3DSMAX Iluminación: iluminación de interiores con Mental Ray, mediante MR Sky Portal

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

Para desarrollar los temas de este apunte, puede descargar el archivo base realizando clic en el siguiente enlace: descargar archivo base.

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:

– 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.

– 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 tutorial 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 EV también 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:

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.

Luz mr sky Portal

Si realizamos el render notaremos que la luz de los vanos no es emulada de forma correcta ya que en la realidad, al entrar la luz a través de estos tienden a formar zonas iluminadas en los cielos y en los lados adyacentes a estos. Para resolver este problema, agregaremos un tipo de luz el cual es exclusivo del motor de render Mental Ray: se trata de mr Sky Portal. Este es un tipo de luz de área (Area Light) que al ser colocado en los vanos, emula de manera convincente el efecto de la luz que se producen en estos.

Para colocar la luz mr Sky Portal en nuestra escena, la dibujaremos de la misma forma que un rectángulo y de preferencia en las vistas donde sean visibles los vanos (Left o Right) ya que, para que la luz funcione, debemos tener en cuenta lo siguiente:

1) Las medidas del rectángulo de la luz deben ser similares a las del vano.
2) La luz se debe colocar de lo más cerca posible de la abertura del vano, y por el exterior de este.

Otra cosa que notaremos en mr Sky Portal es que en su centro existe una flecha, la cual nos indicará hacia dónde se generará el efecto, la cual por norma siempre deberá apuntar hacia el interior del espacio a iluminar. Volviendo a nuestra escena, insertaremos la luz en el vano de la ventana primeramente en la vista Left y luego lo ajustaremos en las vistas Front o Top.

Podemos ajustar los parámetros del rectángulo para aproximar mas medidas de este al vano, ya que si lo seleccionamos y nos vamos al panel de modificación, encontraremos los parámetros de edición de este, en la opción Dimensions.

Una vez hecho esto, realizamos un render para ver el resultado. En este caso, se compara el render original versus el nuevo render con mr Sky Portal aplicado:

Render original.

Render con mr Sky Portal colocado en el vano de la ventana.

Además de Dimension, mr Sky Portal cuenta con los siguientes parámetros:

Persiana mr Skylight Portal Parameters

– On Multiplier: determina la intensidad de la luz del portal, y su valor por defecto es 1. Si lo aumentamos, la intensidad de la luz aumentará afectando a toda la escena interior.

El render anterior pero con parámetro On multiplier en 5.

El render anterior pero con parámetro On multiplier en 10.

– Filter Color: es el color de filtro del portal. Podemos cambiarlo clickeando el color por defecto (blanco).

El render anterior con On Multiplier en 1, pero con Filter Color en amarillo.

El render anterior con On Multiplier en 1, pero con Filter Color en rojo.

El render anterior con On Multiplier en 1, pero con Filter Color en azul.

– Shadows On: activa o desactiva la proyección de sombras. Por defecto sólo las arroja en los objetos que están en el sentido de la flecha.

Render original.

El render anterior pero con sombras desactivadas (shadows off).

– From “Outdoors”: cuando está activado, este además arroja sombras en los objetos que están fuera del portal. Es decir, en el lado contrario al que apunta el icono de la flecha. Está desactivado por defecto, debido a que encenderlo puede aumentar significativamente el tiempo de render.

– Shadow Samples: determina la calidad general de las sombras proyectadas por el portal. Si la imagen renderizada aparece granulada, se debe aumentar este valor aunque evidentemente, también aumentará el tiempo de render.

Render original con Shadow Samples en 2 (mínimo).

Render original con Shadow Samples en 16 (por defecto).

Render con Shadow Samples en 1024 (máximo).

– Dimensions: ya visto antes, esta opción determina el largo del rectángulo del portal mediante los parámetros de largo o Lenght y ancho o Width. En este caso, la idea es que sea lo más parecido posible a la dimensión original del vano.

