Uno de los principales objetivos de un diseñador - animador es emular el mundo real pero dentro de un mundo virtual 3D. Para poder lograr hacer esto. primero debemos comprender como la luz interactúa con los objetos que nos rodean. Debemos observar detenidamente los resaltes, colores, reflexiones de todas las cosas que estén en nuestro entorno y también fotografiar o escanear superficies de objetos para que después nos puedan servir de referencia o como una textura. Por ello, generar escenas de carácter fotorrealista dependerá más de cómo configuremos las luces y los materiales que de cómo modelemos los objetos. Una buena iluminación y texturas pueden mejorar enormemente un modelo mediocre y por el contrario, una pobre iluminación y texturas pueden arruinar por completo un excelente modelo.
En el mundo del 3D hay varias de técnicas de iluminación realística que varían dependiendo del programa que utilicemos, pero las principales son: Radiosity (radiosidad), Caustic (cáusticas), Photon map (mapa de fotones), LightTtracer (trazador de luz) y HDRI (High Dynamic Range Image). Todas estas caen dentro de una categoría general llamada Iluminación Indirecta, generalmente llamada GI o Global Ilumination. Todas estas técnicas dependerán del motor de render que usemos ya que por ejemplo, en 3DSMAX tenemos por defecto de un motor de render llamado escaneo de líneas o ”scanline” (Scanline Renderer) el cual podemos utilizar para generar GI mediante las técnicas de Radiosity y de Light Tracer. Alternativamente, tenemos el motor de render denominado Mental Ray con el cual podemos utilizar efectos cáusticos, mapeo de fotones y una gran variedad de efectos, ya que este motor de render cuenta con su propia librería de materiales shaders y mapas procedurales.
En este tutorial veremos conceptos generales sobre los materiales de 3DSMAX, su editor de materiales y particularmente el Material Standard ya que este nos permitirá, gracias a sus parámetros, crear una gran variedad de materiales que incluso podremos utilizar en otros motores de render.
Al igual que en el caso de AutoCAD, en 3DSMAX también disponemos de los llamados materiales. ¿Qué es un material específicamente? Pues bien, un material es un conjunto de comandos y propiedades específicas que nos sirven para emular los efectos propios de los materiales presentes en la realidad y aplicarlos en nuestros modelos 3D. En general, los materiales reales poseen las siguientes propiedades físicas que pueden ser representadas de forma visual en un modelo 3D:
– Color.
– Textura.
– Rugosidad.
– Transparencia.
– Reflexión.
– Refracción.
– Relieve.
– Auto Iluminación.
– Desplazamiento de malla.
Aunque entender estas propiedades es relativamente fácil, en el proceso de materialización de elementos 3D se requiere de muchos ensayos y muchas horas de práctica para lograr aplicar de forma correcta los materiales, luces y efectos y así lograr resultados satisfactorios, convincentes y realistas. Por ejemplo, si queremos asignar un material de vidrio a una primitiva 3D redonda como un cilindro, debemos tomar en cuenta que este material tiene ciertas propiedades visuales que deberán ser agregadas como por ejemplo su transparencia, para así lograr un buen efecto y tambipen debemos considerar la forma 3D a la que lo estamos aplicando, ya que no es lo mismo aplicar el material en un cubo o una esfera. Así como la transparencia, los materiales en 3DSMAX tienen muchas otras propiedades que nos permiten emular de la mejor forma posible un material de la realidad en la viewport de 3DSMAX y en el renderizado final, que es el que finalmente nos interesa. Por ejemplo, en materiales porosos frecuentemente tendremos un mapa llamado Textura el cual es una imagen que “representa” de forma correcta la apariencia visual básica de ese material. Un ejemplo de una textura de material poroso sería el siguiente:
A menudo, estos materiales poseen otra textura en escala de grises que emulará de forma más o menos convincente el relieve del material real. Ejemplos de materiales porosos serían el ladrillo, la piedra, la madera, el hormigón y el asfalto. También tenemos materiales metálicos los cuales pueden tener una textura o no, ya que lo que importa de estos materiales es el “brillo” del metal (aunque también puede ser opaco) y a menudo se resuelven mediante un color base, un ajuste de brillo, reflexión (en ciertos casos) y en algunos casos, una textura de relieve. Ejemplos de materiales metálicos serían el oro, la plata, el acero, el aluminio y el bronce. Finalmente, tenemos materiales diversos que pueden ser de tipo traslúcido (como el vidrio) en los cuales tenemos efectos de reflexión o refracción además de los ajustes de la opacidad (o sea, qué tan transparente es o no) o que pueden ser mezclas entre los materiales porosos, metálicos y/o traslúcidos.
