Cuando hablamos de una escena con ilumina-ción tipo GI (Global Ilumination) lo que enrealidad tenemos es Iluminación Indirecta,esto es, el rebote de la luz entre lasdiferentes superficies y por consiguientela mezcla de colores entre ambas. Este efec-to es un tanto difícil de conseguir me-diante la iluminación de tipo tradicional(comparándolo con los nuevos métodos de GI)ya que debemos colocar luces de tipo Spot-light en las zonas donde queremos que se

produzca el rebote de luz. También se puede crear un “domo” de lucesque genere toda la GI, y para aumentar el realismo podemos atenuarlas.Si todo lo anterior resulta demasiado difícil, podemos utilizar unaluz de tipo Skylight y renderizar la escena con el plugin light trac-er, eso sí a costa de tiempo de render.

Con la aparición de una gran cantidad de avanzados motores de renderhablar de Iluminación Global ya dejó de ser un tema difícil, inclusoen algunos motores de render (como Mental Ray) sólo basta colocar unaluz de tipo Spot light, luego activar la iluminación global (GI) yobtenemos una escena realística, pero este tipo de iluminación tieneun precio caro y ese es el tiempo.

Ahora sólo nos asalta una duda, ¿Cómo en años pasados los animadores3D generaban GI? Ya que no existía la cantidad de motores de renderque hay ahora y su precio estaba fuera del alcance de cualquier bolsil-lo. La respuesta a este dilema es “pintar con luces”.

Ahora bien, la decisión de usar la GI automática o configurar un siste-ma propio de luces dependerá de cada uno, debemos poner en una balanzalas ventajas y desventajas de cada sistema, tal vez en una escena seamucho más rápido configurar un sistema de GI personalizado que uno au-tomático o puede que no. Sin embargo configurar un sistema personaliza-do de luces tiene grandes ventajas ya que se tiene un control absolutosobre la iluminación de la escena y puede brindar los mismos resulta-dos y en un menor tiempo de configuración que en los sistemas GI au-tomáticos.

TUTORIAL 08: ILUMINACIÓN GI

Los sistemas de GI básicos que podremos usar en 3DSMAX son lossiguientes:

1 – Crear un sistema personalizado de luces mediante un “domo” deluces Standard y luego aplicando un sistema llamado Sunlight para laluz solar (usando el motor de render que queramos).

2 – Creando un sistema llamado Sunlight e insertando en la escena unaluz llamada Skylight, para luego configurar el GI.

3 – Creando un sistema llamado Daylight y configurando el GI.

Para las alternativas 2 y 3 podremos configurar GI usando losiguiente:

– Aplicando los plugins Light Tracer (para escenas exteriores) o Ra-diosity (preferentemente para escenas interiores) en la persiana Ad-vanced Lightning, en el caso que ocupemos el motor de render DefaultScanline Render. Además debemos ajustar el control de exposición paramejorar el render. Este sistema funciona mejor con la alternativa 2.

– Configurando y aplicando Final Gather junto con GI en la persiana In-direct Ilumination, en el caso que usemos el motor de render MentalRay. Además debemos ajustar el control de exposición para mejorar elrender. Este sistema funciona mejor con la alternativa 3.

En este tutorial se irán viendo una a una estas 3 alternativas.

1- Creando un sistema personalizado de luces

Para crearlo, lo primero que haremos será colocar una luz de tipo Spot-light en el objeto a iluminar. La idea es que este apunte hacia el ob-jeto y su target esté centrado en el punto de origen:

Ahora copiaremos mediante la herramienta array (Tools >> Array) tenien-do en cuanta que el punto de pivote esté en Word y en la posición 0,0.Seleccionamos la luz y procedemos a ejecutar array.

En array nos aparecerá un cuadro donde deberemos colocar lossiguientes valores:

Rotate: debemos presionar la flecha de la derecha y colocar el valor360 en el eje Z, en type of object colocamos instance y en 1D coloca-mos el valor 10. Podemos ver una vista previa de las copias si presion-amos el botón preview:

Una vez que tengamos nuestras copias, presionamos ok para crearlas.

