Todo lo que debes saber sobre la renderización basada en la física
Para quienes se especializan en el arte del texturizado, conocer la forma en la que los rayos de luz interactúan con los materiales de cada superficie es importante, ya que su objetivo es crear texturas capaces de representarlas.
La textura y los materiales a las que se da forma también interactúan con la luz en el mundo virtual. Cuanto mejor conocimiento tengas sobre cómo la luz se comporta, mejores serán tus texturas.
En qué consiste la representación basada en la física
La representación basada en la física (PBR por sus siglas en inglés), a veces conocida como “sombreado basado en la física” (PBS), es una técnica de sombreado y representación que permite imitar con más precisión la forma en que la luz interactúa con los distintos materiales. En función del aspecto del proceso de modelado 3D del que se hable, el PBS suele centrarse solo en los conceptos relativos a las sombras, mientras que la PBR se refiere a la renderización y la iluminación. Ambos términos describen el proceso de representación de activos desde el punto de vista de la física.
Si trabajas con un sistema de renderización en tiempo real para producir películas en 3D o gráficos generados por computadora, emplear un método de renderización basada en la física para añadir las sombras mejorará tu flujo de trabajo.
Qué puedes hacer gracias a la PBR.
- Activos de aspecto realista. La PBR elimina las conjeturas en el proceso de creación de atributos de las superficies tales como la transparencia, ya que su metodología y algoritmos se basan en fórmulas físicamente exactas y se asemejan a los materiales reales.
- Entornos integradores. Da igual el sistema de iluminación que utilices, el resto de los activos siempre funcionarán en un entorno de PBR.
- Flujo de trabajo sostenible. La PBR es un flujo de trabajo muy popular que se adopta con el fin de crear obras de arte de manera coherente, incluso entre distintos artistas. Según Wes McDermott, productor creativo de Adobe, de este modo, “se reduce el tiempo de producción”, para que “puedas centrarte en el aspecto creativo de lo que estás haciendo en lugar de en el científico”.
PBR y realismo fotográfico.
El género artístico del realismo fotográfico persigue crear imágenes que parezcan fotografías. Asimismo, el objetivo de la PBR es ofrecer una representación exacta de la forma en que la luz interactúa con los objetos. Esto puede mejorar o arruinar la experiencia de visualización.
Cuando creas algo que de verdad parece que exista en el mundo real, consigues crear una experiencia más envolvente. “Queda en un segundo plano y el espectador se centra en la historia”, afirma McDermott. Si el público percibe que algo es aparentemente falso, tiende a salir de la historia.
Difusión, translucidez y transparencia.
Cuando un artista trabaja en un flujo de trabajo PBR, debe prestar atención a la reflectividad base, es decir, la cantidad mínima de luz y color que se refleja.
La “reflexión especular” hace referencia a la luz que se redirigió desde la superficie. Ese rayo se refleja en la superficie en cuestión y viaja en una dirección distinta. Este fenómeno sigue las leyes de la reflexión, que establecen que el ángulo de reflexión que produce una superficie perfectamente plana es equivalente al ángulo en el que incide la luz.
Sin embargo, la mayoría de las superficies son irregulares, por lo que la dirección en la que se reflejan los rayos varía en función de las desigualdades que presenten. Aunque esto hace que cambie la dirección en la que se emite la luz, la intensidad sigue siendo la misma.
La iluminación de las superficies más irregulares abarcará un espacio mayor, pero tendrá un aspecto más tenue. Las superficies más lisas, por el contrario, mantendrán enfocados los reflejos especulares y parecerán más brillantes o intensas si se observan desde un ángulo adecuado.
Los términos difusión, luz difusa o dispersión subsuperficial describen el efecto que se produce cuando una superficie absorbe y dispersa la internamente. Cuando la luz se dispersa, la dirección del rayo varía aleatoriamente y el número de desviaciones depende de las irregularidades que presenta el material, ya que son este tipo de superficies las que causan este fenómeno. Aunque la dispersión cambia la dirección de la luz, no cambia su intensidad. A veces, la luz dispersada puede reaparecer en la superficie, de modo que se puede ver de nuevo.
A los materiales que causan una dispersión alta y tienen propiedades de baja absorción se los conoce, en ocasiones, como “medios participativos” o “materiales translúcidos”. Algunos ejemplos son el humo, la leche, la piel, el jade y el mármol.
Cuando la luz atraviesa un material translúcido, este puede absorberla o dispersarla. Si la absorbe, su intensidad disminuye a medida que se transforma en otra forma de energía, como, por ejemplo, calor. Estas alteraciones del color dependen de la longitud de onda, pero la dirección no varía.
Si la luz no se dispersa y el nivel de absorción es bajo, los rayos atraviesan directamente la superficie, como en el caso del cristal. Imagina, por ejemplo, que estás buceando en una piscina. Si el agua estuviera limpia y abrieras los ojos, podías ver a través de ella. Si, por el contrario, esa misma piscina estuviera sucia, las partículas de suciedad dispersarían la luz y reducirían la claridad del agua y la distancia hasta la que podrías ver.
Cuanta más distancia recorra la luz dentro de este tipo de material, mayor cantidad se absorberá o se dispersará. Esta es la razón por la que el grosor del objeto desempeña un papel clave en el grado en el que se absorbe o se dispersa la luz.
El efecto Fresnel.
Tal y como documentó el físico francés Augustin-Jean Fresnel y citó el profesor de diseño gráfico Wenzel Jakob, el efecto Fresnel hace referencia al hecho de que la cantidad de luz que se refleja desde una superficie varía según el ángulo de visión desde el que se observe.
Vuelve a pensar en una piscina. Si mirases directamente hacia abajo, en perpendicular a la superficie, podrías ver el fondo. Se considera que observar la superficie de esta forma es hacerlo en ángulo de cero grados o incidencia normal, siempre y cuando la superficie sea normal. No obstante, si mirases a la piscina en un ángulo de incidencia rasante, es decir, más en paralelo a la superficie, verías cómo los reflejos especulares de la superficie del agua se hacen más intensos, de modo que quizás no puedas ver nada por debajo de la superficie.
Si vas a seguir trabajando con texturas, lo más recomendable es que amplíes tus conocimientos en cuanto a estos conceptos clave de iluminación 3D. Con ellos, entenderás mejor cómo funciona la PBR desde un punto de vista técnico, además de empezar a apreciarla desde una perspectiva artística. “Te libera de una gran carga —agrega McDermott, que suele recurrir mucho a la metodología de la PBR—. Puedes invertir más tiempo en ser creativo y crear cosas geniales”.
Para obtener más información acerca de la PBR, consulta la guía The PBR Guide, escrita por Wes McDermott y publicada en Allegorithmic.
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Descubre cómo influye la renderización basada en la física (PBR) en tus diseños en 3D y por qué desempeña un papel importante en la difusión, translucidez y transparencia de los diseños en 3D.