Por razones obvias, otras propiedades físicas de los materiales como rigidez, resistencia, densidad, maleabilidad y flexibilidad no pueden ser representados en un modelo 3D, ya que estos por definición son elementos de visualización y por ello, las propiedades de los materiales reales que representaremos SIEMPRE serán de tipo visual. Todos estos tipos de materiales pueden ser creados en 3DSMAX o en algunos casos, ya vienen establecidos por defecto.
Materiales y Mapas
Un material contiene información sobre como reaccionará el objeto ante la luz.
Podemos definir diversos aspectos, algunos que veremos son:
Color difuso: el color nativo del objeto.
Opacidad: controla la transparencia.
Relieve: Permite simular irregularidades en la superficie.
Reflexión: podemos definir superficies que reflejen.
Refracción: desviación de los rayos de luz al atravesar un objeto.
Cada uno de estos valores puede controlarse de dos modos:Linealmente: con un número, o un color uniforme para todo el objeto. Ej: el objeto es todo rojo, el objeto es todo 50% transparente.
Con un mapa: Los mapas, permiten dar información compleja, asignando distintos valores a cada parte del objeto. EJ: una textura basada en una fotografía, o un degradado de color.
Tipos de Material
Existen distintos tipos de materiales, con propósitos específicos. En esta etapa inicial, abordaremos los siguientes.
Standard: materiales básicos del programa.
RayTrace: materiales con trazado de rayos. Útiles para reflexiones y refracciones.
MultiSubObjeto: Se usa para un objeto que tenga más de un materiales.
Tipos de Mapa
Existen muchos tipos de mapa, pero básicamente podemos separarlos en dos grupos.
BitMap: la información proviene de una imagen en mapa de bits, por ej una fotografía.
Puede estar en cualquier formato aceptado (.jpg, png, psd, tiff). Tambien puede ser animada (.avi, .mpg)
Paramétricos: la información se genera a través de un procedimiento matemático basado en parámetros. Algunos de los que veremos.
Noise: Ruido. Genera mezclas al azar, util para mapas orgánicos.
Gradient Ramp: transiciones de un color a otro ( o de un mapa a otro)
Tiles: genera patrones geométricos al estilo baldosas o ladrillos.
Blend: mezcla, permite mezclar dos mapas mediante una máscara.
Editor de Materiales
La ventana del Editor de Materiales, es donde crearemos materiales nuevos, modificaremos sus elementos e interactuaremos con al escena.
Podemos activarlo presionando el ícono del editor de materiales o directamente con la letra M. Lo primero que veremos es una serie de Slots o esferas (las cuales van desde 6 a 24) las cuales servirán para alojar nuestros materiales. En cada una de ellas crearemos un material que podremos aplicar a cada objeto u escena en particular. Cuando tenemos un objeto seleccionado, automáticamente se activarán los botones get material y assign material to selection. Get material nos permite obtener el material que queramos. Para asignar el material al objeto basta arrastrar la esfera hacia el objeto seleccionado, o presionar el botón assign material to selection. Aquí podemos colocar un nombre a nuestro material, además de la herramienta gotario que nos permite capturar el material de otro objeto y colocarlo en el slot. A su lado derecho contamos con el botón standard. Si lo presionamos, podremos elegir entre varios tipos de materiales, ya sea para agregar efectos u otras características según necesitemos.