Ahora hemos creado una serie de 10 luces que apuntan directamente ha-cia la casa. Ahora procederemos a copiar las luces en la vista left(tomándolas todas y presionando y manteniendo el botón shift) y luegolas escalamos. La idea de esto es formar un “domo” de luces que envuel-van la casa, tal como se ve en la imagen:

Realizamos dos o tres copias más y volvemos a escalar para así comple-tar el domo. El mínimo de luces que necesitamos son 50 aunque lo ideales tener al menos, unas 150 para apreciar mejor el efecto.

Nota: no debemos olvidar que las luces siempre se deben copiar como in-stance, pues si las realizamos como copia (copy) no podremos modificar-las todas al mismo tiempo.

Si realizamos un render en este paso, notaremos que la casa está decolor banco y por ende la escena se “quema”:

Lo que debemos hacer ahora es configurar la intensidad de las luces yla atenuación de estas para así lograr el efecto. Seleccionamos una delas luces y procedemos a configurar la intensidad para bajarla (0,05)y lograr la iluminación adecuada de la casa:

Realizamos un render y el resultado es el de la imagen de arriba. Aho-ra mejoraremos la iluminación activando en las luces del domo la som-bra de tipo shadow map:

Render realizado con 50 luces con intensidad 0,05 y aplicandoles eltipo de sombra Shadow Map.

Ahora pondremos una luz extra (de tipo direct) que arrojará la sombrageneral del sol (también podremos colocar el sistema Sunlight). El re-sultado es el siguiente:

Ahora procedemos a ocultar las luces del domo y configuramos la luzque proyecta la sombra. Podremos mejorar el resultado aumentando elnúmero de luces en el domo, bajando la intensidad de estas y ajustandola intensidad de la luz que arroja la sombra del sol.

Sistema de luces creado en el ejemplo anterior (total: 50 luces).

Sistema creado con 150 luces. y una luz direct para el Sol. Abajo: elrender resultante de este sistema.

Podremos ajustar o mejorar el render mediante el panel Exposure Con-trol donde podremos elegir distintos tipos de control de exposición decámara. Exposure control se reseñará más abajo.

El render anterior ajustado mediante Logarithmic Exposure Control.

2- Creando un sistema automático de luces

En este caso crearemos un sistema automático mediante la luz de tipoSkylight y una luz de tipo directa, o en su reemplazo el sistema Sun-light. Para crearlo, lo primero que haremos será abrir la escena llama-da tutorial08.max y allí colocar una luz de tipo Direct (o insertar elsistema Sunlight) ya que esta será la que arroje sombras. Ahora debere-mos crear una luz de tipo Skylight que se encuentra en el panel de lasluces standard. Bastará colocar sólo una luz, ya que esta representael “domo” de luces y por ende puede ir en cualquier parte de la esce-na:

Si realizamos un render el resultado será el siguiente:

Como

vemos en la imagen, la iluminación se ve sobreex-puesta ya que para que funcione el GI debemos ha-bilitar el plugin llamado Light Tracer, el cualse encuentra en la persiana Advanced Lightningdel cuadro Render Setup.

Al llegar al cuadro Render Setup, en la persiana Advanced Lightningdebemos habilitar el plugin Light Tracer. Es importante que esté acti-vada la casilla Active, de otra forma el plugin no funcionará. Tambiéncambiaremos el valor de bounces de 0 a 1, esto hará más notorio el re-bote de luz y por ello más claro el GI en el momento del render. El re-sultado es el siguiente:

El resultado es el de la imagen de arriba. Si el render se demora mu-cho, podremos reducir la cantidad de Ray/sample (cantidad de rayos)que viene por defecto (250) aunque esto implicará una pérdida de cali-dad en la imagen:

Render realizado con Ray/sample en 50.

Render realizado con Ray/sample en 20.

Render realizado con Ray/sample en 5.

Por el contrario, si aumentamos la cantidad de rayos ganaremos mayorcalidad aunque evidentemente, tendremos un largo tiempo de render:

Render realizado con Ray/sample en 500.

