3DSMAX: Material Physical, parte 1 (introducción y Presets)

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.}

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

El Material Physical

Material Physical es un material el cual utiliza un modelo de sombreado que incluye los efectos de sombreado más acordes para representar los materiales del mundo real, al tiempo que mantiene un equilibrio entre la facilidad de uso y un diseño intuitivo y lógico. Como su nombre lo indica, este es un material que se basa en capas o “layers”, que además posee controles centrados en flujos de trabajo basados en la física real. Es el material por defecto en las versiones modernas de 3DSMAX y, además, es compatible con el motor por defecto ART Renderer. Si bien este material puede utilizarse con Scanline Renderer, este no es adecuado ya que este motor de render solamente representa el material y por ello, carece de los efectos de sombreado más elaborados que sí posee el motor ART Renderer.

El material Physical incluye:

  • Un layer base el cual posee el color difuso o Diffuse, con una reflexión dieléctrica impulsada por Fresnel o mediante reflejos metálicos coloreados.
  • Un layer de transparencia o Transparency.
  • Dispersión bajo la superficie o Sub-Surface Scattering/translucidez, o también denominado Translucency.
  • Un layer de emisión o autoiluminación.
  • Un layer transparente en la parte superior de este.

Para estudiar a fondo este material, primeramente debemos aprender algunos conceptos básicos como por ejemplo, la conservación de la energía. En el caso del material Physical, la “conservación de la energía” se define como una superposición de los diferentes efectos de sombreado. Por esto mismo, el material conserva la energía ya que asegura que la luz no se amplifique. La suma de los diversos componentes de sombreado nunca puede ser superior al 100%, lo que garantiza que la energía de la luz sólo se dispersa o absorbe, no se crea. La excepción a esto es el layer de emisión o autoiluminación, el cual agrega energía extra al material.

Nota: la conservación de la energía funciona estrictamente en los parámetros de peso o “Weight” del material y por ello, los parámetros de color del material se ignoran.

Por todo lo anteriormente expuesto, debemos tener en cuenta lo siguiente:

  • La Dispersión Sub-superficial o Sub-Surface Scattering (SSS) toma energía de la Difusión o Diffuse. Por esto mismo, si el peso (Weight) de Sub-Surface Scattering es 1.0, no hay Difusión.
  • La transparencia o Transparency toma el peso de Diffuse y de Sub-Surface Scattering. Si el peso de Transparency es 1.0, no hay Diffuse o Sub-Surface Scattering.
  • Las reflexiones (Reflections) toman el peso (Weight) de todas las demás capas.
  • Cuando la opción Metalness toma el valor 0, el peso o Weight de Reflections toma en cuenta la dependencia angular la cual se encuentra en la persiana Advanced Reflectance Parameters (efecto Fresnel, el cual puede estar basado en el IOR -Índice de Refracción- o bien, en el manejo de los valores de la curva personalizada o Custom Curve). Incluso si el peso o Weight de la reflexión es 1.0, la reflectividad real es menor debido a la curva de Fresnel. La energía se toma desde Transparency/Diffuse/Sub-Surface Scattering sólo en relación con la cantidad definida por los valores de la curva.
  • Cuando la opción Metalness toma el valor 1, Physical Material se considera opaco. Por esto mismo, no tiene efectos de Diffuse/Transparency/Sub-Surface Scattering.
  • El layer transparente se encuentra encima de todas las demás capas, reduciendo la energía en función de cuánto refleja y el color de transparencia del recubrimiento.
  • El layer de emisión (autoiluminación) es estrictamente aditivo y agrega energía luminosa de manera independiente. Por ello, no participa en la conservación de energía.

Una vez vistos sus principios básicos, ya estamos en condiciones de experimentar con el material. Para ello, podemos utilizar el archivo base que se incluye en este apunte, y al abrirlo nos encontramos con la siguiente escena:

Esta representa un tablero y algunas piezas de ajedrez (reina, alfil y dos peones) que gracias a sus formas curvas, nos servirán como un buen ejemplo para ir probando y ejercitando los diferentes parámetros del material y apreciar los diferentes efectos en el render. Volviendo al material en sí, podemos acceder de manera fácil a Physical Material ya que este se encuentra de manera predeterminada en las versiones modernas de 3DSMAX, puesto que está pensado para ser utilizado preferentemente con el motor ART Renderer, el cual también viene por defecto. Por ello, en el editor de materiales Compact, podremos acceder al material seleccionando cualquier Slot ya que este posee por defecto varias muestras del material:

En este caso contamos con varios ejemplos interesantes de materiales ya configurados como plásticos, cerámicas o Car Paint (pintura metalizada). Ahora bien, si estamos en el editor de materiales Slate, obtener el material será bastante sencillo ya que bastará con ubicar la persiana llamada General y luego arrastrar el material Physical a la View1:

Una vez que hemos seleccionado y cargado el material en el Slot o en la View1, en los parámetros de edición de este podemos ver el logo de Physical Material y además tendremos las propiedades del material Physical, las cuales están en una distribución diferente respecto a los del material de tipo Standard. Al igual que en el caso del material Arch & Design, Physical Material comparte parámetros en común con este como los templates o materiales predefinidos aunque en este caso, tenemos más configuraciones disponibles y además, estos templates ahora se denominan Presets.

Presets de Physical Material

Los Presets de los que disponemos en Physical Material son los siguientes:

Categoría Finishes

  • Glossy Paint: genera un material de pintura con un acabado brillante. Podemos establecer el color de esta en la ranura llamada Color Base.

