta o con muy baja exposición.

En 3DSMAX hay dos formas de utilizar Radiosidad:

– La primera es utilizar luces fotométricas o de tipo Photometric, las cuales son muy utilizadas en iluminación de interiores para arquitectura. Esta es ideal para iluminar espacios interiores o utilizar GI del motor de render Mental Ray. Estas luces son reseñadas en este tutorial.

– La segunda consiste en utilizar un sistema de iluminación que se llama Daylight, el cual es generalmente usado para iluminación de exteriores. Con este sistema podemos separar los dos componentes de la luz exterior que son sol y cielo (Sun and Sky).

2b- Generando radiosidad para interiores

Este sistema utiliza el motor de Render por defecto de 3DSMAX llamado Default Scanline Render. Este sistema es ideal para configurar espacios interiores ya que Radiosity calculará el rebote de luz según la superficie y la cantidad de malla que posea nuestro modelo. Lo primero que haremos será modelar o definir una escena de interiores, o abrir la escena llamada tutorial08b.max que se incluye al final del artículo. Debemos modelar este espacio en unidades métricas y utilizando medidas reales para hacer más real la iluminación y para que el cálculo de las superficies sea más preciso. en esta escena aplicaremos 4 luces fotométricas (también funciona con luces standard) y luego realizaremos un render para ver la escena. Si colocamos luces fotométricas, cambiamos la distribución a Photometric web. El resultado del render normal es el de abajo:

tut08_14

Ahora debemos configurar la radiosidad para activar la iluminación indirecta o GI. Antes de ello nos conviene ir al panel Exposure Control (imagen de abajo, se encuentra en la misma persiana que environment) el cual nos permite definir el control de exposición de la imagen de forma similar al de una cámara real:

tut08_15

Allí tendremos las diversas opciones de control de exposición y seleccionamos Logarithmic Exposure Control, ya que es la más precisa. Presionando el botón Render Preview podremos ver un pequeño render antes del rendereado definitivo. Además podremos controlar sus parámetros como brillo (Brightness), contraste (Contrast), Tonos medios (Mid Tones) y Escala Física (Physical Scale). Si estamos realizando una escena de exteriores deberemos activar de forma obligada la opción Exterior daylight.

Para calcular la radiosidad nos vamos al cuadro Render Setup, elegimos la opción Advanced Lightning y esta vez elegiremos el plugin Radiosity. Presionaremos el botón Start para iniciar el cálculo de radiosidad y nos aseguramos estar en la vista en la que queramos realizarla:

3dsmax_gi0014

Cuando este termine, notaremos que se habrán formado los polígonos y líneas de vértices de la radiosidad. Ahora simplemente realizamos un render para ver la escena. Si queremos eliminar el cálculo y volver a realizarlo, presionamos el botón Reset All. El resultado al realizar el render es el siguiente:

tut08_16

La principal desventaja del sistema de radiosidad es que se puede ocupar sólo para renders estáticos, puesto que usarlo en animación implicaría calcular la radiosidad de cada cuadro y luego renderizarlo.

2c- Generando radiosidad para exteriores

Al iluminar una escena de exteriores tenemos varias opciones: las clásicas luces estándar o utilizar el sistema de iluminación diurna de 3DSMAX llamado DayLight. La gran ventaja de este sistema es que nos permite simular soluciones bastante precisas de iluminación y además podemos escoger horas, días, meses, años y hasta la zona horaria.

Daylight posee varias opciones: podemos utilizar las luces IES sun y IES sky que son las más precisas a la hora de representar la luz del cielo y la luz solar o utilizar la configuración que trae por defecto en la cual se utiliza una luz direccional mas una luz skylight que es menos precisa pero más rápida a la hora del cálculo.

Si no disponemos de suficiente tiempo para hacer un estudio de sombras y asoleo (que es generalmente para lo que se utiliza este sistema) preciso, podemos utilizar la luz de tipo Sunlight que tiene las mismas opciones de huso horario que Daylight, pero este tipo de luz no hace el cálculo de rebote de luz ya que es una luz de tipo directa, lo cual acelera bastante él render.