SOMBREADORES
En el editor de materiales notaremos que existe una persiana llamada Shader Basic Parameters donde podremos elegir el tipo de shader o sombreador que queremos para el material.
En un material de 3DSMAX, un shader es lo que determina cómo se comporta un objeto ante la luz y por ello gestiona los tipos de sombreado en la superficie de este. Los shaders disponibles en 3DSMAX son los siguientes:
Anisotropic: El shader Anisotropic crea superficies con resaltes de tipo elíptico. Estos resaltes son útiles para objetos como pelo, vidrio tipo cristal o brushed metal (metal cepillado).
Blinn: Es el shader que aparece por defecto en el material standard. Blinn crea superficies uniformes con algo de brillo, y es un sombreador de uso general.
Metal: El shader metal nos permite crear superficies metálicas con aspecto real, así como una variedad de materiales de aspecto orgánico.
Multi-Layer: Es similar al Shader Anisotropic pero tiene dos controles para los resaltes especulares. Los resaltes están organizados en capas o layers, lo que permite crear resaltes complejos idóneos para superficies muy pulidas o para efectos especiales específicos.
Oren-Nayar-Blinn: Es una variante del sombreador standard Blinn. Contiene controles de “difusa avanzada” adicionales, Nivel difuso y Aspereza, que permiten aplicar un efecto mate al material. Este sombreador resulta idóneo para superficies mates como tejido, terracota, piel, etc.
Phong: Este shader suaviza las aristas entre las caras y renderiza con realismo los resaltes en superficies brillantes normales. El shader Phong puede renderizar con precisión mapas de relieve, opacidad, brillo, reflexión y especulares, además de tener en común los mismos parámetros básicos que tiene el shader blinn.
Strauss: Sirve para sombrear superficies metálicas. Utiliza un modelo más simple y tiene una interfaz más sencilla que el sombreador Metal.
Translucent shader: este shader es utilizado principalmente para generar transparencias.
Al lado de la barra de selección de shaders tenemos cuatro efectos para estos, los cuales se detallan a continuación:
Wire: al activarlo, generaremos un render con el modelo alámbrico o Wireframe y además este será visible en la viewport:
2 Sided: al activarlo, generaremos que el material se vea por ambos lados. Podemos comprobar esto en las imágenes siguientes: en la primera la tetera está renderizada sin aplicar 2 sided y notamos que se ven huecos del entorno en ella, en la segunda imagen tenemos la opción habilitada y notamos que el material “rellena” los espacios blancos.
Face Map: al activarlo, haremos que el material se aplique en cada cara del objeto. Esto funciona especialmente en las texturas y podemos verlo en las imágenes siguientes:
Faceted: al activarlo, se eliminan los grupos de suavizado y el render nos mostrará la geometría facetada (en caras) del modelo original.
Cabe destacar que todos estos parámetros podemos utilizarlos al mismo tiempo, activando y desactivando cada opción según lo necesitemos.
PARÁMETROS DE SHADER:
Estos aparecen según el tipo de shader que necesitemos pero la mayoría comparten parámetros comunes. Para este tutorial ocuparemos los parámetros de Blinn el cual es el shader por defecto y además es uno de los más versátiles. El cuadro de parámetros es el de la imagen siguiente:
– Ambient o color ambiente: es el color del material cuando este no está iluminado.
– Diffuse o color difuso: es el color del material cuando este está iluminado, y define el “color” y/o la textura del material.
– Specular o color especular: es el color del material cuando los rayos de luz inciden en ángulo recto sobre su superficie, según la ley de reflexión. Para que este sea visible debemos activar Specular subiendo el valor de Specular level.
