Animación 3D, Shading: Propiedades del Material [Blogs experimentales] [Blender]

Continuamos avanzando con conceptos básicos de forma aplicada. La apariencia del objeto se crea a partir de unos pocos valores que lo describen con un modelo que ha ido creciendo en complejidad a medida que se han desarrollado herramientas cada vez mas completas.

El color del objeto es una propiedad que puede referirse a diferentes aspectos de lo que se conoce en imagen de síntesis como el “Material“. A veces el término “Textura” se asocia con el material, ya que ambos aportan información para que nuestros sentidos perciban el objeto.

Se conoce como “Material” al conjunto de propiedades que describen tanto al color del objeto como a su opacidad, es decir, su grado de transparencia. A veces se incluyen las texturas y otros efectos que se solapan en aspectos perceptivos.

El “color” de los materiales que editamos o añadimos a los objetos se especializa en tres tipos:

color de objeto (Col)
color especular (Spe)
color reflejado (Mir).

Podemos pensar que el color de objeto es el color principal que va a mostrar; el especular el que constituye los reflejos o brillos que notamos en los bordes del objeto, y reflejado el que se refleja proveniente de otros objetos circundantes.

Veamos cómo profundizar en estas propiedades mediante un ejercicio básico con Blender, modificando parámetros y renderizando la escena en cada caso para observar los cambios que se producen en la imagen; mediante la tecla F12 se puede acceder directamente a la función que renderiza o calcula la imagen.

Primero añadiremos un plano sobre el que situar el objeto y poder observar la interacción entre ambos.

Hemos visto que podemos añadir objetos situando el cursor en una ventana 3D y pulsando la barra espaciadora para desplegar un menú. Seleccionando Add->Mesh->Plane incorporamos un plano a la escena que escalaremos pulsando la tecla “S”.

Se puede utilizar un nuevo fichero que completamos con el plano. Para ello pulsaremos la barra espaciadora y seleccionaremos Add->Mesh->Plane que escalaremos con la tecla “S”. Se trata de tener elementos sencillos sobre los que apreciar los cambios realizados.

La naturaleza de la luz hace que no podamos considerar los elementos aislados a la hora de entender la formación de una imagen de síntesis. La influencia de unos elementos sobre otros es notablemente compleja.

Utilizaremos un único punto de luz blanca. Por defecto existe uno que resulta válido.

El color de la iluminación de nuevo es un factor que tiene gran influencia en el resultado. Por ahora no lo modificaremos para no añadir complejidad adicional.

Añadiendo nuevos materiales a nuestros objetos tendremos un punto de partida para la confección de un material a medida de nuestras necesidades.

Los parámetros por defecto que tienen los nuevos materiales nos producirían la siguiente imagen del escenario que hemos creado siguiendo el esquema de trabajo propuesto.

La dureza de la sombra no nos permite diferenciar entre la que es arrojada por el objeto y el propio objeto que se encuentra en sombra. Completamos con nuestra imaginación la imagen con límites entre las formas que no se han generado en la imagen.

El conjunto resulta muy poco creíble, le faltan los efectos de los rebotes de la luz sobre los otros objetos que son los efectos de interacción mutua entre los elementos que componen la escena.

Al modificar los colores (Col) de los objetos, la complejidad del conjunto crece.

El reconocimiento de los objetos presentes en la escena pasa por discriminar entre los colores presentes además de sobre sus diferentes tonos intensidades o también llamados “niveles de color”.

La imagen gana en credibilidad aunque los colores sean aún muy homogéneos. Se mantiene la fusión entre las sombras propias y las sombras arrojadas por el objeto.

Al añadir color especular se generan los brillos en el objeto.

La componente especular depende fuertemente de la posición del espectador respecto de los puntos de luz. Para entender este fenómeno en detalle deberemos profundizar en los modelos de cálculo de la iluminación.

En el ejemplo mostrado, al estar los elementos formados por caras planas, no es tan característico el efecto del reflejo, pero ilustra el aumento de luz que adquiere el objeto ( se ha elegido un color blanco).

Las sombras propias empiezan a diferenciarse claramente de las arrojadas al sumarse a las caras el efecto especular.

En realidad lo que se ha hecho es sumar dos componentes de color (iluminación) que son las procedentes del color del objeto y de la componente especular. Se ha representado esta componente en otro color (para destacar) en la imagen siguiente.

Necesitaremos observar este efecto sobre una esfera para apreciarlo claramente.

Debido a la curvatura de la superficie se crea una “concentración” de la luz especular en un punto de mayor o menor diámetro dependiendo de un factor que representa de alguna forma el tipo de superficie. Un plástico tiene un brillo muy concentrado y es claramente diferente del que se observa en cartón o una tela. De alguna forma el material se puede entender como el color del objeto más propiedades que afectan al comportamiento de la luz respecto del objeto.

El gran salto cualitativo en la imagen se produce cuando introducimos reflejos que establecen una interacción más compleja entre los elementos. Aunque las sombras ya determinan un primer nivel de relación entre los objetos, los reflejos aportan un brillo característico a las imágenes y que no se consigue sólo con las sombras, que fundamentalmente dan información de distancia (entre objetos y entre éstos y el suelo).

Para que un objeto reciba reflejos deberemos activar el cálculo de los mismos en el proceso de definición de los parámetros de “Shading”.

En la figura se ha seleccionado el plano como elemento reflexivo, por lo que el cubo aporta iluminación sobre dicho plano (iluminación con el color del cubo).

Este botón de control se encuentra en una de las ventanas accesibles mediante pestañas.

“Mirror Transparency” abre acceso al cálculo mediante Raytracing de reflejos y transparencias, que se analizarán oportunamente.

Debemos activar “Ray Mirror” para calcular reflexiones; esto es así ya que se calculan con un algoritmo de raytracing que encarece el tiempo de rendering. Además de activar este modo de cálculo se deberá indicar el grado de reflectividad del objeto, siendo el valor mínimo nada reflectivo y el máximo un espejo puro. La variable “Ray Mir” controla este parámetro.

Otro aspecto interesante sobre el que se puede explorar es sobre el nivel de luz especular que añadimos al objeto y la “concentración o dispersión del brillo” sobre sus superficies. La pestaña “Shaders” nos proporciona entre otros los controles para modificar la cantidad “Spec” y la concentración “Hard”.

Un valor bajo de luz especular apenas modificará el color del objeto , mientras que un valor alto puede llegar a suturarlo.

Veamos unas cuantas imágenes para apreciar posibilidades diversas de utilización de algunos parámetros. Lo interesante es experimentar para ir aprendiendo de forma natural la mezcla de iluminación, pudiendo anticipar los resultados con una cierta experiencia y entrenamiento. Ejercícios con pequeñas variaciones que no compliquen demasiado la interpretación del efecto.

Reflexión de la base 50%