– Flip Light Flux Direction: determina la dirección en la que fluye la luz a través del portal. El icono de la flecha siempre debe apuntar hacia el interior para que el portal pueda emitir luz desde el cielo o el medio ambiente. Si la flecha apunta hacia afuera, se debe activar esta configuración para invertirla ya que provocará errores en la iluminación.

Persiana Advanced parameters

– Visible to Renderer: al activarlo, el portal será visible en el render. Si se activa esta opción evitaremos que los objetos que están fuera de la ventana aparezcan en nuestra escena.

Render original en el cual se ha agregado un cilindro afuera del espacio. En este caso, Visible to Renderer está desactivado. Nótese que el rebote de luz del cilindro se proyecta en el interior del espacio.

Render con la opción Visible to Renderer activada, que hace que no se vea el cilindro.

– Transparency: mediante esta opción podemos crear un color de filtro para todo lo que visible del lado opuesto a la dirección de la luz o Light Flux Direction. El cambio de este color no cambia el color de la luz que entra pero tiene el efecto de poder oscurecer los objetos externos, que puede ayudar si estos están sobre expuestos.

Render con Transparency color en amarillo.

Render con Transparency color en rojo.

Render con Transparency color en azul.

– Color Source Group: establece la fuente de la luz a partir del cual mr Sky Portal deriva su iluminación. En este parámetro tenemos 3 opciones que son:

1) Use Existing Skylight: utiliza la Skylight existente. Por defecto, mr Sky Light usa el mapa de entorno llamado mr Physical Sky en sus valores predeterminados y por ello este tiende a dar una iluminación azulada, como la luz del cielo en el mundo real.

2) Use Scene Environment: utiliza el mapa de entorno o Environment Map para el color de la iluminación. Se debe usar esta opción si Environment Map y Skylight son de diferentes colores, y se desea utilizar este último para la iluminación interior.

3) Custom: permite utilizar un mapa personalizado o una textura para la coloración de iluminación.

Render del espacio utilizando el mapa Physical Sky como mapa Custom.

Es importante que agreguemos mr Sky Portal en CADA UNO de los vanos que queremos que se aplique el efecto, por lo tanto podremos dibujar una de estas luces para después copiarla (como copy o instance), para luego colocarla y editarla en el resto de los vanos si es necesario.

Aplicación de mr Sky Portal en un ejemplo concreto.

Ajustes de renderizado mediante Final Gather

Una vez que tengamos mr Sky Portal colocado, el próximo paso será aplicar materiales. En el archivo del tutorial esto es bastante fácil de hacer ya que estos ya vienen predefinidos al activar el editor de materiales Compact(M), por ello es cosa de ver los nombres de estos y luego arrastrarlos a los elementos. Si estamos en el editor Slate, podemos arrastrar cada material a la View1 desde la persiana llamada Sample Slots:

Una vez terminada la materialización del espacio, realizamos un render para ver el resultado:

Nuestro render ya se ve de una manera más creíble y realista pero tendrá ruido o “noise” (en forma de granos) en la imagen. Podremos editar nuestro render en cualquier momento modificando los materiales, las luces, el mr Sky Portal y las configuraciones en Exposure Control. También podremos mejorar nuestro render yendo a Indirect Ilumination >> Final Gathering y modificando los parámetros generales de Final Gather:

Los parámetros que podremos modificar son:

Basic

– Enable Final Gather: activa la opción Final Gather, la cual permite que la escena se ilumine debido a la luz directa y también al efecto del rebote de los rayos, mejorando la calidad de la solución de iluminación global o GI. En las versiones antiguas de Mental Ray, debemos tener cuidado con esta opción pues si tenemos uno o más mr Sky Portal, Indirect Diffuse (GI) activado y desactivamos Final Gather en nuestra escena, nos arrojará error en la iluminación de mr Sky Portal.

Render de la escena sin Indirect Diffuse (GI), Photon Mapping ni Final Gather activados y con un mr Sky Portal en la ventana. El mismo resultado saldrá si solamente activamos Indirect Diffuse (GI).

Render de la escena sin Indirect Diffuse (GI) pero con Photton Mapping activado, con un mr Sky Portal en la ventana.

