3DSMAX Materiales: Material Arch & Design de Mental Ray parte 2, transparencia y parámetros avanzados

28Un material es la suma de un conjunto de parámetros y mapas (que pueden ser imágenes o vídeos) que pueden ser asignados a la superficie de un modelo 3D para describir como este refleja y/o absorbe a luz. La mezcla de todas estas propiedades nos permitirá emular los materiales del mundo real tales como mármol, ladrillo, plásticos, metales, etc. En este tutorial veremos el material denominado Arch & Design el cual es exclusivo del motor de render Mental Ray, el cual viene incorporado en 3DSMAX y nos servirá para representar de manera realista los materiales más utilizados en Arquitectura y diseño. Para realizar este tutorial, puede descargar el archivo base realizando clic en el siguiente banner:

Material Arch & Design

El material denominado Arch & Design es fundamental a la hora de realizar renders mediante el motor de render Mental Ray ya que este emula de manera convincente varios materiales conocidos en el área de la Arquitectura como por ejemplo el concreto, las cerámicas o elementos traslúcidos como vidrios o cristales. Como este material es exclusivo de Mental Ray, sólo funciona si este motor de render está activado, ya que si lo aplicamos en otro motor de render los materiales no serán visibles.

Tip: si tenemos instalado 3DSMAX Design en lugar de 3DSMAX, los materiales mostrados por defecto en todos los slots del editor de materiales serán los de Arch & Design.

Una vez realizada la introducción, estamos en condiciones de experimentar con el material. Para ello, podemos utilizar el archivo base que se incluye en este tutorial, y al abrirlo nos encontramos con la siguiente escena:

Esta representa un plano y tres copas modeladas que, gracias a sus formas curvas, nos servirán como un buen ejemplo para ir probando y ejercitando los diferentes parámetros del material y apreciar los diferentes efectos en el render. Volviendo al material, podemos acceder al material Arch & Design de manera fácil en el editor de materiales Compact, podremos acceder al material Arch & Design colocando el material en cualquier Slot al presionar el nombre del material y con ello, acceder al explorador de materiales (Material/Map Browser):

Una vez allí, buscamos el material dentro de una persiana llamada Mental Ray. Además del material mismo, en Mental Ray encontraremos otros materiales propios de Autodesk y algunos de ellos son muy útiles como Metallic Paint, Car paint y Autodesk Ceramic.

Si estamos en el editor de materiales Slate, obtener el material será bastante sencillo ya que bastará con ubicar la persiana respectiva y luego arrastrar el material a la View1:

Una vez que hemos seleccionado y cargado el material en el Slot o en la View1, en los parámetros de edición de este podemos ver el logo de Arch & Design (Arch+Design) y además tendremos las propiedades del material, las cuales están en una distribución diferente respecto a los del material de tipo Standard. En este caso, no tendremos shaders ni configuraciones tan avanzadas como aquel, pero en Arch & Design dispondremos de materiales ya preconfigurados o también llamados “templates”, que simulan de forma realista los materiales más utilizados en Arquitectura y Diseño (de ahí su nombre).

Atributos del material Arch & Design

Si bien el material Arch & Design posee templates ya predefinidos, cada uno de estos pueden ser editados ya que, al igual que en el caso de los materiales Standard, tenemos diversos parámetros de edición de propiedades como por ejemplo  Diffuse, Reflection, Refraction y Self Illumination. También tenemos parámetros propios de los shaders como por ejemplo, Anisotropy.

Por esto mismo, en esta segunda parte del tutorial sobre el material Arch & Design, veremos las categorías base restantes como Transparencia, translucencia y anisotropía además del efecto de autoiluminación para generar diversos efectos especiales en los objetos al aplicar el material. Los parámetros que tenemos disponibles en Arch & Design son los siguientes:

Categoría Refraction

mr_arch_design09

– Transparency: define el nivel de transparencia o refracción del material. Por defecto es 0 (no transparente) y su valor máximo es 1 (100% de transparencia). Con este parámetro podemos crear el efecto del vidrio, combinándolo con los parámetros de la categoría Reflection.