Podremos ajustar o mejorar el render mediante el panel Exposure Con-trol donde podremos elegir distintos tipos de control de exposición decámara. Exposure control se reseñará más abajo.

El render anterior ajustado mediante Logarithmic Exposure Control.

2a- Radiosidad o Radiosity

Radiosidad es una forma de iluminación indirecta en la cual la luz estransmitida entre las superficies por la reflexión difusa del color dela superficie. Este tipo de iluminación se obtiene mediante el rebotede la luz entre las superficies. Mientras más rebote haya, mucho másprecisa será la solución de radiosidad la cual sólo está limitada porla cantidad de RAM que posea nuestra PC, ya que mientras más RAM tenga-mos mucho menos se demorarán los cálculos. Una vez calculada la ra-diosidad esta almacena información de sombreado en cada vértice de losobjetos que estén en la escena, esto implica que la calidad de la ra-diosidad va a depender de la cantidad de vértices que contengan los ob-jetos de la escena. Lo anterior puede considerarse una desventaja yaque mientras más compleja sea una escena, mucho más se va a prolongarel tiempo de cálculo.

Cuando modelamos una escena en la cual vamos a utilizar luces fo-tométricas debemos tener el cuidado de modelar bien y de hacerlo a es-cala, ya que un mal modelado podría provocar fugas de luz y las dimen-siones erróneas de los objetos causaría que la escena se renderizarásobreexpuesta o con muy baja exposición.

En 3DSMAX hay dos formas de utilizar Radiosidad:

– La primera es utilizar luces fotométricas o de tipo Photometric, lascuales son muy utilizadas en iluminación de interiores para arquitectu-ra. Esta es ideal para iluminar espacios interiores o utilizar GI delmotor de render Mental Ray. Estas luces son reseñadas en estetutorial.

– La segunda consiste en utilizar un sistema de iluminación que se lla-ma Daylight, el cual es generalmente usado para iluminación de exteri-ores. Con este sistema podemos separar los dos componentes de la luzexterior que son sol y cielo (Sun and Sky).

2b- Generando radiosidad para interiores

Este sistema utiliza el motor de Render por defecto de 3DSMAX llamadoDefault Scanline Render. Este sistema es ideal para configurar espa-cios interiores ya que Radiosity calculará el rebote de luz según lasuperficie y la cantidad de malla que posea nuestro modelo. Lo primeroque haremos será modelar o definir una escena de interiores, o abrirla escena llamada tutorial08b.max que se incluye al final del artícu-lo. Debemos modelar este espacio en unidades métricas y utilizando me-didas reales para hacer más real la iluminación y para que el cálculode las superficies sea más preciso. en esta escena aplicaremos 4 lucesfotométricas (también funciona con luces standard) y luego realizare-mos un render para ver la escena. Si colocamos luces fotométricas, cam-biamos la distribución a Photometric web. El resultado del render nor-mal es el de abajo:

Ahora debemos configurar la radiosidad para activar la iluminación in-directa o GI. Antes de ello nos conviene ir al panel Exposure Control(imagen de abajo, se encuentra en la misma persiana que environment)el cual nos permite definir el control de exposición de la imagen deforma similar al de una cámara real:

Allí tendremos las diversas opciones de control de exposición y selec-cionamos Logarithmic Exposure Control, ya que es la más precisa. Pre-sionando el botón Render Preview podremos ver un pequeño render antes

del rendereado definitivo. Además podremos controlar sus parámetros co-mo brillo (Brightness), contraste (Contrast), Tonos medios (Mid Tones)y Escala Física (Physical Scale). Si estamos realizando una escena deexteriores deberemos activar de forma obligada la opción Exterior day-light.

