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Tema: Estudio profesional de creacion de imagenes digitales con HDRI IBL y GI

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    Estudio profesional de creación de imágenes digitales con HDRI IBL y GI

    Usando Blender en el diseño Industrial CAD/CAM
    El Maquíng of de un tenedor, por Class Eicke Kuhnen



    Introducción Una buena imagen vale más que mil palabras en el mundo del diseño industrial (CAD/CAM). Blender ha llegado a ser una herramienta esencial para mi trabajo, ya que me permite visualizar cualquier idea con una mayor flexibilidad que cualquier boceto hecho a mano y, de esta manera, comúnicar visualmente tanto el diseño como el concepto. Aunque Blender no fue hecho principalmente para CAD/CAM, y carece de opciones que otros productos orientados al diseño industrial sí poseen, es posible también usarlo, no sólo para generar escenas (o renderizar) sino, incluso en cierto grado, en todo el proceso del diseño.




    Parte 1: Modelado Como diseñador con un reciente interés en la orfebrería, Blender me provee de todas las herramientas necesarias de modelado para diseñar, explorar y construir mis objetos. Las herramientas de modelado poligonal, junto con las superficies de subdivisión, me permiten modelar cualquier forma que, posteriormente, tengo que ser capaz de hacerla en metal con mis manos. En orfebrería, la mayoría de las formas son construidas con láminas, alambres y tubos. Los elementos pueden ser manipulados a mano o forjardos con moldes, y luego se sueldan conjuntamente. Por lo tanto, para mí, que principalmente trato con formas geométricas primitivas, todo ésto me parece muy fácil de modelar con Blender. La opción que permite calcular la longitud y ángulo de las aristas, va más allá de mi capacidad de contabilizar correctamente medidas y dimensiones. Ésta es una de las ventajas más significativas del modelado 3D, ya que te permite trabajar con las proporciones y dimensiones correctas. Pequeñas variaciones en el diseño o un cambio del punto de vista, se pueden conseguir con tan sólo unos pocos clics del ratón, y no requiere que el boceto sea de nuevo dibujado por completo. (Imagen de la pantalla de Medidas (Measurements)





    Con Blender además, no sólo puedes modelar elementos mecanicos, si no también animarlos, lo que te permite aclarar conceptos y solucionar posibles problemas. En una vista ortográfica, puedes capturar fotogramas del objeto en modo de alambre (wireframe), y montarlos posteriormente juntos. Si los imprimes en papel, los recortas y los pegas sobre la lamina de metal, te pueden servir como guía a modo de plantilla, y así sacar las formas. También, el trabajar en capas te ayudará mucho, pues puedes distribuir los elementos sobre las mismas y luego mostrar las que te interese para sacar vistas claras y útiles de las plantillas. (imágenes de pantallas de las plantillas)

    Estudio profesional de creacion de imagenes digitales con HDRI IBL y GI-paginas-desdemagazine3.jpg Estudio profesional de creacion de imagenes digitales con HDRI IBL y GI-paginas-desdemagazine4.jpg Estudio profesional de creacion de imagenes digitales con HDRI IBL y GI-paginas-desdemagazine5.jpg


    Parte 2: Texturizado Las versiones actuales de Blender y Yafray, soportan la mayoría de los modelos de texturas y luces que un artista necesita para crear simulaciones de los materiales que quiera. Sin embargo, ciertos materiales como metales pulidos o materiales translúcidos, no se pueden conseguir del todo bien, a no ser que sea con ciertos trucos y tiempo. En mi caso en particular, soy incapaz de conseguir los reflejos anisotrópicos y brillos especulares necesarios, para simular con exactitud las superficies tan pulidas con las que trabajo. Aunque, de alguna manera, este efecto se puede conseguir a través de mapas de ruido procedurales o aplicando mapas de relieve dibujados.