Ejemplo de modelos 3D con valores de Transparency en 0.1, 0.5 y 1 respectivamente. En este caso, el valor de Reflectivity es 1. Sin este parámetro activado, el valor 1 de Transparency haría invisible la tercera copa.

El mismo render anterior, pero con los valores de Reflectivity en 0.

– Color (Transparency Color): corresponde al color de la refracción, y gracias a este parámetro podemos, por ejemplo, crear efectos como “vidrio de color” si el color en Diffuse es negro. Podemos cambiarlo fácilmente clickeando en el color por defecto, o cargar una textura haciendo click en el cuadro de la derecha de este.

Ejemplo de modelos 3D con Diffuse color en rojo y Transparency color aplicado. En este caso, el valor de Reflectivity y Transparency es 1. Los colores de izquierda a derecha son: verde, azul y amarillo.

Ejemplo de modelos 3D con Diffuse color en negro y Transparency color aplicado. En este caso, el valor de Reflectivity y Transparency es 1. Los colores de izquierda a derecha son: verde, azul y amarillo.

Ejemplo de modelos 3D con una textura cargada en Diffuse y Transparency color aplicado. En este caso, el valor de Reflectivity y Transparency es 1. Los colores de izquierda a derecha son: verde, azul y amarillo.

Un aspecto interesante de Color es que al igual que en el caso de Diffuse, se le puede cargar una textura en el cuadro del lado de la opción o bien enlazando el mapa de la textura en el nodo del canal Refraction Color Map.

Ejemplo de modelos 3D con Diffuse Color en rojo y Transparency Color aplicado, pero esta vez se han cargado tres texturas diferentes en este último. En este caso, el valor de Reflectivity y Transparency es 1.

El mismo ejemplo anterior pero con una textura cargada en Diffuse, en lugar del color rojo. En este caso, el valor de Reflectivity y Transparency es 1.

Ejemplo de modelos 3D con Diffuse color negro y Transparency color aplicado, pero esta vez se han cargado tres texturas diferentes. En este caso, el valor de Reflectivity y Transparency es 1.

– Glossiness: define la nitidez de la refracción o transparencia. Por ello, sus valores van desde 0 el cual define una transparencia muy difusa o borrosa, hasta 1 el cual define una transparencia completa y clara.

Ejemplo de modelos 3D con valores de Glossiness en 0.1, 0.5 y 1 respectivamente. En este caso, el valor de Transparency es 0,5 y el de Reflectivity es 1 para apreciar el efecto.

El mismo ejemplo anterior pero en este caso, se ha cargado una textura en Diffuse.

Un aspecto interesante de Glossiness es que al igual que en el caso de Diffuse, se le puede cargar una textura en el cuadro del lado de la opción o bien enlazando el mapa de la textura en el nodo del canal Refraction Glossiness Map.

Ejemplo de modelos 3D con Glossiness en 0.1, 0.5 y 1 respectivamente, pero con una textura cargada en Glossiness. El valor de Transparency es 0,5.

El mismo render anterior, pero el valor de Transparency es 1.

– Glossy Samples: corresponde a las Muestras de transparencia. El número máximo de muestras o rayos que genera Mental Ray para crear transparencias. Los valores más altos hacen que el render sea más lento pero crean un resultado más suave. Los valores más bajos generan el render más rápido, pero crean un resultado más granulado. Glossy Samples sólo está disponible cuando el valor de Glossiness no es igual a 1.

Ejemplo de modelos 3D con Transparency en 0.5 y Glossiness en 0.75, con niveles de Glossy Samples de 1, 16 y 32 respectivamernte.

El mismo anterior, aunque en este caso hay una textura cargada en Diffuse Color.

En el caso de Glossy Refraction, se necesitan generar múltiples rayos para producir un resultado uniforme y esto puede afectar al rendimiento general. Por esta razón, el material incluye la siguiente característica:

a) Fast (inteprolate): cuando está activado, un algoritmo de suavizado permite que los rayos se vuelvan a utilizar y suavizar. El resultado son reflexiones brilantes más rápidas y suaves pero sacrifica un poco de precisión. Nota: Este método funciona mejor en superficies planas.