  • Satin Paint: genera un material de pintura con un acabado satinado. Podemos establecer el color de esta en la ranura llamada Color Base.

  • Matte Paint: genera un material de pintura con un acabado mate u opaco. Podemos establecer el color de esta en la ranura llamada Color Base.

  • Varnished Paint: genera un material de pintura con un efecto de barnizado. Podemos establecer el color de esta en la ranura llamada Color Base.

Categoría Non-metallic materials

  • Satin Varnished Wood: es la madera barnizada y satinada. El satinado se define como un tratamiento específico para lograr superficies tersas y brillantes o también se puede definir como un acabado intermedio entre opaco y brillante. Este tipo de acabado favorece la iluminación ambiental haciendo los espacios agradables a la vista. En este caso, el preset incorpora su propia textura de madera.

  • Glossy Varnished Wood: es la madera barnizada y brillante. Este preset emula perfectamente una superficie de madera con brillo, junto con rugosidad media en los reflejos. En este caso, el preset incorpora su propia textura de madera.

  • Rough Concrete: corresponde al concreto cepillado o en bruto, el cual le da un aspecto muy rugoso. Al igual que en el caso anterior, este preset incorpora sus propios mapas de imagen para simular el relieve del hormigón.

  • Polished Concrete: corresponde al hormigón pulido y por ello posee una superficie brillante, y se utiliza preferentemente para emular pisos y estacionamientos, además de proyectos de tipo industrial. En este caso, el preset incorpora su propia textura de hormigón.

  • Polished Granite: corresponde al granito pulido y por ello posee una superficie brillante, y se usa preferentemente en mesas y encimeras. En este caso, el preset incorpora su propia textura de granito.

  • Glazed Ceramic: corresponde a la cerámica brillante o vidriada y es perfecta para emular de forma convincente los pisos, revestimientos y adornos de decoración.

  • Glossy Plastic: corresponde al plástico brillante, y es perfecto para emular elementos de decoración y artefactos de cocina.

  • Matte Plastic: es un plástico pero con mucho menos brillo que en el caso de Glossy Plastic, y se utiliza para definir la mayoría de los objetos que están hechos de este material.

  • Masonry: corresponde a la albañilería mediante bloques de ladrillo. En este caso, este preset trae sus propias texturas que nos permiten emular los ladrillos de forma más o menos convincente, ya que además de la textura propia de Base Color incorpora relieve o Bump.

  • Rubber: corresponde al material de caucho, y es utilizado preferentemente utilizado para emular elementos como neumáticos o gomas.

Categoría Transparent Materials

  • Glass (Thin Geometry): corresponde al vidrio pero en este caso sólo tomará en cuenta las dos dimensiones principales y no el espesor del vidrio, por lo tanto se recomienda colocar este template solamente en elementos planos o bidimensionales como marcos. Este tipo de cristal no genera Refracción.

  • Glass (Solid Geometry): corresponde al vidrio emulado de forma realista ya que a diferencia del anterior este sí toma en cuenta el espesor o grosor, por lo tanto es perfecto para emular elementos de cristal como ventanas u adornos.

  • Frosted Glass (Physical): corresponde al cristal esmerilado o escarchado, que emula el cristal al ácido. Este difumina y dispersa la luz dentro del objeto.

Categoría Metals

  • Brushed Metal: corresponde al metal pulido el cual es básicamente un cromado pero con reflexiones borrosas. Es útil para la mayoría de las superficies metálicas.

  • Polished Aluminum: genera una superficie de aluminio con un acabado pulido.

  • Matte Aluminum: genera una superficie de aluminio con un acabado de tipo mate.

  • Polished Copper: este material emula el cobre pulido, el cual posee un acabado sumamente liso que se asemeja al oro.

  • Copper: este preset emula el cobre normal.

  • Stained Copper: en este caso se emula el cobre teñido o manchado, el cual cuenta con diferentes rugosidades.

  • Old Copper: este preset emula el cobre viejo y muy sucio.

  • Patterned Copper: es el cobre normal pero en este caso se agrega un patrón o trama, y es un poco más oscuro que Copper aunque se añade algo más de brillo, especularidad y sombreado de reflexión.

  • Silver: este preset emula la plata normal.

  • Satin Silver: este preset emula la plata pero con un acabado satinado.

  • Sandblaster Silver: este preset emula la plata pero con un pulido de tipo arenado o mediante “chorro de arena”.

  • Polished Gold: este material emula el oro pulido, el cual posee un acabado sumamente liso.

  • Gold: este preset emula el oro normal.

  • Satin Gold: este preset emula el oro pero con un acabado satinado.

  • Matte Gold: este preset emula el oro pero con un acabado mate.

Categoría Special

  • Red Sports Car Paint: este preset emula de forma bastante realista la pintura metalizada de un automóvil deportivo rojo.

  • Candle Wax: este preset emula de forma bastante convincente la cera de una vela mediante el método Sub-Surface Scattering o SSS. Podemos ajustar la profundidad de este para adaptarlo a la escala de la escena.

  • Hot Dog with Ketchup: un curioso preset que demuestra el uso de una capa transparente de color para simular el “ketchup” en un perro caliente o hot dog.

  • Hot Dog Bun: este material emula el “bollo” o pan, para justamente “completar” el hot dog. Este preset utiliza la capa transparente de manera similar a Hot Dog with Ketchup.

En la segunda parte de este apunte, estudiaremos los parámetros básicos del material Physical, las reflexiones y transparencias. Puede ir al mismo mediante este enlace.

Bibliografía utilizada:

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

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