Para calcular la radiosidad nos vamos al cuadro Render Setup, elegimosla opción Advanced Lightning y esta vez elegiremos el pluginRadiosity. Presionaremos el botón Start para iniciar el cálculo de ra-diosidad y nos aseguramos estar en la vista en la que queramos re-alizarla:

Cuando este termine, notaremos que se habrán formado los polígonos ylíneas de vértices de la radiosidad. Ahora simplemente realizamos unrender para ver la escena. Si queremos eliminar el cálculo y volver arealizarlo, presionamos el botón Reset All. El resultado al realizar

el render es el siguiente:

La principal desventaja del sistema de radiosidad es que se puede ocu-par sólo para renders estáticos, puesto que usarlo en animación impli-caría calcular la radiosidad de cada cuadro y luego renderizarlo.

2c- Generando radiosidad para exteriores

Al iluminar una escena de exteriores tenemos varias opciones: lasclásicas luces estándar o utilizar el sistema de iluminación diurna de3DSMAX llamado DayLight. La gran ventaja de este sistema es que nospermite simular soluciones bastante precisas de iluminación y ademáspodemos escoger horas, días, meses, años y hasta la zona horaria.

Daylight posee varias opciones: podemos utilizar las luces IES sun yIES sky que son las más precisas a la hora de representar la luz delcielo y la luz solar o utilizar la configuración que trae por defectoen la cual se utiliza una luz direccional mas una luz skylight que esmenos precisa pero más rápida a la hora del cálculo.

Si no disponemos de suficiente tiempo para hacer un estudio de sombrasy asoleo (que es generalmente para lo que se utiliza este sistema) pre-ciso, podemos utilizar la luz de tipo Sunlight que tiene las mismas op-ciones de huso horario que Daylight, pero este tipo de luz no hace elcálculo de rebote de luz ya que es una luz de tipo directa, lo cualacelera bastante él render.

Para generar radiosidad exterior lo primero que haremos será modelar odefinir una escena de exterior (la escena tutorial08c.max de este tuto-rial). Debemos modelar este espacio en unidades métricas y utilizandomedidas reales para hacer más real la iluminación.

Ahora iremos al panel crear y presionaremos el último ícono llamadoSystems (el de los engranajes) el cual es el de sistemas (systems). Alhacerlo nos mostrará varios tipos de sistemas y entre ellos estaránlas opciones Sunlight y Daylight. Elegiremos Daylight e insertaremosla luz en la vista top, de tal forma de definir primero la estrella depuntos cardinales y luego la posición de la luz.

Al estar en el motor de Render Default Scanline e insertar el sistemaDaylight se nos recomendará asignar como control de exposición a la op-ción Logarithmic Exposure control y activando la opción Exterior Day-light.

Al estar en el motor de Render Mental Ray e insertar el sistema Day-light se nos recomendará asignar como control de exposición a la op-

ción Mr Photographic Exposure control y colocar el Exposure Value (EV)en 15. Esta opción realzará de mejor forma la iluminación exterior quela tradicional Logarithmic (aunque no hay problema de utilizarcualquiera de los dos).

Notaremos que no podremos mover la luz, en lugar deello tendremos que definir el huso horario así comoel lugar, día y hora. Ahora iremos al panel de motion(la rueda) y una vez allí podremos configurar losparámetros ya que nos aparece el cuadro de la imagenizquierda. Con el botón Get Location podremos elegirel lugar físico donde posicionaremos el objeto (inclu-so podemos elegir Santiago de Chile) o podre-mos definir sus parámetros como latitud o longitud.

En la opción Orbital Scale podremos definir la altura en la que estáposicionada la luz respecto al suelo. Para nuestro caso elegimos Santi-ago y movemos el huso horario de tal modo que la luz nos quede como laimagen del lado (28/03 a las 13:00 hrs.). En la opción North Directionpodremos mover o girar la brújula para adaptar la posición del Norte ala de nuestro modelo.

