Iluminación: luz artificial por fotometría, parte 1 (parámetros)

Cuando hablamos de una escena con iluminación tipo GI (Global Ilumination o Iluminación Global) lo que en realidad tenemos es la Iluminación Indirecta, es decir, el rebote de la luz entre las diferentes superficies y por consiguiente la mezcla de colores entre ambas. En las antiguas versiones de AutoCAD lograr GI era prácticamente imposible, pero gracias a las mejoras del programa y sobre todo la adición del motor de Render Mental Ray desde 3DSMAX, podremos realizar configuraciones y renders bastante realistas y creíbles. Podremos configurar diversos parámetros de GI para lograr mayor realismo o generar ciertos efectos especiales de iluminación. A diferencia de otros programas como 3DSMAX, AutoCAD nos genera la iluminación GI de manera prácticamente automática sin necesidad de agregar luces extras ni recordar configuraciones especiales. En este tutorial, veremos las luces artificiales disponibles en AutoCAD y su aplicación práctica en un proyecto de ejemplo.

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

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, mientras que 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 es 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, podemos comenzar a experimentar con nuestras luces de tipo fotométrico en AutoCAD.

Aplicando luces en AutoCAD

En AutoCAD definiremos las luces en la persiana Render, donde encontraremos el grupo llamado Lights:

Al hacer clic en la flecha del lado derecho de la opción Create Light, podremos conocer e insertar todas las luces disponibles en el programa.

En este caso, tenemos cuatro tipos básicos de iluminación artificial los cuales son los siguientes:

  • Point (comando POINTLIGHT): corresponde a la luz de punto u “omnipresente”, la cual ilumina hacia todos lados de forma similar a una ampolleta.

  • Spot (comando SPOTLIGHT): corresponde a la luz de cono la cual posee una fuente y un objetivo o target, la cual ilumina de forma similar a una linterna.

  • Distant (comando DISTANTLIGHT): corresponde a la luz cuyos rayos de proyectan de manera paralela a la tierra, o sea, la luz solar.

  • Web (comando WEBLIGHT): corresponde a la luz de tipo fotométrica o la luz que utiliza valores reales de iluminación, y en esencia es la mejor de todas las luces.

Ahora bien, si queremos crear cualquier tipo de luz mediante la barra de comandos, debemos escribir en esta el comando llamado light (LIG).

Al colocar nuestra primera luz en el espacio 3D y hacerlo de cualquiera de las formas que el programa nos presenta, se nos mostrará el cuadro llamado Lightning – Viewport Lightning Mode:

En este cuadro se nos indicará que “Default Lighting” o mejor dicho, la luz por defecto que posee AutoCAD (la que nos permite ver los objetos en el espacio 3D) debe ser desactivada para poder apreciar de manera correcta el efecto de las luces en el espacio 3D. Por esto mismo, la mejor opción será elegir Turn off the default lighting (apagar la luz por defecto). Como nota especial, el cuadro Lightning se nos mostrará solamente al insertar nuestra primera luz ya que para el resto, se asumirá siempre la primera opción. Si en cambio elegimos la segunda opción (Keep the Default lightning turned on), este cuadro volverá a aparecer cada vez que insertemos una luz en el espacio hasta que elijamos la primera opción. Volviendo a la inserción de las luces, si lo hacemos mediante el comando light se nos mostrarán las siguientes opciones en la barra de comandos:

Aquí podremos elegir las luces descritas anteriormente pero además, dispondremos de nuevas opciones que son:

  • Targetpoint: agrega un objetivo o target a la luz de punto.
  • Freespot: quita el objetivo o target a la luz de tipo spot.
  • FreeweB: quita el objetivo o target a la luz de tipo Web.