Render de la escena sin Indirect Diffuse (GI) pero con Photon Mapping y Final Gathering activados, con un mr Sky Portal en la ventana.

Render de la escena con Indirect Diffuse (GI) activado, mr Sky Portal colocado y Final Gather desactivado, mostrando un error en la iluminación del mr Sky Portal (versión 3DSMAX 2015).

– Multiplier: controla la intensidad de la luz de Final Gather (por defecto es 1). Mientras más alto es el valor, mayor será la iluminación dada por Final Gather.

Render de la escena con Multiplier de Final Gather en 3.

Render de la escena con Multiplier de Final Gather en 5.

– FG Precision Presets: esta opción ajunta automáticamente los valores inferiores del cuadro, y permite configurar las diversas calidades de precisión para Final Gather que son: Draft (borrador), Low (bajo), Medium (medio), High (alta) y Hery High (muy alta). A mayor calidad, mayor será el tiempo de render.

Si modificamos de forma arbitraria los valores, FG Precision Presets pasará al modo Custom.

Render de la escena en calidad Draft.

Render de la escena en calidad High.

Un aspecto interesante de FG Precision Presets es el menú desplegable que se encuentra debajo de este, ya que si elegimos la opción Project FG Points From Positions Along Camera Path, podremos dividir el Final Gather en mosaicos cuya cantidad puede ser regulada por la opción Divide Camera Path by Num. Segments. Luego se realizado este, la imagen se renderizará de forma normal.

Proceso de Renderizado en mosaico con el valor por defecto (9), mediante la opción Project FG Points From Positions Along Camera Path.

Ahora bien, los parámetros inferiores de Final Gather que podemos editar en FG Precision Presets son los siguientes:

El render anterior pero con Noise filtering en High.

Otro cambio que podemos hacer y que ayudará mucho a mejorar la calidad del render es ajustar la opción Image Precision (Antialiasing) al valor Min=1 y Max=16 o superior, ya que esto hará que los gránulos iniciales y el efecto “dientes de sierra” o aliasing de la imagen desaparezcan, aunque evidentemente esto aumentará significativamente el tiempo de render. Esta opción puede ser modificada en los parámetros de la imagen que se ubican debajo de la ventana de la imagen renderizada, tal como se muestra en la imagen siguiente:

O también lo podemos hacer en la persiana Render Setup >>> Renderer >>> Sampling Quality, donde modificaremos los valores de Minimun y Maximum:

Render de la escena con Shadow Samples de mr Sky Portal en 64 y Noise filtering en Standard. En este caso el valor de Image Precision es de Min 1/64, Max 1/4 (Draft) y FG Bounces (Diffuse Bounces) junto con multiplier de Photon Mapping (GI) en 2.

El render anterior pero con Shadow Samples de mr Sky Portal en 64 y Noise filtering en Standard. En este caso el valor de Image Precision es de Min 1, Max 16 (High) y FG Bounces (Diffuse Bounces) junto con multiplier de Photon Mapping (GI) en 2.

A pesar de lo relativamente sencillo de este tutorial, es bueno recordar que la iluminación de escenas requiere de muchísima práctica y sobre todo, realizar muchas pruebas de iluminación y renderizado, además que debemos tomar en cuenta la adecuada colocación de materiales en nuestra escena.

Render realizado con Image Precision (Antialiasing) en 1/16, FG Precision Presets en medium, con el valor de EV=11 y con el valor de multiplier de Photon Mapping (GI) en 1.

Render realizado con Image Precision (Antialiasing) en 1/16, FG Precision Presets en medium y con el valor de EV=11, pero se han cambiado los materiales de las pantallas de las lámparas y el apliqué por el preset Silver de Physical Material, a excepción del material del plafón y el apliqué.

El mismo render pero esta vez es de carácter nocturno, realizado con Image Precision (Antialiasing) en 1/16, FG Precision Presets en medium y con el valor de EV=5, y se ha ajustado la intensidad de la luz del apliqué.

Este es el fin de este tutorial.