Si realizamos un render sin colocar opción alguna en Exposure Control,el resultado es el de la imagen de abajo:

Lo que haremos ahora para mejorarlo, será ir al control de exposicióny activar el control de tipo logarithmic. Como esta escena es exteriordeberemos marcar también la opción Exterior Daylight. Si tuviéramosuna escena exterior pero la vista está desde el interior del edificio,podemos utilizar también la opción Automatic Exposure Control. Ahoranos vamos a la radiosidad (Radiosity) y procedemos a iniciar el cálcu-lo, realizamos un render para ver el resultado final:

Nota: La intensidad de luz en un cielo claro es aproximadamente de un-os 90.000 lux

Si seleccionamos la luz de Daylight y vamos al panel modificar, podre-mos elegir entre alternativas de luz del sol y luz de día además de laluz standard. Tenemos por ejemplo, IES Sun junto con IES Sky. Si loselegimos y realizamos el render este es el resultado:

También podremos elegir MR Sun y MR Sky los cuales producen diferentesresultados según el motor de render que se utilice. MR Sun y MR Sky seutilizan junto al motor de render llamado Mental Ray. Si los elegimosy realizamos un render, el resultado es el siguiente:

Si elegimos la opción Mr Sky, el programa nos preguntará si queremosasignar un cielo. Si aceptamos se creará el cielo junto al horizonterespectivo (mapa Mr Physical Sky), el cual se utilizará como base parael render.

Si queremos experimentar con el sistema de Sunlight, es igual que Day-light pero sólo coloca una luz direccional para realizar el estudio deasoleo.

En el caso del sistema Sunlight, podremos modificar la intensidad dela luz y los parámetros de sombras de la misma manera como lo hacemoscon cualquier tipo de luz direccional standard. Un render con el siste-ma Sunlight es similar a la imagen de abajo:

3- Generando GI con Mental Ray

Mental Ray es un motor de render con el cual podemos conseguir simula-ciones con base física de los efectos de la luz. Este motor de renderacepta varias técnicas de GI como Photon map (mapa de fotones), cáusti-cas y Trace depth. En Mental Ray podremos usar tanto el sistema deluces Standard como el sistema Daylight (este último es el recomenda-do) y cualquiera de los dos tipos de control de exposición disponi-bles: Logarithmic y Mr Photographic.

Si comparamos el motor de render que trae por defecto 3DSMAX (Scan-line) con mental ray, nos daremos cuenta de que este motor de rendertiene muchas más ventajas como son los efectos cáusticos o la ilumina-ción indirecta a partir de la técnica de photon map, que en el renderde Scanline son mucho más difíciles de conseguir. Además Mental Raytrae su propia librería de materiales/mapas y si deseamos utilizar nue-stros clásicos materiales lo podremos hacer, además que tenemos a nues-tra disposición una persiana con la cual podemos utilizar los shadersde mental ray. Si bien las ventajas de este motor de render son bas-tante grandes estas tienen un precio y ese es el tiempo de renderiza-

do.

Para utilizar Mental Ray debemosescogerlo en la persiana Common deRender Setup. Allí buscaremos la per-siana Assign Renderer. Veremos queen production está la opción por de-fecto (Scanline Renderer). Presionamos el botón del lado y cuando nosaparezca el cuadro elegiremos Mental Ray Renderer. Con esto cargamosel motor de render y cambiará un poco de aspecto el cuadro de RenderSetup.

Para generar el GI, nos iremos al ejemplo de la casa del primer ejerci-cio (tutorial08.max). Una vez que hemos abierto el archivo, procedere-mos a cambiar el motor de render a mental ray y dejaremos sólo la luzque hemos utilizado para generar la sombra. El multiplicador de la luzdirecta lo dejaremos en el valor 2.

En Mental Ray, el GI se logra con una técnica llamada Photon Map quetiene ciertas ventajas sobre la radiosidad, ya que esta técnica de GIno depende de la cantidad de malla y tampoco necesita generar una“solución previa” al render.

Para activarlo iremos a la persiana Indirect Ilumination del cuadroRender Setup, ubicamos la persiana Global Ilumination y activamos laopción Enable, esto activará el GI.

También nos aseguraremos de activar la opción Final Gather que está el

principio de la persiana. Con Final Gather activado, mental ray generaun paso más de photon map y con esto se mejora notablemente la ilumina-ción global de la escena. Eso sí, aumenta el tiempo de render. En FGPrecision Presets podremos controlar la calidad del render y por defec-to está activada la opción Draft, si lo movemos aumentaremos la cali-dad de la imagen pero el tiempo de render será considerablemente máslargo.