    El problema es que para alcanzar un cierto nivel de detalle, durante la renderización, podemos acabar obteniendo patrones de Moiré. Es posible, que un mapa de relieve algo grueso, nos pudiera proporcionar suficiente detalle para simular una superficie pulida. Pero, en este caso, la textura se debería estirar a lo largo de un eje y necesitaría tener la escala apropiada. (Imagen de pantalla con Texture1 procedural +Texture2)


    Estudio profesional de creacion de imagenes digitales con HDRI IBL y GI-paginas-desdemagazine6.jpg


    Si teñimos con un poco de color los reflejos y brillos, reduciremos bastante la apariencia tan estéril de los reflejos conseguidos con el trazador de rayos, y a la vez le daremos a la escena una apariencia que yo solía conseguir con lamparas de estudio reales. Aquellas lamparas no producían una luz blanca, si no más bien con un cierto tono amarillento. Es también importante darle al plano del suelo un color que no sea el negro puro. Aunque apliqué unos valores que variaban ligeramente con respecto a los del negro puro, fue suficiente para crear un aspecto más natural.

    Parte 3: Renderización Siempre espero que el resultado final de mis escenas, sea lo más realista posible. Uso Yafray como el motor de render principal, ya que me ofrece iluminación HDRi, iluminación global o GI, Color Bleeding o Sangrado del color, Causticas y profundidad de campo real (DoF). En concreto, para los tipos de escenas que necesito, que deben imitar la estética de las luces de estudio, estas características son fundamentales para lo que quiero transmitir con mi trabajo.


    Estudio profesional de creacion de imagenes digitales con HDRI IBL y GI-paginas-desdemagazine7.jpg


    Esta técnica me permite conseguir en la escena, la cantidad de luz deseada proveniente desde la dirección correcta, a la vez que me elimina reflejos no deseados (o puntos de luz no deseados). El mapa de luz HDRi (ver abajo) no sólo iluminara la vista frontal del objeto, si no que también emitira la luz necesaria que ilumine sutilmente el metal desde todas las direcciones. Esto elimina la necesidad de utilizar pequeños conjuntos de luces que iluminen zonas específicas de la escena, como el tradicional sistema de iluminación basado en tres puntos.


    Estudio profesional de creacion de imagenes digitales con HDRI IBL y GI-paginas-desdemagazine8.jpg

    Además, la ilumiación global, no sólo cuenta con calculo de sombras correctas e iluminación de todo el conjunto, si no que también incrementa el realismo de la escena mediante el calculo del Color Bleeding y las cáusticas. Algunos productos de renderización carecen de estos detalles tan sutiles y necesarios que, con frecuencia, provocan un fuerte impacto de sensación de realismo en el individuo que observa la escena. Pero elegir mapas de luces HDRi no es siempre todo lo que puedes hacer. En mi caso, yo sólo obtengo luz desde un lado. Normalmente, por razones estéticas, se suelen eliminar o aclarar las áreas oscuras para incrementar el rango dinamico global de la escena. De hecho, en el mundo real de la fotografía, para hacer ésto se suelen usar reflectores de luz blanca. Pues, el mismo truco se puede aplicar en la generación de imágenes digitales, a través de la iluminación global. Las dos siguientes capturas de pantalla, muestran claramente la diferencia. La iluminación global, no sólo calcula la luz proveniente del mapa HDRi, si no que también calcula la luz rebotada de los reflectores, aclarando las sombras sobre los cigarrillos y añadiendo también un mayor detalle de los reflejos sobre el metal. Como puedes ver, uso una esfera cromada para localizar de dónde viene la luz, lo que me facilita la colocación correcta de las partes metalicas en la escena.

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    Renderizado: prueba de la esfera cromada

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    Escena: Vista superior

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    Escena: ajustes 3D

    Otra herramienta muy importante para crear puntos de atención o enfoques, es la de la profundidad de campo. Es muy útil para conseguir atraer la atención de ciertos elementos, mientras que el resto aparezca desenfocado. Yafray soporta profundidad de campo real, que con valores altos de muestreo, produce resultados muy suaves. Esta claro que el tiempo de generación de la imagen aumenta con la cantidad de muestras, pero el resultado merece la pena. Desde Blender podemos configurar la profundidad de campo. Un valor de apertura de 0.1 a 0.5 es suficiente. Para obtener un resultado suave con la profundidad de campo, es necesario deshabilitar el auto antialias (auto AA) en los parámetros del render. Dependiendo del resultado que quieras obtener, debes ajustar este parámetro. En mi escena he usado el valor 15 para las pasadas (passes) del AA y 15 también para las muestras (samples) del AA.


