Iluminación: interior con Mental Ray mediante MR Sky Portal, parte 1 (aplicación de luces)

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

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

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:

  1. 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.
  2. 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:

Planta y vista de cámara de un esquema 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 o de penumbra (de intensidad 0,4, de relleno). Abajo, el render generado por este sistema.

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 y realista 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:

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

En este apunte veremos justamente el sistema de iluminación interior usando mr Sky Portal y para ello, utilizaremos una escena básica de un espacio interior sencillo el cual ya hemos descargado previamente. Abrimos el archivo de la escena en 3DSMAX y tenemos lo siguiente:

En este caso, tenemos un espacio interior sin materiales aplicados ya que la idea es ir probando la iluminación sin texturas para apreciar mejor los efectos. Lo primero que haremos será configurar el motor Mental Ray en la escena, para luego insertar el sistema Daylight (desde el ícono Systems del panel de creación) en la vista Top. Es importante colocar el valor de Exposure Value (EV) en 15 tal como nos indica el Daylight al ser insertado en la escena (cliqueando en la opción “Yes”):

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 siguiente (clic para ampliar):

En este caso dejaremos como zona geográfica la ciudad de Santiago de Chile, la hora será las 10:00 am, el día será el 21, el mes será el 6 (Junio) y North direction estará en 270. Un aspecto importante a considerar es que si tenemos instalado 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 de modificación cambiaremos la opción de Sunlight (luz de Sol) por mr Sun y en Skylight (luz de cielo) asignaremos mr Sky.

Al elegir esta última opción, el programa nos dará la opción de asignar el cielo mr Physical Sky al Environment y, evidentemente, elegiremos la opción “yes” para confirmarlo:

Una vez que aceptamos, nos vamos a la cámara de la escena y luego abrimos el editor de materiales (M) para asignar a la ventana el material Multi/Sub-Object que se encuentra en el editor Slate, para así poder generar la transparencia necesaria para renderizar la escena.

Realizaremos un render mediante F9 para ver el resultado:

En este caso, la imagen solamente posee Final Gather aplicado ya que está por defecto. Podemos mejorar nuestra escena yendo a Render Setup (F10) y en la persiana Global Illumination, activaremos GI, o también activando Photon Mapping en las versiones más recientes de 3DSMAX.

Nota: si activamos Photon Mapping en 3DSMAX, no debemos activar la opción Indirect Diffuse puesto que esto eliminará la iluminación global. Lo ideal es solamente dejar Photon Mapping y Final Gather activados.

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

Como vemos la escena está demasiado oscurecida y por ello no es realista. Para mejorar el render iremos a Rendering >>> Exposure Control y ajustaremos los valores de Exposure Value o EV. Elegiremos el tipo de control de exposición llamado mr Photographic Exposure Control:

Ahora ajustaremos los valores de EV para aclarar el render. En el caso de iluminaciones mediante Mental Ray, los valores de EV 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. En este caso, 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 Exposure Value o EV pueden no ser cerrados. Es decir, podremos asignar valores como 11.5, 10.34, etc.

Para nuestro ejemplo, colocamos el valor de EV en 11 y luego realizamos un render:

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, nos vamos al panel de creación y en Light, elegimos Photometric y colocaremos una luz de tipo Free en el plafón de la habitación:

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.

Ahora realizamos un render mediante F9, y el resultado es el siguiente:

Evidentemente, el plafón no tiene material aplicado pero esto lo resolveremos más tarde. Para las lámparas de pie, desde Photometric insertaremos nuevamente luces Free pero esta vez  cambiaremos el tipo de distribución (Light Distribution) a Spotlight, para luego girarlas e invertirlas hacia arriba. Además, ajustaremos los parámetros de HotSpot y Falloff de modo que el ángulo sea similar al de las pantallas de las lámparas (aproximadamente 95 en Falloff).

En este caso, nos bastará con colocar solamente la primera luz puesto que las otras dos serán copias de tipo instance. La idea es que tengamos en total 4 luces principales, tal como se aprecia en la imagen siguiente:

Nuevamente realizamos el Render mediante F9 para ver el resultado de lo realizado hasta el momento:

Ahora colocamos la luz del apliqué la cual deberá ser similar a las anteriores, pero en este caso se definirá como una copia (copy) de las luces de las lámparas de pie. Con esto, ya tendremos todas nuestras luces configuradas en la escena.

Realizamos un render mediante F9 para ver el resultado:

En este caso ya tenemos la iluminación artificial aplicada, pero puede que tenga demasiada intensidad de luz ya que por defecto, al insertar cada luz esta se establece en 1.500 Cd. Podremos ajustar esto simplemente modificando la cantidad de Cd (candelas) junto con variar 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 unidades reales, y por ello 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:

Tipo de luz

Intensidad Luminosa (Cd)

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 como tal pues estos cambiarán el tipo de luz. Los valores a utilizar en la escena son:

  • Plafón del cielo: 140 Cd (100W).
  • Lámparas de pie: 70 Cd (60 W).
  • Apliqué lateral: 95 Cd (75 W).

Al realizar el render, esta vez el resultado es el siguiente:

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 una escena Nocturna por ejemplo, debemos configurar el Daylight a una hora en que sea de noche (20:00 hrs en adelante), y además bajar los valores de EV desde Exposure Control para conseguir un resultado óptimo:

El mismo render anterior pero esta vez se ha asignado el valor de EV=6 y la hora de Daylight es 22:00 hrs. En este caso no se han ajustado los parámetros de render y por ello, aparecen los fotones en la escena.

Volviendo a nuestra escena original, a pesar de que esta está iluminada mediante luz natural y artificial, notamos que hay una zona que está un poco oscura como por ejemplo, detrás del sillón. Podemos mejorar esta aplicando una luz de tipo “auxiliar”, la cual quitarán la penumbra pero sin afectar a la composición general. Lo importante en este caso, es que esta luz auxiliar posea una distribución de luz de tipo Uniform Diffuse (1) para no sobreiluminar al resto de los elementos, y que por supuesto tengan una menor intensidad de Cd.

Para la escena, insertaremos la luz auxiliar desde la vista Top y en Emit from Shape asignaremos el tipo Rectangle (2), con una intensidad de 140 Cd. También ajustaremos los parámetros de largo y ancho del rectángulo (2) para adaptarlos a la medida del sillón (180 y 80 respectivamente). En la vista Front, rotamos la luz de modo que el bulbo apunte hacia el sillón. La idea de esto es girar el rectángulo para así formar una “pantalla” detrás del sillón y que iluminará la zona.

Una vez insertada la luz auxiliar, nos aseguramos que todas las luces posean la opción de generar sombras (Shadows On) y que estas sean de tipo Ray Traced Shadows. Solamente desactivaremos las sombras en la luz auxiliar ya que nos interesa que esta solamente ilumine la zona en penumbra y, por ende, no nos interesa que proyecte sombras. Realizamos un render mediante F9 para apreciar el resultado:

Render original, con las luces artificiales arrojando sombras de tipo Ray Trace.

El mismo render, pero con luz de relleno (auxiliar) detrás del sillón.

En la segunda parte de este apunte estudiaremos los parámetros de la luz mr Sky Portal mediante un ejemplo de aplicación. Ir a la segunda parte.

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

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