Modelizado.

Llamamos Modelizado al proceso de crear imágenes fotorrealísticas a partir de modelos 3D, aunque más frecuentemente se le conoce con el anglicismo "renderizado". Dicho proceso implica fundamentalmente tres fases: a) Asociar los distintos sólidos, superficies y mallas del modelo a representaciones de materiales (madera, metal, plástico, concreto, cristal,  etcétera); b) Crear el ambiente general en el que se encuentra el modelo: luces, fondo, niebla, sombras, etcétera y; c) Elegir el tipo de modelizado, la calidad de la imagen y el tipo de salida que se va a producir.

Se dice fácil, pero esta es un área de CAD que, aunque no es complicada de entender, requiere de mucha experiencia para lograr buenos resultados con pocos intentos. Es decir, es muy probable que se tengan que pasar muchas horas de ensayos y errores para aprender los mejores métodos para la asignación correcta de materiales, la aplicación de ambientes y luces y la generación de salidas satisfactorias.

Cada fase, a su vez, implica el establecimiento de muchos parámetros, cuya variación, aunque sea pequeña, afecta siempre al resultado final. Por ejemplo, podemos determinar que un prisma rectangular sea de cristal, lo que lo obligará a tener cierto grado de reflexión y transparencia, por lo que habrá de modificar esos parámetros para conseguir un buen efecto. A su vez, las paredes, para verse como tales, deben tener la aspereza del cemento. Lo mismo podríamos decir de las partes metálicas de un automóvil o de las partes plásticas de un electrodoméstico. Además, siempre es necesario aplicar luces correctamente, considerando la luz ambiental, la intensidad y la distancia a la que se encuentra la fuente luminosa. Si se trata de la luz de un foco, ésta deberá estar correctamente orientada para que el efecto de sombras sea efectivo. En el caso de proyectos arquitectónicos, la ubicación correcta de la luz solar, considerando la fecha y la hora, es esencial para saber la apariencia de un inmueble que aún no se construye.

Así pues, el modelizado o renderizado puede ser una tarea ardua, pero realmente gratificante. Muchos despachos arquitectónicos dedican buena parte de sus esfuerzos en modelizar sus proyectos antes de presentarlos a sus clientes e incluso hay despachos dedicados exclusivamente a generar las salidas modelizadas de terceros, convirtiendo este proceso en un área de negocios en sí misma, si no es que, incluso, en un arte.

43.1 Materiales

43.1.1 Asignación de materiales

Uno de los primeros pasos que tenemos que dar para crear un buen efecto fotorrealístico de un modelo 3D es asignar los materiales que se van a representar en cada objeto. Si dibujamos una casa, probablemente algunas partes deberán representar concreto, otras ladrillos y unas más madera. En modelos algo más abstractos tal vez se desee representar otros materiales o texturas para lo cual tal vez sea necesario modificar los parámetros de los materiales existentes. Por defecto, Autocad incluye alrededor de 700 materiales y 1000 texturas listos para ser asignados a los objetos de un modelo.

Cabe recordar que la ventana gráfica de Autocad mostrará o no una simulación básica de los materiales en función del estilo visual utilizado. Obviamente, el estilo recomendado para estos casos es el llamado Realista, aunque eso no implica que la vista de la ventana gráfica sea ya el modelizado.

Una vez establecido el estilo visual correcto, el acceso, uso y personalización de dichos materiales es el mismo en todos los casos a través, primero, del Explorador de Materiales, el cual se encuentra en la sección Materiales de la ficha Render.

El Explorador de Materiales nos permite conocer los diversos materiales y las categorías en las que están organizados. En él encontrará usted la biblioteca de materiales de Autodesk, dichos materiales no se pueden editar, para ello es necesario, o bien asignarlos al dibujo actual, o crear bibliotecas personalizadas de materiales que después puede llamar desde otros dibujos para su uso. Si usted no pretende realizar ninguna modificación a los materiales, entonces puede asignarlos a su modelo directamente desde la biblioteca de Autodesk y omitir la creación de una biblioteca propia.