Para generar radiosidad exterior lo primero que haremos será modelar o definir una escena de exterior (la escena tutorial08c.max de este tutorial). Debemos modelar este espacio en unidades métricas y utilizando medidas reales para hacer más real la iluminación.

Ahora iremos al panel crear y presionaremos el último ícono llamado Systems (el de los engranajes) el cual es el de sistemas (systems). Al hacerlo nos mostrará varios tipos de sistemas y entre ellos estarán las opciones Sunlight y Daylight. Elegiremos Daylight e insertaremos la luz en la vista top, de tal forma de definir primero la estrella de puntos cardinales y luego la posición de la luz.

Al estar en el motor de Render Default Scanline e insertar el sistema Daylight se nos recomendará asignar como control de exposición a la opción Logarithmic Exposure control y activando la opción Exterior Daylight.

3dsmax_gi0015

Al estar en el motor de Render Mental Ray e insertar el sistema Daylight se nos recomendará asignar como control de exposición a la opción Mr Photographic Exposure control y colocar el Exposure Value (EV) en 15. Esta opción realzará de mejor forma la iluminación exterior que la tradicional Logarithmic (aunque no hay problema de utilizar cualquiera de los dos).

tut08_18b

Notaremos que no podremos mover la luz, en lugar de ello tendremos que definir el huso horario así como el lugar, día y hora. Ahora iremos al panel de motion (la rueda) y una vez allí podremos configurar los parámetros ya que nos aparece el cuadro de la imagen izquierda. Con el botón Get Location podremos elegir el lugar físico donde posicionaremos el objeto (incluso podemos elegir Santiago de Chile) o podremos definir sus parámetros como latitud o longitud.

En la opción Orbital Scale podremos definir la altura en la que está posicionada la luz respecto al suelo. Para nuestro caso elegimos Santiago y movemos el huso horario de tal modo que la luz nos quede como la imagen del lado (28/03 a las 13:00 hrs.). En la opción North Direction podremos mover o girar la brújula para adaptar la posición del Norte a la de nuestro modelo.

Si realizamos un render sin colocar opción alguna en Exposure Control, el resultado es el de la imagen de abajo:

tut08_20

Lo que haremos ahora para mejorarlo, será ir al control de exposición y activar el control de tipo logarithmic. Como esta escena es exterior deberemos marcar también la opción Exterior Daylight. Si tuviéramos una escena exterior pero la vista está desde el interior del edificio, podemos utilizar también la opción Automatic Exposure Control. Ahora nos vamos a la radiosidad (Radiosity) y procedemos a iniciar el cálculo, realizamos un render para ver el resultado final:

tut08_21

Nota: La intensidad de luz en un cielo claro es aproximadamente de unos 90.000 lux

Si seleccionamos la luz de Daylight y vamos al panel modificar, podremos elegir entre alternativas de luz del sol y luz de día además de la luz standard. Tenemos por ejemplo, IES Sun junto con IES Sky. Si los elegimos y realizamos el render este es el resultado:

tut08_21b_iessun_iessky

También podremos elegir MR Sun y MR Sky los cuales producen diferentes resultados según el motor de render que se utilice. MR Sun y MR Sky se utilizan junto al motor de render llamado Mental Ray. Si los elegimos y realizamos un render, el resultado es el siguiente:

tut08_21c_mrsun_mrsky

Si elegimos la opción Mr Sky, el programa nos preguntará si queremos asignar un cielo. Si aceptamos se creará el cielo junto al horizonte respectivo (mapa Mr Physical Sky), el cual se utilizará como base para el render.

Si queremos experimentar con el sistema de Sunlight, es igual que Daylight pero sólo coloca una luz direccional para realizar el estudio de asoleo.

En el caso del sistema Sunlight, podremos modificar la intensidad de la luz y los parámetros de sombras de la misma manera como lo hacemos con cualquier tipo de luz direccional standard. Un render con el sistema Sunlight es similar a la imagen de abajo:

tut08_22

3- Generando GI con Mental Ray

Mental Ray es un motor de render con el cual podemos conseguir simulaciones con base física de los efectos de la luz. Este motor de render acepta varias técnicas de GI como Photon map (mapa de fotones), cáusticas y Trace depth. En Mental Ray podremos usar tanto el sistema de luces Standard como el sistema Daylight (este último es el recomendado) y cualquiera de los dos tipos de control de exposición disponibles: Logarithmic y Mr Photographic.