    Imagen de pantalla de parámetros de AA + configuración de la profundidad de campo (DoF)


    Estudio profesional de creacion de imagenes digitales con HDRI IBL y GI-paginas-desdemagazine12.jpg Estudio profesional de creacion de imagenes digitales con HDRI IBL y GI-paginas-desdemagazine13.jpg


    Para crear resultados brillantes, prefiero un suelo o base texturizada. En una de mis últimas creaciones utilizo una superficie semireflectiva, con una textura de grano fino. Un error muy común que se comete al intentar obtener ésto, es el de darle a la superficie un valor de reflexión muy alto. El reflejo sobre la superficie debería ser muy sutil, para que acompañe el objeto principal y no parezca que esté flotando. Además, los reflejos demasiado contrastados sólo provocaran la distracción del observador y robaran su atención de la composición principal. Hay dos posibles manera para conseguir este resultado:

    La sucia, internamente con Blender: El reflejo se puede difuminar aplicando un mapa de ruido fino en el canal de la normal. Ésta es una manera rápida de crear reflejos borrosos, aunque físicamente no sean muy correctos. Pero en este caso, ya que como el reflejo no debería llamar mucho la atención, ésto no tendría que suponer un problema.


    Estudio profesional de creacion de imagenes digitales con HDRI IBL y GI-paginas-desdemagazine14.jpg
    Renderizado: Reflejo con falos relieve

    La limpia, con Yafray: Yafray por sí mismo soporta mecanismos de reflejos borrosos. Por desgracia, esta opción no esta accesible desde la interfaz de Blender. Necesitas exportar la escena como un fichero XML y editarlo manualmente, para luego crear la imagen desde Yafray.


    Estudio profesional de creacion de imagenes digitales con HDRI IBL y GI-paginas-desdemagazine15.jpg
    Renderizado: Reflejo borroso real sin relieve


    Además, Yafray no es capaz de mostrar reflejos borrosos sobre otros reflejos, lo cual puede ser una limitación en algunas situaciones.

    Para exportar la escena en un fichero XML, todo lo que necesitas hacer es habilitar la exportación XML, iniciar la creación de la imagen (render), y parar Yafray en el momento que haya finalizado la carga de la escena y se inicie la generación de la imagen o render (estar atentos a la ventana del terminal en el momento que se pulse para iniciar el render). Abrimos el fichero XML con cualquier editor de texto e introducimos la siguiente información del sombreador:

    Primero incluímos el sombreador conetrace al inicio del fichero XML, después de la etiqueta <scene>.

    <shader type="conetrace" name="env"
    reflect="on" angle="10"
    samples="16" >
    <attributes>
    <color r="0.5" g="0.5" b="0.5" />
    </attributes>
    </shader>

    El valor de muestreo (samples), definira lo fino que será el desenfoque del reflejo. Valores más altos de 10, producen resultados suaves y apropiados para mi escena. Aunque ésto también depende de la distancia entre la cámara y el objeto. Por lo que para distancias más cortas, se necesitaran valores más altos. Cuando usas el sombreador conetrace, puedes deshabilitar las propiedades de reflexión internas del Blender. Lo siguente es añadir al XML <environment value=”env” /> del bloque de cada sombreador de material que queramos que refleje. Ver código a la derecha. El siguiente paso es el de salvar el fichero, y dejar que Yafray lo interprete y genere la imagen. Para mi comodidad, yo creé un acceso directo al fichero ejecutable Yafray.exe. Entonces sólo tengo que arrastrar y soltar el fichero XML sobre el icono del acceso directo, y la generación de la imagen se iniciara automáticamente.


    <shader type="blendershader"
    name="MAMaterial.002" >
    <attributes>
    <color r="0.800000" g="0.800000"
    b="0.800000" />
    <specular_color
    r="1.000000" g="1.000000" b="1.000000"
    />
    <mirror_color r="1.000000" g="1.000000"
    b="1.000000" />
    <diffuse_reflect value="0.800000" />
    <specular_amount value="0.500000" />
    <alpha value="1.000000"
    />
    <emit value="0.000000" />
    <matmodes
    value="traceable shadow" />
    <diffuse_brdf
    value="lambert" />
    <specular_brdf
    value="blender_cooktorr" />
    <hard value="50" />
    <environment value="env" />
    </attributes>
    Sin embargo, con Yafray tendremos dos problemas:

    Primero, al usar un mapa de ruido acabaremos obteniendo ese ruido en cualquier lugar del plano del suelo. Por lo que ésto no creara la textura de superficie que estoy buscando. Ver imagen: reflejo con falos relieve en la página anterior.