En realidad, antes de asignar un material a un objeto 3D, es importante activar primero los materiales y las texturas en el modelo. Esto es tan simple como pulsar el botón del mismo nombre de la sección Materiales. Lo segundo a considerar es que la correcta aplicación de texturas en un objeto depende de su forma. No es lo mismo asignar un material a una esfera que a un cubo. Si un objeto es curvo, entonces la apariencia de su textura debe seguir, y mostrar, dicha curvatura. Para que la simulación de un material sobre un objeto 3D sea efectiva, el mapa de distribución de la textura sobre la superficie del modelo debe ser adecuada. El programa requiere el parámetro del mapa de textura a aplicar a cada objeto y para eso sirve el siguiente botón de esa sección.

En cualquier caso, como ya comprobó, la asignación de materiales a objetos es muy sencilla, basta con selecciona el material, ya sea de la biblioteca de Autodesk, de los incorporados al dibujo o de sus propias bibliotecas y luego señalar el objeto deseado. También es posible seleccionar un objeto y luego hacer clic en el material.

Otra opción posible es asignar un material sólo a una cara de un objeto. Para ello podemos usar filtros de subobjetos o bien pulsar CTRL para seleccionar una cara, luego hacemos clic en el material.

Un método más organizado para asignar materiales es a través del uso de capas, aunque con este método sólo podemos asignar materiales que previamente han sido asignados al dibujo actual, tal y como vimos en un video anterior. Para ello usamos el botón Enlazar materiales por capa de la sección que estamos estudiando, el cual abre un cuadro de diálogo donde simplemente debemos enlazar las distintas capas a los materiales seleccionados. Por tanto, un modelo bien organizado en capas simplificará enormemente la asignación de materiales.

43.1.2 Modificación y creación de materiales

Una vez definidos los materiales a utilizar en un modelo, es probable que desee realizar cambios en alguno de sus muchos parámetros, tal vez para dar mayor refracción a una superficie o para modificar su relieve.

Para modificar los valores que definen un material podemos hacer doble clic en cualquiera de ellos (recuerde: de entre los asignados al dibujo o que estén en una biblioteca personal, nunca de los que están en la biblioteca de Autodesk), con lo que se abre el editor de materiales.

La lista de propiedades que aparecen en el editor depende del material seleccionado. En algunos casos, como los muros de ladrillos, sólo podemos modificar su nivel de relieve y, en todo caso, su textura. En otros, como los metales su refracción o autoiluminación. Los cristales disponen de propiedades de transparencia y refracción, etcétera.

También es posible crear materiales nuevos, ya sea a partir de plantillas en donde definimos el componente básico del material (cerámica, madera, metal, concreto, etcétera), o bien creando un duplicado de cualquier otro material y a partir de ahí realizar modificaciones. Dicho material pasa a formar parte del dibujo actual y de ahí podemos integrarlo a bibliotecas personalizadas.

Autocad dispone de un material genérico, sin características, llamado Global, que sirve de base para crear un material desde cero. Cuando lo seleccionamos, debemos definir entonces las siguientes propiedades de un material:

• Color: Esto es tan simple como seleccionar el color del material, sin embargo, debemos considerar que éste se ve afectado por las fuentes de luz disponibles en un modelo. Las partes más alejadas de una fuente de luz tienen un color más oscuro, mientras que las más cercanas suelen ser más claras e incluso ciertas áreas pueden llegar al blanco.Alternativamente al color, podemos seleccionar en su lugar una textura, compuesto por un mapa de bits.
• Difuminado: Si utilizamos una imagen como mapa de textura, podemos definir un difuminado para el material. Es decir, el color que refleja un objeto cuando recibe una fuente de luz.
• Brillo: Depende de la cantidad de luz que refleje un material.
• Reflectividad: La luz que refleja un material tiene dos componentes, la directa y la oblicua. Es decir, un material no siempre refleja la luz que recibe de manera paralela a ésta, pues eso depende de otros factores del mismo. Con esta propiedad podemos modificar ambos parámetros.
• Transparencia: Los objetos pueden ser completamente transparentes o completamente opacos. Eso se determina con valores que van de 0 a 1, en donde cero es opaco. Cuando un objeto es parcialmente transparente, como el cristal, puede verse a través de él, pero también tiene cierto índice de refracción. Es decir, cierto nivel de curvatura que adquiere la luz al atravesarlo, por tanto, los objetos que están detrás pueden verse nítidos o parcialmente distorsionados. He aquí algunos valores del índice de refracción de algunos materiales. Observe que a mayor índice, la distorsión es mayor.

