Teoría de iluminación para ambientes 3D
Escrito por Revista NeoPixel Domingo, 15 de Noviembre de 2009 22:23
Texto por: Carlos Albarran
Una de las fallas más comunes hoy en día en la producción 3D, ya sea en animación o ilustración, es la inadecuada técnica para iluminar objetos, sujetos y ambientes. Por lo cual, queremos dedicar este artículo para dar una idea general de los principios básicos de un modelo de iluminación típico; sin embargo, no abarcaremos temas avanzados como iluminación global, imágenes de alto rango dinámico (HDRI), luz volumétrica o dispersión en sub-superficies (SSS).
Los 3 tipos de luces que encontramos en todos los programas de producción 3D sirven perfectamente para nuestros propósitos: luz infinita o paralela, luz puntual o radial y la luz spot. La luz infinita únicamente tiene información de dirección por lo que los rayos que emite son paralelos, semejante a cómo el sol ilumina nuestro mundo; es la luz genérica en casi todos los programas, pero es más útil para hacer ajustes y correcciones. La luz puntual posee información tanto de dirección como de posición por lo que es útil cuando empezamos a separar áreas iluminadas en la escena; es común que se represente como un foco porque es el tipo de luz puntual que vemos todos los días. La luz spot es la mas útil pues podemos intervenir exactamente en las áreas que deseamos estén iluminadas mediante un cono de luz y asimismo podemos controlar el área de penumbra.
Es importante conocer el comportamiento de la luz como fenómeno para saber cómo trabajar con ella y qué resultados esperar. Por un lado, la luz en el mundo ‘real’ rebota y toma colores consigo de los objetos que toca, además casi todos los materiales que observamos tienen una cierta porosidad que hace que la luz penetre en ellos y se propague. Por otro lado, el 3D produce superficies perfectas, con brillos bien definidos, por lo cual debemos cuidar que todos los materiales tengan especulares algo difusos, un poco de rugosidad y que su color no esté muy saturado.
Cuando miramos imágenes fotográficas o videos, podemos apreciar el fenómeno de la temperatura de color y al iluminar estamos reproduciendo un modelo de dicho fenómeno. Si calibramos los blancos de una cámara hacia luz interior, entonces la luz exterior tendrá un ligero tinte azuloso. Si por el contrario estamos calibrando luz natural, la luz de una lámpara en una habitación parecerá amarillenta-rojiza. El caso de la luz neón es especial porque en realidad es verde y hará que el ambiente parezca artificial.
Antes de empezar a añadir luces en nuestra escena, es importante tener en cuenta que el efecto de una luz ambiental disminuye el contraste de los objetos, pero el control es tan general que en realidad sólo hace que todo se vea más plano. Así que lo primero es quitar la luz default o en su caso la luz ambiental; una vez que tenemos nuestra escena totalmente oscura podemos empezar.
El modelo básico de iluminación es conocido como de 3 puntos. No por los tipos de luz, sino por las tres funciones que puede tener una luz al “modelar” un objetivo, ya sea una persona, un producto o un paisaje. Estas tres funciones son: Luz Principal (Main o Key Light), Luz de Relleno (Fill Light) y Luz de Silueta (Rim Lights).
La luz principal es la que producirá las sombras más pronunciadas en la escena, como el sol o un spot. Es la primera luz que se define y su posición en relación a un sujeto puede cambiar la lectura de la audiencia. Normalmente se ubica a 45 grados en relación a la cámara. Arriba y frente al sujeto da una lectura neutral y potencialmente aburrida, pues es una posición común de una fuente de luz, tanto exterior como interior.
Al colocarla a un lado del sujeto, la lectura del sujeto cambia pues hay una definición mayor de las siluetas. Y si la colocamos abajo del sujeto, provocará una imagen dramática por estar en una posición poco natural, casi “infernal”. La luz principal define en mayor grado los brillos especulares que dan relieve extra y textura al modelado.
Para compensar la dureza de la luz principal, se deben añadir una o más luces de relleno, éstas suplen la función ambiental y evitan el alto contraste que habría si sólo usamos la luz principal; sirven también para revelar más detalle del sujeto o el ambiente. Un concepto clave es la proporción entre luz principal-relleno. En un esquema de alto contraste donde hay más contribución de la luz principal, se crea un entorno oscuro, esto se conoce como “low-key” y es característico del “film noir”.
Colocar adecuadamente la luz de relleno no es sólo oponerla a la luz principal, debe simular el rebote de ésta, ya sea de superficies horizontales o verticales. Otra opción es usarla como fuente alternativa de luz, por ejemplo un monitor en un cuarto cerrado.
El contraste de color con las luces puede ser muy significativo. Si nuestra luz principal es de tonos cálidos, como rojizo o amarillento, la mejor opción es usar luz de relleno verdosa o azulada y viceversa.
Además es una buena técnica para apreciar la contribución de la iluminación en la escena cuando tenemos muchas luces. Los tonos cálidos tienden a avanzar y los tonos fríos tienden a retroceder y genera mayor profundidad a un ambiente.
La luz de silueta es el último componente de la iluminación de tres puntos. Su función es delinear al sujeto para que se separe del fondo y tenga mejor lectura. Colocar una luz atrás de algo para iluminarlo es bastante difícil, por lo que usualmente se deben colocar varias de estas luces para ir construyendo el contorno. Un truco para encuadres cerrados es iluminar el fondo en lugar del sujeto, lo que igualmente define el contorno. En el 3D hay opciones únicas para lidiar con los problemas de iluminación: podemos usar luces selectivas que sólo afectan ciertos objetos de la escena; otra es el uso de luz negativa que en lugar de emitir luz, la absorbe y así tenemos un control localizado de sombras y contraste; y la opción más efectiva al problema del contorno es añadir este efecto directamente al shader del sujeto mediante un efecto de incidencia.
El último elemento importante en el trabajo de iluminación es el uso de sombras. Las sombras utilizadas adecuadamente pueden realzar bastante la calidad. Usualmente las vemos como algo indeseable, pero las sombras aportan mucha información a la imagen como la distancia y la relación entre elementos. Sin sombras, lo que vemos nos daría la impresión de estar flotando en el espacio o sería difícil saber qué tan cerca está un sujeto del fondo.
En el mundo ‘real’ observamos que las sombras tienen una cierta suavidad, incluso en un día soleado.
Actualmente hay dos métodos principales para crear sombras difusas: los mapas de sombras (shadowmaps) que son básicamente texturas proyectadas, técnica muy usada en videojuegos; y las luces de área, que se generan cuando los rayos de luz son calculados y al rastrear su origen, en lugar de encontrar un solo punto hay un área difusa, entre más grande sea el área, más difuso será el efecto. Una característica de la luz de área es que su dureza varía con la distancia de proyección.
El último consejo es paciencia. La iluminación en 3D no sólo es incomprendida, sino que puede ser muy difícil de ajustar. Cada vez que añadimos una luz o cambiamos la contribución de una luz de relleno, el balance total de la escena se ve afectado. Nuestro esquema de iluminación debe funcionar en una secuencia de imágenes si estamos animando personajes o si estamos haciendo movimientos con la cámara. La próxima vez que veamos una película en 3D, será interesante notar como la cantidad de artistas de iluminación es mucho mayor en comparación a otros aspectos de la producción.
Texto por: Carlos Albarran
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