Ejemplo de modelos 3D con Transparency en 0.5 y Glossiness en 0.75, con niveles de Glossy Samples de 1, 16 y 32 respectivamente. En todas las copas se ha aplicado Fast (inteprolate).

– IOR (Index Of Refraction):  define el índice de refracción, el cual mide la cantidad de un rayo de luz que se curva al entrar en un material, y la dirección en la que la luz se curva dependerá de si se está entrando o saliendo del objeto. Arch & Design utiliza la dirección de la normal de la superficie como referencia para averiguar si la luz está entrando o saliendo. Por tanto, es importante modelar los objetos transparentes y refractivos con las normales de la superficie que apunten en la dirección correcta. El valor de IOR a colocar dependerá del elemento que se quiera representar. Los índices de refracción más conocidos son:

Material IOR o índice de refracción
Vacío 1,0
Aire 1,0002926
Agua 1,33
Acetaldehído 1,35
Alcohol Metílico 1,329
Alcohol Etílico 1,36
Solución de azúcar (30%) 1,38
1-butanol (a 20 °C) 1,399
Glicerina 1,473
Heptanol (a 25 °C) 1,423
Solución de azúcar (80%) 1,52
Benceno (a 20 °C) 1,501
Metanol (a 20 °C) 1,329
Cuarzo 1,544
Vidrio (corriente) 1,52
Disulfuro de carbono 1,6295
Cloruro de sodio (sal común) 1,544
Diamante 2,42

Además de los valores propios de IOR, podremos ir a la persiana llamada BDRF (Bi-directional Reflectance Distribution Function) y una vez allí, ajustar el índice de refracción de forma manual manipulando los valores de la curva BDRF, la cual determina cuánto refleja un material al ser visto desde diferentes ángulos ya que la reflectividad depende del ángulo de visión.

En esta persiana podremos elegir la opción By IOR (fresnel Reflections) o también podemos manipular los valores de los ángulos respectivos (0° a 90°) mediante Custom Reflectivity Function. Según la opción que elijamos, los resultados en el render serán diferentes.

Ejemplo de modelos 3D con Diffuse Color en negro y valor de Transparency de 1. Los valores de IOR asignados de izquierda a derecha son: 1.0 (aire), 1.33 (agua) y 2.42 (diamante). En este caso, se ha elegido Custom Reflectivity Function en BDRF de cada material.

Ejemplo de modelos 3D con Diffuse en negro y Transparency Color en rojo, y valores de IOR de 1.0 (aire), 1.33 (agua) y 2.42 (diamante) respectivamente.

El mismo ejemplo anterior, pero en este caso con una textura cargada en Refraction Color Map.

Ejemplo de modelos 3D con Diffuse Color en negro, valor de Transparency de 1 y su color en rojo. Los valores de IOR asignados de izquierda a derecha son: 1.0 (aire), 1.33 (agua) y 2.42 (diamante). En este caso, se ha elegido By IOR en la persiana BDRF. En el caso del aire, habría que disminuir el valor de Transparency para apreciar mejor el objeto.

Un aspecto interesante de IOR es que al igual que en el caso de Diffuse, se le puede cargar una textura en el cuadro del lado de la opción o bien enlazando el mapa de la textura en el nodo del canal IOR Map.

El mismo render anterior pero en este caso, se ha elegido Custom Reflectivity Function en BDRF de cada material y luego se han cargado tres texturas diferentes en IOR Map.

– Translucency: la translucidez o “translucency” se maneja como un caso especial de la transparencia ya que antes de utilizar translucency, debe existir primero un cierto nivel de transparencia o Transparency. Un material es translúcido cuando deja pasar la luz, pero de manera que las formas se hagan irreconocibles ya que no se observan de forma nítida los objetos. Un buen ejemplo de translucidez son las manos al ser expuestas a una fuente luminosa, ya que en este caso la luz pasa por los dedos pero no se distingue “el hueso” del interior de estos:

mr_arch_design_translucidez

Ejemplo de translucidez o translucency aplicado en una situación real.