 

                    Material                         Índice de refracción

                    Aire                                      1.00

                    Agua                                     1.33

                    Alcohol                                 1.36

                    Cuarzo                                  1.46

                    Cristal                                   1.52

                    Rombo                                  2.30

                    Rango de valores                  0.00 a 5.00

 

A su vez, la translucidez determina la cantidad de luz que se dispersa al interior del propio material. Sus valores van del 0.0 (no es translúcido) al 1.0 (translucidez total).

 

• Cortes: Simula con escala de grises la apariencia del material si se le perfora. Las áreas más claras se modelizan opacas, mientras que las más oscuras como transparentes.
• Autoiluminación: Esta propiedad nos permite simular cierta luz sin crear una fuente de luz como las que veremos en el siguiente apartado. Sin embargo, la luz del objeto no se proyectará en absoluto sobre otros objetos.
• Relieve: Al activar el relieve, simulamos las irregularidades de un material. Esto sólo es posible cuando el material tiene un mapa de relieve, en donde algunas partes más elevadas se van más claras y las más bajas aparecen oscuras.

A partir del editor de materiales podemos también editar las texturas. Como las texturas tienen como base mapas de bits, algunos de sus parámetros no son muy relevantes para el resultado final, pero hay uno que es esencial cuando aplicamos un material con textura en uno modelo: su escala de representación. Si usted aplica un material de ladrillos a un polisólido, por ejemplo, no querrá por supuesto que cada ladrillo se vea excesivamente grande o pequeño respecto al tamaño del muro.

43.2 Luces

Todos los modelos tienen, por definición, un nivel de iluminación ambiental, de lo contrario no se vería nada al ser modelizado. Sin embargo, la definición de luces, ambientales o de origen específico, modifica sustancialmente la presentación de un modelo renderizado, dándole el toque de realismo necesario.

En Autocad existen dos criterios para el manejo de la iluminación de una escena, la iluminación estándar, que es propia de las versiones anteriores de Autocad y que incluye una gran cantidad de parámetros y opciones generales para la definición de fuentes de luz.

El segundo criterio es la iluminación fotométrica, que se incluyó en el programa a partir de la versión 2008 y se basa en parámetros fotométricos tomados de la realidad y proveídos por fabricantes de luces para que los modelos reflejen con mayor realismo el resultado de luminarias y fuentes de luz de diversas marcas. Como veremos más adelante, al momento de modificar las propiedades de un foco, por ejemplo, podemos modificar los valores de la energía de luz que emiten, utilizando archivos con extensión .ies creados por los fabricantes. Dichos archivos pueden obtenerse directamente en las páginas Web de los fabricantes de luminarias que se proyecten utilizar en la construcción de los modelos sugeridos. En otras palabras, puede crear un modelo arquitectónico y, a través del renderizado, ver cómo se vería iluminado con una marca de focos o con otra, en función de los archivos .ies de los propios fabricantes. Con lo que la simulación de la realidad a través de Autocad da un nuevo paso adelante.

La sección Luces de la ficha Render dispone un botón desplegable con las 3 opciones que nos permiten establecer el criterio de iluminación de un modelo: Unidades de iluminación genéricas de Autocad (que es la que se usaban en versiones anteriores a la 2008), Unidades de iluminación norteamericanas y Unidades de iluminación internacionales, estas dos últimas ya de tipo fotométrico.

Bajo el criterio fotométrico, cada vez que defina una luz, sus propiedades mostrarán los parámetros adecuados a la luz utilizada. Finalmente, si usted no ha descargado y establecido ningún archivo con extensión .ies de algún fabricante específico, entonces Autocad utilizará los valores generales fotométricos establecidos por normas internacionales o norteamericanas según la opción seleccionada en la cinta de opciones.

Como la cantidad de parámetros es mayor en el caso del criterio fotométrico, es el único que utilizaremos para efectos de aprendizaje. Si usted decide usar el otro criterio, tal vez por compatibilidad con versiones anteriores de Autocad, entonces descubrirá que, salvo la imposibilidad de utilizar los datos de luminarias de marcas específicas, el procedimiento es muy similar para la creación de luces.

43.2.1 Luz Natural

La luz natural en un ambiente de modelizado, igual que en la realidad, está conformada por la luz del sol y el cielo. La luz que procede del sol no se atenúa y e irradia su rayos de modo paralelo en una inclinación que depende del lugar geográfico, la fecha y la hora del día. Suele ser amarilla y su tono también está determinado por los factores ya mencionados. A su vez, la luz del cielo procede de todas direcciones, por lo que no tiene una fuente definida y su tono suele ser azulado, aunque su intensidad también tiene que ver, igual que el sol, con la hora, la fecha y el lugar que determinemos para el modelo.