Una de las cosas buenas de AutoCAD es que al igual que en 3DSMAX, podremos insertar un solo tipo de luz y luego podremos cambiarlo por otro simplemente editando sus propiedades o parámetros mediante la barra de propiedades o comando PR. Para entender esto, realizaremos el siguiente ejercicio: abriremos el archivo DWG base adjunto el cual nos mostrará lo siguiente:

En este caso tendremos un espacio modelado y con materiales aplicados. Ahora nos vamos a la vista Top y dejaremos el estilo visual en 2D Wireframe ya que en este modo, aplicaremos una luz de tipo point mediante la opción Create light >> Point o mediante la barra de comandos. Al hacerlo, podremos insertar luz simplemente haciendo clic en el punto donde queremos que esta se posicione. En este caso, situaremos la luz más o menos en el centro de la mesa y cuando se nos pregunte por las opciones de esta, seleccionamos la opción Exit ya que no nos interesa editarla mediante la barra de comandos por ahora.

Ahora ejecutamos el comando PR, seleccionamos la luz recién creada y luego editaremos su altura estableciendo en Z la altura de 210.

Una vez insertada la luz, el siguiente paso será ir estudiando y configurando esta para apreciar los diferentes resultados en la escena. Para ello, primeramente nos vamos a una de las cámaras del archivo base y en ella, dejaremos la hora en la noche presionando la flecha del grupo Sun & Location (1) para configurar los parámetros del Sol y luego dejaremos las 21:00 hrs en time de Sun Angle Calculator (2):

Ahora solamente nos bastará dejar el cielo en Sky Background and Illumination para terminar la configuración nocturna y ahora sí estudiar la configuración de luces. En versiones antiguas de AutoCAD, además de lo anterior debemos aplicar GI en la configuración de Render. Para realizarlo, iremos a las opciones de render del menú o escribiremos el comando RPREF en la barra de comandos:

Al hacerlo, nos aparece el cuadro de preferencias de renderizado con todas las opciones de Render, y allí buscamos la persiana llamada Indirect Illumination. Una vez encontrada, activaremos Global Illimunation haciendo clic en la ampolleta para encenderla, y con esto ya tenemos configurado el GI.

Configuración de luces fotométricas

En AutoCAD las luces se pueden configurar de dos maneras diferentes. La primera y las más inmediata es hacerlo en el mismo momento en que insertamos las luces ya que la barra de comandos nos dará varias alternativas para configurarla previamente. Estas opciones son:

  • Name: podremos asignar un nombre a nuestra luz. Idealmente debemos nombrar nuestras luces según lo que estemos iluminando como por ejemplo luz de comedor, luz de dormitorio, etc.

  • Intensity factor: nos permite definir la intensidad de la luz al ser insertada. Por defecto, su valor es 1.

Cabe destacar que mientras el valor de Intensity sea más alto, la luz será más intensa y si es muy bajo, tenderá a la oscuridad.

Render con la luz colocada por defecto, y una intensidad de 1 (por defecto).

Render con la luz colocada por defecto, y una intensidad de 0.1.

Render con la luz colocada por defecto, y una intensidad de 0.01.

  • Status: define si al insertarse la luz en el espacio esta está encendida (ON) o apagada (OFF). Si la luz está apagada, no podremos ver nada en el render.

  • Photometry: permite cambiar las opciones de la fotometría como su intensidad (Intensity) y color (Color).

Al entrar al modo Intensity podremos elegir la unidad lumínica que queremos asignar ya que, además de la unidad standard de Candelas (Cd), están disponibles las unidades Flux (Lumen) o Illuminance (Lux). Podremos elegir cualquiera de las tres y escribir los valores reales de cada unidad para que la luz funcione de manera realista.

Render realizado con 500.000.000 de Illuminance y el color en la lámpara D65 (por defecto), donde notamos que debido al excesivo valor de Lux la escena se quema.

El mismo render anterior, pero con valor 900 en Illuminance.

El render anterior pero en este caso, se ha asignado el valor de 100 en Flux.