En el caso de los valores de GI, si desactivamos Final gather podremosver y controlar la cantidad de fotones en la escena. Mientras estos es-tén más juntos, se mezclarán de mejor manera y por ello podremos tenerun render más realista. En la imagen de abajo hemos definido la canti-dad de fotones por muestra (Maximum Num. Photons per Sample) en 10 ysu radio máximo de muestra (Maximun Sampling radius) en 0.1, y vemosque la cantidad de fotones es insuficiente para el render:

Por el contrario, el render de la imagen siguiente tiene 500 fotones yno está activado el radio, por lo tanto es el más adecuado para nues-tra escena:

Render realizado con GI y Final Gather, sin incluir el mapa PhysicalSky.

Render realizado con Mr Photographic exposure control y valor deEV=15. En este caso se incluye en el fondo el mapa Physical Sky.

Si aplicamos GI mediante Mental Ray en el archivo de las columnas usan-do el sistema Daylight, los resultados son los siguientes:

Render realizado con GI de Mental Ray, con control de Exposición en MrPhotographic, EV de 15 y una imagen de cielo de fondo (Mr Sun y MrSky).

Render realizado con GI de Mental Ray, con control de Exposición en Lo-garithmic, Exterior Daylight activado y una imagen de cielo de fondo(Mr Sun y Mr Sky).

Render realizado con GI de Mental Ray, con control de Exposición en MrPhotographic, EV de 15 y el cielo Mr Physical Sky (Mr Sun y Mr Sky).En este caso se ha aumentado la intensidad de la luz de Daylight a 3.

3b- Generando efectos cáusticos con Mental Ray

El efecto cáustico se produce cuando la luz que se proyecta en los ob-jetos se refleja o refracta a través de otro objeto. Este efecto quees muy común en objetos refractivos como el agua o el vidrio en loscuales se pueden apreciar pequeños destellos en las sombras de los ob-jetos.

En Mental Ray este tipo de efecto es bastante fácil de conseguir yaque sólo debemos asegurarnos que en las propiedades del objeto estémarcada la opción generar cáusticas, después nos asegurarnos de mane-jar correctamente las luces y las propiedades de la persiana IndirectIllumination.

Para generarlo, crearemos una escena(una tetera y una esfera) que esténsobre un plano. Aplicaremos a ambasun material de tipo Raytrace(copiaremos el color diffuse enTransparency) o crearemos un mate-rial que tenga este mapa en el canalde refraction (y Reflection). Ahoracrearemos una luz de tipo omni queilumine ambos objetos y que proyecte sombras de tipo Raytrace. Lo queharemos ahora es ir a las propiedades de cada objeto (seleccionando elobjeto y clickeando con el botón secundario para luego seleccionar laopción object properties) y en la persiana mental ray activaremos laopción generate caustics. Esto debemos hacerlo en la tetera y en la es-fera, o todos los objetos en los que queremos que se generen las cáus-ticas. Incluso debemos realizarlo en la luz para que resulte el efec-to.

Una

vez hecho esto, nos vamos a renderSetup y en la persiana Indirect Ilu-mination buscamos Caustics and Global Ilumination, allí activamos laopción Enable Caustics. Además activaremos Final Gather y Enable GI.

Realizamos un render para ver el resultado final. Si no se ve clara-mente el efecto, podemos aumentar el valor de multiply de las cáusti-cas. Si se ven manchones o fotones en la escena, podemos resolver estoaumentando los valores de Fotones cáusticos y de GI en la opción lightproperties.

Este es el resultado del render final con el efecto de cáusticas, conel multiplicador de ellas en valor 5:

Bibliografía utilizada:

– Tutorial GI Standard y Mental Ray del profesor Sebastián HuenchualH., Carrera Animación Digital 3D, Instituto DGM.

– 3DSMAX User Guide reference.

– Manuales USERS 3DSMAX por Daniel Venditti. Ediciones MP, BuenosAires, Argentina.

Descargar Tutorial (PDF) y Archivos Base (MAX 2013):