Materiales: material Physical, parte 3 (atributos Sub-Surface Scattering, Emission y Coating)

Un 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 Physical el cual viene incorporado en 3DSMAX y actualmente es el material por defecto, y nos servirá para representar de manera realista los materiales más utilizados en Arquitectura y diseño, ya que se basa precisamente en el material Arch & Design de Mental Ray.

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

Atributos de material Physical

Categoría Sub-Surface Scattering

  • Sub-Surface Scattering (SSS) Weight: este parámetro modela la dispersión de la luz dentro del objeto, también conocido como Translucencia o en inglés, 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.

A diferencia de Transparency, que hace que el objeto sea transparente, la dispersión subsuperficial o Sub-Surface Scattering transporta la luz dentro del material pero sin poder ver a través de él de manera significativa. La luz rebota y las diferentes longitudes de onda se absorben de manera diferente, lo que permite que la luz se coloree a medida que viaja en el material. Por esto mismo, para que este parámetro funcione el valor de Transparency debe ser necesariamente 0.

Render de elementos 3D con valores de Sub-Surface Scattering Weight en 0.0, 0.25, 0.5 y 1 respectivamente.

Un aspecto interesante de Sub-Surface Scattering weight es que al igual que en el caso de Base Color, se le puede cargar una textura en el cuadro del lado del valor o bien enlazando el mapa de la textura en el nodo del canal Scattering Map. Este reemplazará a cualquier valor asignado a SSS.

El mismo render anterior pero en este caso, se han cargado cuatro texturas diferentes en Scattering Map.

  • Sub-Surface Scattering (SSS) Color: define el color de la translucencia, el cual usualmente suele ser el mismo color de base o Base color.

El mismo render anterior pero en este caso, se han cargado cuatro colores diferentes en Sub-Surface Scattering Color. En el caso de la primera pieza, el color de SSS Color es el mismo de Color Base mientras que en el resto son el amarillo, rojo y azul.

Un aspecto interesante de Sub-Surface Scattering Color es que al igual que en el caso de Base Color, se le puede cargar una textura en el cuadro del lado del valor o bien enlazando el mapa de la textura en el nodo del canal SSS Color Map. Este reemplazará a cualquier color asignado a SSS.

El mismo render anterior pero en este caso, se han cargado cuatro texturas diferentes en SSS Color Map.

  • Scatter Color: define el color del interior del medio en el cual se dispersa la luz. Técnicamente, la profundidad (Depth) multiplicada por la escala (Scale) genera el “camino libre” de la dispersión de la luz dentro del medio, y el color de esta es un factor de escala adicional para el recorrido de esta.

Render de objetos 3D a los cuales se les ha aplicado el mismo color base pero se han cargado cuatro colores diferentes en Scatter Color. Los colores cargados, de izquierda a derecha, son: verde, amarillo, rojo y azul.

  • SSS Depth: define la cantidad de difusión de la luz en el material. Por defecto, su valor es 10.

Render de elementos 3D con valores de SSS Depth en 0.1, 1, 5 y 10 respectivamente. En todos los casos, Scatter Color es rojo.

  • SSS Scale: aplica un factor de escala a Depth. Scale es una escala lineal que se multiplica con la profundidad y que se le puede asignar una textura, lo que permite que la escala cambie a lo largo del objeto. Su rango varía entre 0 y 1. cuando el valor de Scale es 0, no se muestra Scattering Color en la dispersión de la luz.

El mismo render anterior, pero en este caso el valor de SSS Scale es 0 para todos los casos.

Un aspecto interesante de Sub-Surface Scattering Scale es que al igual que en el caso de Base Color, se le puede cargar una textura en el cuadro del lado del valor o bien enlazando el mapa de la textura en el nodo del canal SSS Scale Map. Esta se relacionará con el valor asignado a SSS Depth.

El mismo render anterior, pero en este caso se ha cargado una textura en SSS Scale.

Categoría Emission

  • Emission Weight: define la medida relativa de la auto-iluminación del material. cuando esta toma el valor 0, la auto-iluminación se desactiva mientras que cuando su valor es 1, la auto-iluminación se activará ya que se tomarán en cuenta los parámetros de Luminance y Kelvin. Un aspecto interesante de Emission Weight es que al igual que en el caso de Base Color, se le puede cargar una textura en el cuadro del lado del valor o bien enlazando el mapa de la textura en el nodo del canal Emission Map. Esta se relacionará al valor de la intensidad o Luminance.

Render de elementos 3D con una textura cargada en Emission Weight. Las intensidades o Luminances se han modificado para apreciar mejor el efecto. Estas son, de izquierda a derecha,: 1.500 (por defecto), 5.000, 10.000 y 20.000 respectivamente.

  • Luminance: define la intensidad de la auto-iluminación, medida en Cd/M². A mayor valor de intensidad o Luminance, el material se iluminará con mayor intensidad y viceversa. Se relaciona con Emission Weight.

Render de elementos 3D con distintas intensidades de Luminance y color por defecto en Emission Color. Las intensidades, de izquierda a derecha, son: 1.500 (por defecto), 5.000, 10.000 y 20.000 respectivamente.

  • Emission Color: define el color de la auto-iluminación, el cual es afectado por la temperatura Kelvin.

Render de elementos 3D con Emission Weight en 1, Luminance en valor por defecto y colores aplicados a Emission Color. Los colores cargados, de izquierda a derecha, son: verde, amarillo, rojo y azul.

El mismo render anterior pero en este caso, se han ajustado las intensidades de las piezas modificando los valores de Luminance. Las intensidades, de izquierda a derecha, son: 1.500 (por defecto), 5.000, 10.000 y 20.000 respectivamente.

