Iluminación: Luces Fotométricas, parte 2 (distribución de la luz y Templates)

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 apunte sobre iluminación veremos las luces de tipo fotométrico y sus propiedades más importantes.

Este apunte utiliza un archivo de base, el cual puede ser descargado desde el siguiente vínculo (en formato MAX 2021):

Definición de iluminación fotométrica y unidades

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 y Luxes.

  • Candela (símbolo cd): es la unidad básica del Sistema Internacional de intensidad luminosa. Es decir, la energía emitida por una fuente de luz en una dirección particular, ponderado por la función de luminosidad. Se denomina “candela” ya que se basa en la luz emitida por una vela común, la cual tiene una intensidad lumínica de aproximadamente una candela. Si las emisiones en algunas direcciones son bloqueadas por alguna una barrera opaca, la emisión todavía sería de aproximadamente una candela en las direcciones que no están oscurecidas.

Fuentes de iluminación típicas y sus equivalencias en candelas

Fuente de iluminación Luminosidad aproximada en candelas (cd)
Vela 1 cd
Bujía 1 cd
Candela de cera 1 cd
Led poco luminoso decenas de milicandelas
SMD (Led de potencia) 90 cd x sr
Ampolleta de 40 W 40 cd
Ampolleta de 100 W 130 cd
Lámpara fluorescente de ahorro de energía 200 cd
Proyector de alta potencia millones de candelas
  • 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.
  • 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 m2  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. Por ejemplo, 1.000 lúmenes concentrados sobre un metro cuadrado iluminan esa superficie con 1.000 lux. sin embargo, los mismos mil lúmenes distribuidos sobre 10 metros cuadrados, producen una luminancia 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:

Diferencia entre Lumen y Lux, en 1 mde superficie.

Una vez conocidas las unidades propias del sistema de Fotometría Internacional y sus diferencias, ya podemos comenzar a experimentar con nuestras luces de tipo fotométrico en 3DSMAX.

Distribución de luces fotométricas en 3DSMAX

Shape/Area Shadows

Mediante esta opción podremos definir la forma en la que se proyecta la luz desde el emisor lo cual afectará la manera en que se arrojen las sombras a los objetos de la escena, mediante el menú desplegable de Emit light from (shape). En esta tenemos las siguientes opciones:

  • Point: proyecta una luz de tipo punto, de forma similar a una ampolleta o una bombilla. Es la opción que viene por defecto y que utiliza la mayoría de los archivos IES al ser cargados mediante Photometric Web.

Configuración y render de luz de tipo Point.

  • Line: proyecta la luz en forma lineal y por ello, es ideal para simular iluminaciones de tipo tubular como por ejemplo los tubos fluorescentes. Podremos configurar su largo mediante la opción Length.

Configuración y render de luz de tipo Line.

Un aspecto interesante de esta distribución es que podremos ver la línea de la luz en el render final si activamos la casilla Light Shape Visible in Rendering:

Además de esto, podremos aumentar la granulación de las sombras en el render mediante Shadow Samples hasta un máximo de 1024 (por defecto es 32).

Render de tipo Line, con Light Shape Visible in Rendering activado.

  • Rectangle: proyecta la luz en forma de rectángulo. Podremos configurar el tamaño de este mediante las opciones Length y Width. En motores como ART Render, el rectángulo emisor se mostrará como sombreado mientras que en Scanline Renderer se verá el rectángulo de luz.

Configuración y render de luz de tipo Rectangle. El renderizado se ha realizado mediante ART Render.

Render de luz de tipo Rectangle mediante Scanline Renderer y se ha aplicado el plugin Radiosity.

Un aspecto interesante de esta distribución es que podremos ver el rectángulo de la luz en el render final si activamos la casilla Light Shape Visible in Rendering:

Además de esto, podremos aumentar la granulación de las sombras en el render mediante Shadow Samples hasta un máximo de 1024 (por defecto es 32).

Render de tipo Rectangle, con Light Shape Visible in Rendering activado.

  • Disc: proyecta la luz en forma de disco. Podremos configurar su radio mediante la opción Radius. En motores como ART Render, el disco emisor se mostrará como sombreado mientras que en Scanline Renderer se verá el rectángulo de luz.

Configuración y render de luz de tipo Disc. El renderizado se ha realizado mediante ART Render.

Render de luz de tipo Disc mediante Scanline Renderer y se ha aplicado el plugin Radiosity.

Un aspecto interesante de esta distribución es que podremos ver el disco de la luz en el render final si activamos la casilla Light Shape Visible in Rendering:

Además de esto, podremos aumentar la granulación de las sombras en el render mediante Shadow Samples hasta un máximo de 1024 (por defecto es 32).

Render de tipo Disc, con Light Shape Visible in Rendering activado.

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

Configuración y render de luz de tipo Sphere. El renderizado se ha realizado mediante ART Render.

Un aspecto interesante de esta distribución es que podremos ver la esfera de la luz en el render final si activamos la casilla Light Shape Visible in Rendering:

Además de esto, podremos aumentar la granulación de las sombras en el render mediante Shadow Samples hasta un máximo de 1024 (por defecto es 32).

Render de tipo Sphere, con Light Shape Visible in Rendering activado.

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

Configuración y render de luz de tipo Cylinder. El renderizado se ha realizado mediante ART Render.

Un aspecto interesante de esta distribución es que podremos ver la línea de la luz en el render final si activamos la casilla Light Shape Visible in Rendering:

Render de tipo Cylinder, con Light Shape Visible in Rendering activado.

Templates

Esta interesante opción (que se encuentra al inicio de los parámetros de edición de la luz fotométrica) nos permite elegir entre varias configuraciones ya preestablecidas de luces típicas sin necesidad de recurrir a la ya clásica edición de parámetros. Con estos evidentemente nos ahorraremos configuraciones ya que al elegir cualquiera de estas. automáticamente se ajustan todos los parámetros para ajustarse al tipo de luz elegido. Los templates de los que disponemos son los siguientes:

Al igual que en el caso de las distribuciones de luz, estos causarán diferentes efectos y variaciones en la escena según el Template que escojamos. Un aspecto interesante de los Templates es dependiendo del que elijamos incluso afectarán a la distribución de la luz ya que estos elegirán a la más adecuada, como ocurre en el caso de Halogen Spotlight el cual cambiará la distribución de la luz a Spotlight.

Renderizado usando 100W Bulb como Template.

Renderizado usando Halogen Spotlight como Template, ajustando Falloff y Hotspot respectivamente.Renderizado usando Recessed 250W Wallmash como Template.Renderizado usando Street 400 W Lamp como Template.Renderizado usando Stadium 1000 W Lamp como Template.

Las luces fotométricas son recomendadas para ser utilizadas preferentemente con los motores de render Mental Ray o ART Render ya que producen resultados más realistas y satisfactorios. Otro aspecto muy importante que debemos tomar en cuenta es 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 (este último usando el motor Scanline Renderer) para generar la iluminación indirecta.

Render del archivo base realizado con la aplicación de luces fotométricas y usando el motor de render ART Render.

Render anterior usando el motor de render Scanline Renderer, y aplicando el plugin Radiosity.Render anterior usando el motor de render Arnold.

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.

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