En la sección Sol y ubicación de la cinta de opciones podemos activar la luz del sol, la del cielo o ambos, también será necesario ubicar geográficamente el modelo, la fecha y hora se establece en la misma sección. En este punto, conviene también tener activadas las sombras completas del modelo en la sección Luces.

Finalmente, puede establecer con detalle las propiedades a aplicar a la luz del sol, como su color final y su intensidad, con el cuadro de diálogo que aparece con el disparador de cuadros de diálogo de la misma sección.

43.2.2 Luz Puntual

La luz artificial puede ser de tres tipos: Puntual, foco y distante. Veamos cada una y sus características.

 

La luz Puntual se irradia en todas direcciones, como una luminaria de esfera, por lo que puede servir para iluminar una escena general, como el interior de una habitación aparentando que no hay un origen de luz específico. De nueva cuenta, recuerde que con los parámetros fotométricos adecuados, puede simular una luz puntual de características específicas. También puede configurarse para apuntar a un objetivo determinado, sin embargo, no deja de irradiar luz en un rango mayor a un foco.

La primera opción para crear una luz puntual es pulsar el botón de lista Crear Luz de la sección Luces, seleccionar Punto y luego ubicar su posición en el modelo. La luz puntual queda representada como un glifo de luz con una forma característica (que no se imprime), aunque su visualización puede desactivarse. Una alternativa es abrir la paleta de herramientas de la sección Vista y utilizar la ficha Luces.

Como pudo observar en el video anterior, es conveniente definir un nombre para la luz recién creada, eso facilitará su identificación y manejo durante la edición del modelo. Por otra parte, si hacemos clic en el glifo, presentará, como cualquier otro objeto, un pinzamiento que permitirá cambiar su ubicación. Si, en cambio, utilizamos su menú contextual, podremos abrir la ventana Propiedades donde es posible modificar diversos valores de la luz en cuestión. Observe que podemos indicar un color de filtro para la luz, lo que nos permitirá crear luces distintas al blanco. Sin embargo, también es posible establecer el color de la lámpara. La combinación del color de la lámpara y el filtro dará como resultado un color resultante, el cual, por estar en función de los otros dos valores, no puede modificarse por el usuario directamente. Finalmente, observe que es posible cambiar el parámetro "Con objetivo" de "No" a "Si", con lo que habrá que indicar un vector de mira en el glifo.

43.2.3 Focos

Los focos son fuentes que generan un haz de luz, por lo que necesariamente están dirigidas a puntos específicos. Como su atenuación es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia, su ubicación es importante para sus efectos. También es posible definir el tamaño del haz de luz y el rango de difuminación. La representación de ambos es parte del glifo del foco, el cual tiene la apariencia de una lámpara sorda.

Para añadir un foco a la escena, usamos el mismo botón que en el caso anterior y de la lista desplegable seleccionamos la opción Foco, lo ubicamos en el modelo, ubicamos asimismo el objetivo de la luz y después podemos establecer diversos parámetros en la ventana de comandos, o bien editarlos más adelante en la ventana Propiedades. Si el resultado no es satisfactorio, podemos hacer clic en el glifo y editar con los pinzamientos, su ubicación, el tamaño y dirección del haz de luz.

43.2.4 Luces de RED

Las luces de red pueden crearse, ubicarse y editarse del mismo modo que hemos hecho con las luces puntuales y los focos. Su principal característica es que su tipo de iluminación se basa en los parámetros establecidos en el archivo predeterminado .IES de luz fotométrica de Autocad. Por ello, su ventaja más importante es que podemos indicar para una luz de este tipo un archivo tipo .IES de un fabricante, por lo que es el medio más adecuado para simular marcas de luminarias concretas.

43.3 Fondo

Antes de renderizar propiamente una escena, podemos añadirle un fondo a nuestro modelo, que se visualizará en la ventana gráfica. Este fondo puede ser un mapa de bits, un degradado de colores o, sencillamente, dejar el preestablecido de Autocad en blanco y negro. Para ello utilizamos el Administrador de Vistas que estudiamos anteriormente. Al definir una vista nueva, el administrador abre un cuadro de diálogo donde seleccionamos un fondo para toda la escena.