Un aspecto interesante de Emission Color es que al igual que en el caso de Base Color, se le puede cargar una textura en el cuadro del lado del valor o bien enlazando el mapa de la textura en el nodo del canal Emission Color Map. Esta se relacionará con el valor asignado en Luminance.

El mismo render anterior pero en este caso, se ha cargado una textura en Emission Color Map. Las intensidades, de izquierda a derecha, son: 1.500 (por defecto), 5.000, 10.000 y 20.000 respectivamente.

  • Kelvin: define la temperatura de la emisión expresada en grados Kelvin (K°) la cual afectará al color de esta. Valores menores de Kelvin generarán luces de tipo cálido mientras que los valores altos generarán luces frías. Su rango varía entre 3.000 y 20.000.

Render de elementos 3D con Luminance en valor 5.000 y color por defecto aplicado a Emission Color Map. Temperaturas de Kelvin aplicadas, de izquierda a derecha: 3.000, 6.500 (por defecto), 10.000 y 20.000.

El mismo render anterior pero en este caso, se ha cargado una textura en Emission Color Map.

Persiana Coating Parameters

Además de los parámetros base, Physical Material posee una función para revestir el material mismo llamada “Coating”. Este actúa como una capa transparente que se jerarquiza por sobre todos los demás efectos de sombreado. Por definición, el recubrimiento es siempre reflectante (con la rugosidad dada) y se supone que es dieléctrico, es decir, posee baja conductividad. La reflectividad se basa en la ecuación de Fresnel del IOR de revestimiento dado, y los reflejos son siempre de color blanco. Los parámetros de los que disponemos en esta persiana son los siguientes:

  • Clearcoat Weight: determina la medida o peso del revestimiento, y varía entre 0 y 1.

Render de elementos 3D, con valores de Clearcoat Weight de 0.0, 0.25, 0.5 y 1 respectivamente.

El mismo render anterior, pero con una textura cargada en Color Base Map.

Un aspecto interesante de Clearcoat Weight es que al igual que en el caso de Base Color, 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 Coating Weight Map. Esta reemplazará a cualquier valor que hayamos colocado en Clearcoat Weight.

El mismo render anterior, pero con diversas texturas cargadas en Clearcoat Weight Map.

  • Clearcoat Color: determina el color del revestimiento. El material subyacente se enviará a través de este color donde esté presente el recubrimiento.

Render de elementos 3D, con colores diferentes en Clearcoat Color. En todos los casos, el valor de Clearcoat Weight es 1.

Un aspecto interesante de Clearcoat Color es que al igual que en el caso de Base Color, 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 Coating Color Map. Esta reemplazará a cualquier color que hayamos colocado en Clearcoat Color.

El mismo render anterior, pero con diversas texturas cargadas en Clearcoat Color Map.

  • Clearcoat Roughness: define el número de desigualdades, crestas o proyecciones en la superficie. si presionamos la opción Inv se invierte el nivel de Rugosidad para comportarse como brillo.

Render de elementos 3D, con valores de Clearcoat Roughness de 0.0, 0.25, 0.5 y 1 respectivamente.

El mismo render anterior, pero con una textura cargada en Color Base Map.

Un aspecto interesante de Clearcoat Roughness es que al igual que en el caso de Base Color, 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 Coating Roughness Map. Esta reemplazará a cualquier color que hayamos colocado en Clearcoat Roughness.

El mismo render anterior, pero con diversas texturas cargadas en Clearcoat Roughness Map.

  • Coating IOR: define el índice de refracción del recubrimiento, cuyos valores son los mismos utilizados en IOR normal. Este índice afecta solamente a la dependencia angular de las refracciones, ya que el recubrimiento en sí mismo no refracta la luz.

Ejemplo de modelos 3D con valor de Clearcoat Weight de 1. Los valores de IOR asignados de izquierda a derecha son: 1.0 (aire), 1.33 (agua), 1.52 (solución de azúcar, por defecto) y 2.42 (diamante).

El mismo render anterior, pero con una textura cargada en Color Base Map.

En el mundo real cuando se recubre un material, hay una cierta cantidad de reflejos internos en el interior del recubrimiento. Esto hace que la luz rebote en la superficie varias veces antes de escapar del material, lo que permite que el color de este tenga un efecto mejorado (un ejemplo de esto es la madera barnizada). Este efecto se puede lograr utilizando el parámetro llamado Afectar color subyacente o Affect Underlying. Los parámetros de los que disponemos son:

  • Color: define el nivel de efecto o injerencia que tiene el recubrimiento sobre los materiales subyacentes, al hacer que el color sea más oscuro y más saturado. Por defecto, su valor es 0,5.

Render de elementos 3D, con valores de Color de 0.0, 0.25, 0.5 y 1 respectivamente.

El mismo render anterior, pero con una textura cargada en Color Base Map.

  • Roughness: define el nivel de efecto o injerencia que tiene el recubrimiento sobre la rugosidad de los materiales subyacentes. Cuanto más rugoso sea el revestimiento, mayor será el efecto sobre la rugosidad de los materiales subyacentes.

Render de elementos 3D, con valores de Roughness de 0.0, 0.25, 0.5 y 1 respectivamente.

El mismo render anterior, pero con una textura cargada en Color Base Map.

En la cuarta parte de este apunte, estudiaremos los parámetros de reflexión y de anisotropía del material Physical. Puede ir al apunte respectivo mediante este enlace.

Bibliografía utilizada:

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

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