Cabe destacar que si elegimos la opción Illuminance, además de la intensidad lumínica mediante valores numéricos, podremos definir mediante Distance la distancia que abarcará en el espacio la intensidad de la iluminación del bulbo o la luz que insertemos:

Render realizado con 900 de illuminance y Distance en 1.

Render anterior, pero con el valor de Distance en 0.1.

Render anterior, pero con el valor de Distance en 0.01.

En el caso de la opción Color, podremos elegir el tipo de color de luz mediante lámparas predefinidas (las cuales deberemos conocer su nombre pues debemos escribirlas tal cual) o cambiar al modo de grados Kelvin (K°) en que, dependiendo del valor que le indiquemos, la luz será más fría o más cálida.

El valor estándar de Kelvin es de unos 3.600, por ende los valores menores a este generarán luz cálida y los valores mayores generarán luz fría. Estos valores serán vistos más abajo.

Importante: los valores mínimos y máximos de Kelvin son 1.000 y 20.000.

Render realizado con 90 Cd, en color se ha elegido Kelvin y a este se le ha asignado el valor de 1.000, donde notamos que la luz es “cálida”.

Render realizado con 10.000 Flux, en color se ha elegido Kelvin y a este se le ha asignado el valor de 20.000, donde notamos que la luz es “fría”.

  • Shadow: define si la sombra está apagada (OFF) y también nos permite elegir los tres tipos de sombreados de los que disponemos en AutoCAD: Sharp (por defecto), soFtmapped o softsAmpled.

  • Attenuation: en el mundo real, la luz de atenúa a medida que nos alejamos de la fuente lumínica pero en el mundo 3D esto no existe por defecto. Por esto mismo, debemos definir los “límites” de alcance nuestra luz en el espacio. Esto lo podremos realizar mediante attenuation start Limit y attenuation End limit. También podremos activar o desactivar los límites mediante Use limits.

Si colocamos la opción attenuation start Limit, podremos colocar un valor de inicio desde donde queremos que comience nuestra iluminación respecto del centro a la luz (por defecto es 1). Si en cambio modificamos el valor de attenuation End Limit, podremos definir la distancia final donde queremos que la luz termine de iluminar respecto al centro de la luz (por defecto es 10).

Ahora bien, si queremos elegir los tipos de atenuación, podremos hacer clic en la opción attenuation Type. Dentro de esta encontramos tres opciones que son:

  1. None: no define atenuación y por lo tanto, las luces se prolongan hacia el infinito (opción por defecto).
  2. Inverse linear: define la atenuación inversa lineal.
  3. Inverse Squared: define la atenuación inversa al cuadrado, la cual es la más cercana a la atenuación del mundo real. Por ello, funciona de mejor manera en luces de tipo Web.

Render realizado con attenuation de tipo None.

Render realizado con attenuation de tipo Inverse Linear.

Render realizado con attenuation de tipo Inverse Squared.Nota: la atenuación y sus límites no funcionarán en el driver OpenGL.

  • filterColor: podremos asignar el color de filtro de la luz. Esto hará que la luz cambie de color y por ello, afecte a todo el recinto a iluminar.

Podremos cambiarlo colocando las cantidades de tonos respectivos según las siguientes opciones: Index color (RGB), Hsl (Hue, Saturation, Light) y colorBook. Podremos escribir la gama de colores respectiva mediante los códigos RGB, HSL o simplemente escribir en inglés el “color” que queramos asignar como por ejemplo red, blue, green, etc.

Render realizado con Filter Color en rojo (red).

Render realizado con Filter Color en amarillo (tellow).

Render realizado con Filter Color en azul (blue).

  • eXit: salir.

La ventaja de este tipo de configuración es que disponemos de opciones bastante avanzadas para editar la luz de manera precisa, sin embargo esto es algo engorroso de realizar debido a que no podremos ver los resultados de manera inmediata y a que no podremos modificar los valores una vez insertada la luz.

En la segunda parte del apunte, veremos la definición de parámetros de fotometría mediante la barra de propiedades. Ir a la segunda parte.

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