En el caso de Arch & Design, traslucidez o Translucency está pensada para ser utilizada principalmente en modo “lámina” o Thin-walled y por ello, previamente debemos activarla desde la persiana Advanced Rendering Options > Advanced Transparency Options > Thin Walled del panel de propiedades del material:

Debido a sus propiedades, la translucidez se usa para modelar elementos como cortinas, papel mantequilla u otros efectos similares. En el modo Thin-walled, el sombreado del lado inverso de la geometría “traspasa” hacia el lado frontal. Volviendo al material, cuando en Refraction se activa Translucency, el peso (Weight) y la configuración del color estarán disponibles e influirán en el render:

a) Weight: Determina qué porcentaje de transparency se utiliza como translucidez. Por ejemplo, si el valor de weight es 0, toda la transparencia se utiliza como translucidez. Si por el contrario, el valor de Weight es 1, el 100% de transparencia se utiliza como translucidez. También podremos cargar un mapa o una textura haciendo click en el cuadrado del lado del valor.

Ejemplo de modelos 3D con planos a los cuales se les ha aplicado Translucency, en modo Thin Walled. Los valores de Weight, de izquierda a derecha, son: 0, 0.5 y 1 respectivamente.

Un aspecto interesante de Weight es que al igual que en el caso de Diffuse, se le puede cargar una textura en el cuadro del lado de la opción o bien enlazando el mapa de la textura en el nodo del canal Translucency Weight Map. En este caso, el mapa reemplazará a todos los valores de Weight.

El mismo ejemplo anterior pero en este caso, se ha aplicado una textura en Translucency Weight Map.

El mismo ejemplo anterior pero en este caso, se han aplicado texturas diferentes en Translucency Weight Map.

El sombreador también funciona en el modo sólido o Solid, el cual se puede elegir en Advanced Rendering Options > Advanced Transparency Options > Solid. Sin embargo, esta es solamente una simplificación ya que, este emula sólo el transporte de la luz desde la parte posterior de un objeto a sus caras frontales y por ende, no es un verdadero efecto de dispersión del subsuelo o SSS (Sub Surface Scattering). La dispersión del subsuelo es un efecto importante para la representación realista de materiales translúcidos como la piel, carne, grasa, frutas, leche, mármol, y muchos otros. Se puede generar el efecto SSS mediante el uso de Glossiness y Transparency combinándolos con Translucency, pero esta no es tan rápida ni tan potente como los Shaders o materiales SSS especiales que son exclusivos para lograr este efecto.

Volviendo a las opciones del material, para que el modo Solid funcione en los objetos 3D se debe desactivar la casilla Back Face Culling ya que este generará la opción “2 Sided” que requiere este modo. El efecto en el renderizado de translucency es el siguiente:

Ejemplo de modelos 3D en los cuales se ha aplicado Translucency en modo Solid. Los valores de Weight, de izquierda a derecha, son: 0, 0.5 y 1.

El mismo ejemplo anterior, pero esta vez se han aplicado texturas diferentes en Translucency Weight Map.

b) Color: corresponde al color de la translucidez, el cual se puede aplicar en el modo Thin-walled o en Solid. Podemos cambiarlo fácilmente cliqueando en el color por defecto para elegir diferentes tonos.

Ejemplo de modelos 3D con planos en los cuales se ha aplicado Translucency, en modo Thin Walled y valor de weight en 1. Los colores aplicados, de izquierda a derecha, son: amarillo, verde, azul.

Ejemplo de modelos 3D en los cuales se ha aplicado Translucency, en modo Solid y valor de weight en 1. Los colores aplicados, de izquierda a derecha, son: amarillo, verde, azul.

Un aspecto interesante de Color es que al igual que en el caso de Diffuse, se le puede cargar una textura en el cuadro del lado de la opción o bien enlazando el mapa de la textura en el nodo del canal Translucency Color Map.