43.4 Modelizado

El Modelizado es un proceso mediante el cual se genera una imagen de mapa de bits a partir de una escena de un modelo 3D. Para crear dicha imagen, los objetos se sombrean según la iluminación establecida y los materiales que se hayan definido. Las propiedades de refracción y translucidez, entre muchas otras, de los materiales elegidos se muestran en la salida tal y como se comportarían en la realidad. Además, es posible añadir efectos atmosféricos, como la presencia de niebla.

Evidentemente, necesitaría ser un verdadero experto para establecer todos los parámetros de luces y materiales y a la primera obtener un resultado óptimo porque lo conoce de antemano. Además, en el proceso de modelizado, es necesario establecer a su vez diversos parámetros adicionales. De hecho, lo más probable es que establezca dichos parámetros, que veremos someramente en breve, y luego genere una salida fotorrealística provisional de baja o mediana calidad, vuelva a modificar parámetros y generar de nueva cuenta otra salida,  y así sucesivamente hasta quedar satisfecho con el resultado. Entonces generará una o más salidas con la máxima calidad. Esto se debe a que algunos parámetros del renderizado pueden aumentar exponencialmente el tiempo de generación de salida, pudiendo tardar, en modelos complejos una buena cantidad de tiempo incluso en equipos de potencia respetable. Más aún si trabaja con computadoras PC de potencia media, muy comunes en el mercado.

La sección Render tiene diversos botones con los valores a modificar. Con el botón Ajuste de exposición de la sección Render podemos modificar los valores de Brillo, Contraste, Tonos medios, Luz diurna y procesamiento de fondo de la imagen. El botón Entorno permite añadir niebla a la escena, la cual se distingue entre cercana, lejana y sus cantidades. Como es posible definir un color a dicha niebla, es un recurso recurrente para los que crean modelos 3D abstractos o de mundos imaginarios.

Por su parte, el cuadro de diálogo de la sección Parámetros avanzados de Modelizado nos da acceso a todos los parámetros del modelizado, los cuales forman una lista bastante extensa que abarca desde el tamaño y resolución de salida, hasta el nivel de muestreo de sombras.

Esta ventana incluye valores predefinidos en función de la calidad de salida (Borrador, bajo, medio, alto y presentación), pero es obvio que usted puede modificarlos para que le den un resultado distinto. Para utilizar un conjunto de valores personalizados de esta ventana en otros modelizados, podemos grabarla con un nombre específico, del mismo modo como se graban las vistas, los SCP, los estilos de texto, etcétera. Para ello pulsamos el comando valorpredefmodel en la ventana de comandos y aparece un cuadro de diálogo donde podemos darle un nombre a nuestro conjunto de valores o cargar otro existente para su uso.

Como decíamos arriba, hay algunos valores de esta ventana que aumentan drásticamente la calidad y realismo de la imagen resultante, pero aumentan también el tiempo de procesamiento. En particular los valores de muestreo (con un valor máximo predefinido de 16), la generación de sombras a través de trazado de rayos, la profundidad del trazado de rayos (es decir, el número de veces que la luz se refleja y/o refracta sobre los materiales) y la activación del "Final Gathering"  (que aumenta también el número de rayos para representar correctamente la iluminación global), deben ser usados con mesura para no dejar la máquina en un largo proceso de generación de la salida. En ese sentido, nuestro consejo es que modifique sólo uno de dichos valores (y no de modo exagerado), genere una salida de calidad alta (previa a la máxima calidad llamada Presentación) y vea el resultado. Devuelva el parámetro a su valor original, modifique el siguiente y vuelva a generar una salida y así sucesivamente hasta familiarizarse con sus distintos efectos. Una vez contrastado el resultado de uno y otro parámetro, elija la mejor combinación y ordene una salida final al tiempo que se prepara una rica taza de café, le va a hacer falta para esperar.

Aunque aquí hay un pequeño detalle: no le hemos dicho aún como ordenar la salida (devuelva el café a la cafetera si no lo ha probado aún, así no se enfría).

El paso final es especificar la calidad del modelizado y su tamaño en píxeles y luego simplemente generar la salida pulsando el botón "Render", lo que abrirá la ventana de renderizado, donde podrá ir viendo el avance de su obra. Puede grabar la imagen desde la misma ventana que muestra el renderizado, si no es que antes ha definido un nombre de archivo en la sección Render de la cinta de opciones.

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Fuente: Aulaclic

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