Si comparamos el motor de render que trae por defecto 3DSMAX (Scanline) con mental ray, nos daremos cuenta de que este motor de render tiene muchas más ventajas como son los efectos cáusticos o la iluminación indirecta a partir de la técnica de photon map, que en el render de Scanline son mucho más difíciles de conseguir. Además Mental Ray trae su propia librería de materiales/mapas y si deseamos utilizar nuestros clásicos materiales lo podremos hacer, además que tenemos a nuestra disposición una persiana con la cual podemos utilizar los shaders de mental ray. Si bien las ventajas de este motor de render son bastante grandes estas tienen un precio y ese es el tiempo de renderizado.

Para utilizar Mental Ray debemos escogerlo en la persiana Common de Render Setup. Allí buscaremos la persiana Assign Renderer. Veremos que en production está la opción por defecto (Scanline Renderer). Presionamos el botón del lado y cuando nos aparezca el cuadro elegiremos Mental Ray Renderer. Con esto cargamos el motor de render y cambiará un poco de aspecto el cuadro de Render Setup.

Para generar el GI, nos iremos al ejemplo de la casa del primer ejercicio (tutorial08.max). Una vez que hemos abierto el archivo, procederemos a cambiar el motor de render a mental ray y dejaremos sólo la luz que hemos utilizado para generar la sombra. El multiplicador de la luz directa lo dejaremos en el valor 2.

En Mental Ray, el GI se logra con una técnica llamada Photon Map que tiene ciertas ventajas sobre la radiosidad, ya que esta técnica de GI no depende de la cantidad de malla y tampoco necesita generar una “solución previa” al render.

Para activarlo iremos a la persiana Indirect Ilumination del cuadro Render Setup, ubicamos la persiana Global Ilumination y activamos la opción Enable, esto activará el GI.

También nos aseguraremos de activar la opción Final Gather que está el principio de la persiana. Con Final Gather activado, mental ray genera un paso más de photon map y con esto se mejora notablemente la iluminación global de la escena. Eso sí, aumenta el tiempo de render. En FG Precision Presets podremos controlar la calidad del render y por defecto está activada la opción Draft, si lo movemos aumentaremos la calidad de la imagen pero el tiempo de render será considerablemente más largo.

En el caso de los valores de GI, si desactivamos Final gather podremos ver y controlar la cantidad de fotones en la escena. Mientras estos estén más juntos, se mezclarán de mejor manera y por ello podremos tener un render más realista. En la imagen de abajo hemos definido la cantidad de fotones por muestra (Maximum Num. Photons per Sample) en 10 y su radio máximo de muestra (Maximun Sampling radius) en 0.1, y vemos que la cantidad de fotones es insuficiente para el render:

tut08_25

Por el contrario, el render de la imagen siguiente tiene 500 fotones y no está activado el radio, por lo tanto es el más adecuado para nuestra escena:

tut08_25b

Render realizado con GI y Final Gather, sin incluir el mapa Physical Sky.

3dsmax_gi0016

Render realizado con Mr Photographic exposure control y valor de EV=15. En este caso se incluye en el fondo el mapa Physical Sky.

Si aplicamos GI mediante Mental Ray en el archivo de las columnas usando el sistema Daylight, los resultados son los siguientes:

3dsmax_gi0017

Render realizado con GI de Mental Ray, con control de Exposición en Mr Photographic, EV de 15 y una imagen de cielo de fondo (Mr Sun y Mr Sky).

3dsmax_gi0017b

Render realizado con GI de Mental Ray, con control de Exposición en Logarithmic, Exterior Daylight activado y una imagen de cielo de fondo (Mr Sun y Mr Sky).

3dsmax_gi0017c

Render realizado con GI de Mental Ray, con control de Exposición en Mr Photographic, EV de 15 y el cielo Mr Physical Sky (Mr Sun y Mr Sky). En este caso se ha aumentado la intensidad de la luz de Daylight a 3.