Ejemplo de modelos 3D con planos en los cuales se ha aplicado Translucency, en modo Thin Walled y valor de Weight en 1. En este caso, se han cargado tres texturas diferentes en la opción Color.

Ejemplo de modelos 3D en los cuales se ha aplicado Translucency, en modo Solid y valor de Weight en 1. En este caso, se han cargado texturas diferentes en la opción Color.

Categoría Anisotropy

– Anisotropy: mediante esta opción podremos crear reflejos y refracciones de tipo anisotrópico ya que este controla la forma de los reflejos, es decir, el “ancho” y “alto” de estos. Con el valor 1, el reflejo es redondo y se desactiva el efecto. Por ende, esto implica que no existe ninguna anisotropía. Con el valor 0.01, el reflejo es de forma alargada. Los valores mayores o menores a 1 influirán en la forma final de los reflejos.

Ejemplo de modelos 3D en los cuales se ha aplicado Anisotropy con valores menores que 1. Los valores de Anisotropy, de izquierda a derecha, son: 0.01, 0.5 y 1.

Ejemplo de modelos 3D en los cuales se ha aplicado Anisotropy con valores mayores que 1. Los valores de Anisotropy, de izquierda a derecha, son: 1, 8 y 16.

Un aspecto interesante de Anisotropy es que al igual que en el caso de Diffuse, se le puede cargar una textura en el cuadro del lado de la opción o bien enlazando el mapa de la textura en el nodo del canal Anisotropy Map.

Ejemplo de modelos 3D en los cuales se ha aplicado Anisotropy con valores menores que 1 (0.01, 0.5 y 1). Sin embargo, esta vez se les ha aplicado una textura en Anisotropy.

Ejemplo de modelos 3D en los cuales se ha aplicado Anisotropy con valores mayores que 1 (1, 8 y 16). Sin embargo, esta vez se les ha aplicado una textura en Anisotropy.

– Rotation: esta opción nos permite cambiar la orientación de los reflejos. Este valor puede variar de 0 a 1 con el valor 1 = 360°. Así, por ejemplo, el valor 0,125 equivaldrá al ángulo de 45°, el valor 0.25 equivaldrá al ángulo de 90° y el valor 0.5 equivaldrá al ángulo de 180°.

Aplicación de Rotation en el material, con valores de 0,0 y 0,25. El valor de Anisotropy es de 0.01.

Un aspecto interesante de Rotation es que al igual que en el caso de Diffuse, se le puede cargar una textura en el cuadro del lado de la opción o bien enlazando el mapa de la textura en el nodo del canal Anisotropy Angle Map.

Podemos ver un ejemplo de la aplicación de Rotation en los renders siguientes:

Los valores de rotation anteriores, aplicados en modelos 3D.

Tip: Cuando se utiliza una textura para Anisotropy Angle Map, debemos asegurarnos que esta no tenga filtros antialiasing. Esto se puede hacer mediante el establecimiento de parámetros de Blur de la textura en 0,01. De lo contrario, los píxeles con antialiasing causarán vórtices locales en la anisotropía que aparecerán como errores en el texturizado.

– Automatic/Map channel: en valores de 0 o superiores, este parámetro nos permite aplicar opcionalmente anisotropía a un canal de mapa específico. Cuando se establece en Automatic, la rotación utiliza las coordenadas locales del objeto. Si elegimos Map Channel y establecemos un número de canal en Channel number, la rotación utiliza el espacio de cooordenadas del canal de mapeo especificado.

Ejemplo de modelos 3D en los cuales se ha aplicado Rotation en diferentes grados. La primera copa tiene el valor 0 y no tiene textura, la segunda está en modo automatic y la tercera tiene la opción Map channel, con el canal 1 asignado.

Categoría Self Illumination (Glow)

– Color: define el color base de la auto-iluminación, el cual es basado desde fuentes reales las cuales pueden ser de dos tipos: mediante templates de color de auto-iluminación o mediante grados Kelvin. En el caso de los templates, estos nos permiten seleccionar diferentes colores de luces provenientes de distintos tipos de configuraciones lumínicas típicas como tubos fluorescentes, halógenos, lámparas incandescentes u otros. Estos templates son los siguientes:

Estos producen diferentes colores y efectos según el template que seleccionemos, y por ello afectarán a toda la auto-iluminación del objeto afecto al material. Un aspecto importante a destacar es que deberemos combinar los templates con los valores de la opción Luminance para apreciar los efectos en el objeto.