– Self-Ilumination o Autoiluminación: simula que el material está iluminado por dentro. Podemos activarlo de dos formas distintas: la primera es elevando el valor de Self-Ilumination y la segunda es activando la opción color, y eligiendo un color.
– Opacity u Opacidad: controla la transparencia del material. El valor de 100 equivale a la máxima opacidad, si disminuimos este valor el material se hará cada vez más transparente.
– Specular Level o Nivel de Brillo: controla la intensidad del brillo especular. A mayor valor más intensidad del brillo.
– Glossiness o Debilitar: suaviza los bordes del brillo especular con respecto al color difuso ya que es un controlador de la densidad del brillo especular.
– Soften: suaviza el efecto de los reflejos especulares. Cuando el nivel especular es alto y el brillo es bajo, se puede obtener contraluces fuertes para las superficies mediante el manejo de este valor. Su valor máximo es 1.
Acerca de los Parámetros extendidos (Extended Parameters)
En el editor de materiales se encuentra una persiana muy poco utilizada que se llama Extended Parameters y que es común a todos los tipos de shaders del material estándar. En esta persiana se encuentran controles de transparencia avanzada con los cuales podemos controlar con mayor precisión las características de opacidad del material mediante los controles de atenuación o “Falloff”. Falloff In aumenta la transparencia hacia el interior de un objeto. Falloff Out por el contrario, aumenta la transparencia hacia el exterior del objeto. La intensidad de la atenuación la controlamos con el parámetro Amt (Cantidad). Además podemos controlar el color que se verá por detrás de una superficie transparente seleccionando un color de filtro.
Por ejemplo: Si quisiéramos simular una botella de vidrio nos convendría aplicar el Falloff en In y Amt. en 100, esto hará que las caras cuya normal este apuntando hacia la cámara se vean más transparentes y aquellas cuya normal esta paralela a la cámara se vean más densas, es decir, los bordes de la botella se verán más densos debido a que hay mas vidrio mientras que el interior se verá más transparente porque hay menos densidad del vidrio. Esto se puede ejemplificar en las imágenes de abajo:
Otra persiana muy poco utilizada es la de “Super Sampling”, con esta persiana podemos realizar un efecto adicional de alisación o antialiasing, es decir alisar los bordes dentados (pixelados).
El SuperSampling es una de las técnicas de antialiasing. Las texturas, sombras, resaltes, así como las reflexiones y refracciones de Raytrace, tienen sus propias técnicas de antialiasing. Si desactivamos la opción Use Global Settings y activamos Enable Local Supersampler podremos escoger desde una lista de supersamplers. Los que tienen mejor resultado son el Adaptative Halton y el Hammersley. Eso sí, activarlos significaría una aumento en el tiempo de render.
PERSIANA MAPAS
Esta nos permite acceder y asignar mapas a diversos componentes del material. En esta persiana encontramos canales diferentes de mapas que representan las características de la superficie de un objeto que podemos modificar y perfeccionar utilizando cualquier tipo de imagen, video o secuencia. Sin los canales de mapas, los materiales sólo tendrían un color sólido y uniforme. Los mapas nos permitirán representar materiales reales, simular texturas complejas como una alfombra o un mármol, agregar propiedades reflexivas a las superficies, simular relieve, etc.
ACTIVIDADES:
1. Leer con atención este artículo.
2. Observar el siguiente vídeo que ilustra mas detallada y prácticamente la información de esta clase.
3. Elaborar una presentación en Power Point que incluya ejemplos de sombreadores y mapas, solo imágenes, en los enlaces suministrados en la Webgrafía encontramos esta información.
4. Modelar una escena que incluya materiales.
WEBGRAFÍA:
Una vez realizado este paso hay que tener en cuenta que le pueden aplicar varios procesos. El 3d Studio reconoce la longitud de la línea y permite un modelado basado en porcentajes o en medidas.