3b- Generando efectos cáusticos con Mental Ray

El efecto cáustico se produce cuando la luz que se proyecta en los objetos se refleja o refracta a través de otro objeto. Este efecto que es muy común en objetos refractivos como el agua o el vidrio en los cuales se pueden apreciar pequeños destellos en las sombras de los objetos.

En Mental Ray este tipo de efecto es bastante fácil de conseguir ya que sólo debemos asegurarnos que en las propiedades del objeto esté marcada la opción generar cáusticas, después nos asegurarnos de manejar correctamente las luces y las propiedades de la persiana Indirect Illumination.

Para generarlo, crearemos una escena (una tetera y una esfera) que estén sobre un plano. Aplicaremos a ambas un material de tipo Raytrace (copiaremos el color diffuse en Transparency) o crearemos un material que tenga este mapa en el canal de refraction (y Reflection). Ahora crearemos una luz de tipo omni que ilumine ambos objetos y que proyecte sombras de tipo Raytrace. Lo que haremos ahora es ir a las propiedades de cada objeto (seleccionando el objeto y clickeando con el botón secundario para luego seleccionar la opción object properties) y en la persiana mental ray activaremos la opción generate caustics. Esto debemos hacerlo en la tetera y en la esfera, o todos los objetos en los que queremos que se generen las cáusticas. Incluso debemos realizarlo en la luz para que resulte el efecto.

Una vez hecho esto, nos vamos a render Setup y en la persiana Indirect Ilumination buscamos Caustics and Global Ilumination, allí activamos la opción Enable Caustics. Además activaremos Final Gather y Enable GI.

Realizamos un render para ver el resultado final. Si no se ve claramente el efecto, podemos aumentar el valor de multiply de las cáusticas. Si se ven manchones o fotones en la escena, podemos resolver esto aumentando los valores de Fotones cáusticos y de GI en la opción light properties.

Este es el resultado del render final con el efecto de cáusticas, con el multiplicador de ellas en valor 5:

Descargar material del tutorial: ir a página de descargas.

Bibliografía utilizada:

– Tutorial GI Standard y Mental Ray 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.

 

3DSMAX Tutorial 07, parte 1: Iluminación Standard

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:

tut07_01

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

tut07_02

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:

tut07_04Omni: 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.

3dsmax_luces001

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

tut07_05Target/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.

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

tut07_06Target/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.

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

tut07_07Skylight: 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.

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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.

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

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

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

3dsmax_luces009bExisten 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).

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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).

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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

3dsmax_luces010Al 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.

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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.

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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.

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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.

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

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

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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.

3dsmax_luces016a_sinsombra

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.

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Render realizado con color de luz en Amarillo.

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Render realizado con color de luz en Verde claro.

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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.

3dsmax_luces018

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 (<<).

3dsmax_luces018b

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.

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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.

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

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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.

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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.

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– 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.

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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.

3dsmax_luces020b

Decay: permite definir un método alternativo a la atenuación controlada. Tenemos dos tipos: Inverse 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.

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Configuración de Decay, mostrando lente de atenuación.

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Render de la Configuración anterior, en opción Inverse.

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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.

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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.

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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.

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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.

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Área de luz definida mediante la opción Rectangle.

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

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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.

3dsmax_luces024b

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

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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.

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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.

3dsmax_luces025Atmosphere 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:

3dsmax_luces026

Render realizado con una luz Spot.

3dsmax_luces026b

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:

3dsmax_luces026d

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:

3dsmax_luces026c

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:

3dsmax_luces026e

Render de Volume Light con Fog Color en Amarillo.

3dsmax_luces026f

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.

3dsmax_luces026_attenuationcolor

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.

3dsmax_luces026_attenuationcolor2

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.

3dsmax_luces026a

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.

3dsmax_luces026g

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%.

3dsmax_luces026h

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

3dsmax_luces026i

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.

3dsmax_luces026j

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

3dsmax_luces026k

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.

3dsmax_luces027b

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

3dsmax_luces027

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:

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

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

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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.

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

3dsmax_luces028e

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.

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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.

Este es el fin del tutorial 07, parte 1.

Bibliografía utilizada:

– Tutorial Luces y Sombras 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.