    Segundo, cuando usamos reflejos borrosos generados únicamente por Yafray, al final obtienes una superficie mostrando el reflejo pero sin textura. Ver imagen: reflejo borroso real en la página anterior.

    En mi escena final permito que Yafray genere los reflejos borrosos, aunque también le añado un mapa de relieve stucci al canal de la normal del plano del suelo. Con ésto obtengo un resultado muy aparente, a la vez que el mapa de relieve stucci da la textura deseada a la superficie del plano del suelo. Esto incrementa mucho el tiempo de generación de la imagen. Si en tu caso tienes un mapa de relieve que funcione bien para el plano del suelo, no sería entonces necesario que usaras el material de relieve stucci para que Yafray genere los reflejos borrosos reales.


    Estudio profesional de creacion de imagenes digitales con HDRI IBL y GI-16.jpg Estudio profesional de creacion de imagenes digitales con HDRI IBL y GI-17.jpg

    Estudio profesional de creacion de imagenes digitales con HDRI IBL y GI-18.jpg Estudio profesional de creacion de imagenes digitales con HDRI IBL y GI-19.jpg Estudio profesional de creacion de imagenes digitales con HDRI IBL y GI-20.jpg


    Deberías jugar un poco con los valores de reflexión y de las propiedades del material, ya que cualquier cambio sobre los reflejos alterara el color final del plano del suelo. Como veras, la primera vez el reflejo y el efecto del mapa stucci eran demasiado fuertes.

    En la última escena generada, yo tuve que bajar el valor del reflejo y el efecto del mapa de relieve stucci.

    Conclusión Aunque Blender carece de herramientas de modelado orientadas al diseño industrial CAD/CAM, este proyecto muestra con claridad la potencia que tiene Blender como herramienta de modelado y diseño, y Yafray como motor de generación de escenas fotorrealistas.

    Ambas son lo suficientemente potentes, como para que sean consideradas en serio por artistas que trabajen en entornos semi-CAD/CAM, como en el que yo trabajo, y que necesiten un conjunto compensado de herramientas de modelado, animación y renderización. Ya que todos mis objetos están hechos a mano, no necesito herramientas para realizar prototipos rápidamente. Inclusive, modelos que sean muy complejos pueden ser importados desde otras aplicaciones para texturizarlos en Blender y luego ser renderizados en Yafray. Desde el punto de vista de realizar escenas fotorrealistas, hoy día Yafray puede cubrir tantas soluciones industriales como seas capaz de usarlo correctamente.

    Con ésto podemos decir que el concepto de software abierto, puede competir realmente con las soluciones de software comercial.

    Aunque, por supuesto, existan características de renderización y materiales que, tanto Blender como Yafray todavía no soportan, ambos están sometidos a una continua y seria evolución. A Blender se le esta incorporando un nuevo sistema de materiales basados en nodos, y en Yafray se sigue mejorando la precisión física en la generación de las escenas.

    Como artista, espero que características presentes en Yafray (como los reflejos borrosos), más adelante se vayan integrando y puedan ser accesibles desde Blender. Todo ésto no sólo incrementara el potencial de esta combinación de herramientas, si no que además estrechará el margen existente entre el software abierto y el comercial.






    Estudio profesional de creacion de imagenes digitales con HDRI IBL y GI-22.jpg Claas Eicke Kuhnen.
    Uso Blender para mi trabajo artístico, pero principalmente para visualizar mi trabajo con la plata y explorar el concepto del diseño e interactuar con él. Siempre intento conseguir fotorrealismo y explorar y apróximarme a las nueva tecnologías.

    Durante mi graduación estuve trabajando como diseñador gráfico. Junto con mi hermano, fundamos ConColori y desde entonces proveemos soluciones de diseño industrial.

    www.concolori.de
    Fip2@gmx.net
    ClaasKunen@concolori.de



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