Ejemplo de modelos 3D en los cuales se ha aplicado Color mediante templates. Los templates utilizados, de izquierda a derecha, son: D56 Iluminant, Halogen y HID Mercury. En Luminance se ha elegido la unidad Cd/m², con el valor por defecto de 1.500.

El mismo render anterior pero en este caso, se ha asignado el valor 5.000 para todos los casos.

En el caso de Kelvin, este define la temperatura de la emisión expresada en grados Kelvin (K°) la cual afectará al color de la auto-iluminación. Valores menores de Kelvin generarán luces de tipo cálido mientras que los valores altos generarán luces frías. Su rango varía entre 100 y 100.000.

Ejemplo de modelos 3D en los cuales se ha aplicado Color mediante Kelvin. Los valores de Kelvin, de izquierda a derecha, son: 100, 6.500 (por defecto) y 100.000. El valor de la unidad es 1.500 Cd/m².

El mismo render anterior pero en este caso, se ha asignado en la unidad el valor 5.000 para todos los casos.

– Filter Color: define el color que tomará la auto-iluminación pero en este caso, este se mezclará sobre el color base.

Render de elementos 3D con colores asignados y Kelvin por defecto. Los colores son, de izquierda a derecha: amarillo, azul y rojo. El valor de la unidad es 1.500 Cd/m².

El mismo render anterior pero en este caso, se ha asignado en la unidad el valor 5.000 para todos los casos.

Un aspecto interesante de Filter Color es que al igual que en el caso de Diffuse, se le puede cargar una textura en el cuadro del lado de la opción o bien enlazando el mapa de la textura en el nodo del canal Self Illumination Map. Esta se relacionará al template o al valor de Kelvin ya que será afectada por estos.

Configuración y render utilizando texturas en Self Illuminaiton Map. En este caso se han utilizado los templates D56 Iluminant, Halogen y HID Mercury.

– Luminance: define la intensidad o brillo de la auto-iluminación, medida en Cd/M² o mediante Unitless (sin unidad). A mayor valor de intensidad o Luminance, el material se iluminará con mayor intensidad y viceversa.

Ejemplo de modelos 3D en los cuales se ha aplicado Luminance. Los valores, de izquierda a derecha, son: 1.500 (por defecto). 5.000 y 10.000 Cd/m².

En el caso de Unitless, esta utiliza un valor arbitrario para representar el brillo, a menudo similar a las unidades tradicionales.

– Glow Options: define las opciones de brillo de la auto-iluminación. En este parámetro tenemos las siguientes opciones:

a) Visible in Reflections: cuando esta opción está activada, la auto-iluminación es visible en la reflexión. Cuando está apagado, el objeto aún se refleja pero la auto-iluminación no lo hace.

b) Illuminates the Scene (When useing FG): cuando esta opción está activada y Final Gather está activo, la superficie auto-iluminada actúa como una fuente de luz indirecta y contribuye a la iluminación de Final Gather en la escena. Cuando está apagado, no tiene ningún efecto en Final Gather.

Ejemplo de modelos 3D en los cuales se ha aplicado Glow Options y Filter Color en Amarillo. En la primera copa está activado Visible in Reflections, en la segunda solamente se activa Illuminates the Scene y en la última se han activado ambas opciones. La unidad asignada en todos los casos es 20.000 y en el caso del plano base, se ha activado la reflexión para apreciar el efecto.

El mismo render anterior pero desde otra perspectiva y agregando esferas de material opaco, para apreciar el efecto de la autoiluminación sobre estas.

Este es el fin de este tutorial. Puede ir a la parte 1 del mismo mediante este enlace.

Bibliografía utilizada:

– Base de conocimientos de Autodesk: https://knowledge.autodesk.com/.

 

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