Materiales: material Arch & Design de Mental Ray, parte 3 (transparencia y translucencia)

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.

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

Atributos del material Arch & Design

Categoría Refraction

  • 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
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:

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.

En la siguiente parte de este apunte, estudiaremos los parámetros referentes a la anisotropía del material. Puede ir a la cuarta parte del mismo medianteeste enlace.

Bibliografía utilizada:

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

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