Técnicas para iluminar correctamente una escena

Los objetivos de la iluminación en gráficos tridimensionales de ordenador son más o menos los mismos que en la iluminación en un entorno real. La iluminación cumple la función básica de resaltar o disimular las formas de los objetos visibles desde el punto de vista de la cámara. Le otorga a la imagen bidimensional del monitor una ilusión de profundidad tridimensional. Pero no se queda sólo allí. También le aporta a la imagen su personalidad, su carácter. Una misma escena iluminada de distintas formas puede provocar un sentimiento de alegría, de pesar, de temor, y puede lograr esto en formas que van de lo dramático a lo sutil. Conjuntamente con la personalidad y el carácter, la iluminación inunda la escena con una emoción que es transmitida directamente al espectador.

Intentar simular un entorno real dentro de uno artificial puede llegar a ser una tarea desalentadora. Pero aún logrando una imagen 3d que luzca absolutamente foto-realista, eso no garantizara que ésta transmita una emoción suficientemente intensa como para arrancar un guau de la gente que la vea. Lograr imágenes 3d foto-realistas puede ser difícil. Impregnarlas de emociones profundas puede ser más difícil aún. Sin embargo, con una estrategia de iluminación planificada en consonancia con el ánimo y emoción que se quiere expresar en la imagen, se lograra que el proceso sea más fácil.

La meta última de este artículo es llegar a producir imágenes foto-realistas por medio de la aplicación de buenas técnicas de iluminación. Utilizaré LightWave 3d para demostrar las técnicas de iluminación usadas, pero éstas pueden ser aplicadas en cualquier programa de 3d.

Componentes y propiedades de la luz.

Cada fuente de luz puede ser descompuesta en 4 componentes distintos para ser analizada.
· intensidad.
· dirección.
· color.
· tamaño.

Considero los términos de arriba como auto explicativos, aun así daré una descripción de cada uno en el texto a continuación. Algunos prefieren combinar todos estos términos bajo otro término que denominan calidad de luz. Esta calidad de luz es determinada por la contribución de cada uno de estos 4 componentes a la iluminación global de la escena.

Me gustaría exponer aquí algunos ejemplos importados del mundo de la fotografía. He descubierto que los fotógrafos son maestros de la iluminación y que hay mucho para aprender en su trabajo.

Por ejemplo, la calidad de luz varía con el tiempo en un entorno natural y los fotógrafos escogen sus sujetos de acuerdo a la calidad de la luz disponible a determinada hora del día. Algunos fotógrafos solamente hacen tomas luego del Alba y justo antes de la puesta del sol porque la luz en esos momentos del día tiene colores más fuertes y arroja sombras largas y dramáticas. Es posible simular ese tipo de entorno dentro de un programa 3d y obtener imágenes realmente dinámicas. Una luz proveniente de un ángulo bajo es apropiada para la iluminación lateral, la cual da una buena calidad tridimensional general a los sujetos. Iluminarlos desde atrás con luces similares puede producir unas siluetas increíbles.

Usualmente ilumino mis personajes utilizando luces de bajo ángulo que crean sombras largas y resaltan la forma del personaje. Este tipo de iluminación es también muy apropiado para paisajes, así que, pueden intentar una iluminación de este tipo la próxima vez que creen imágenes de paisajes.

En condiciones de cielo encapotado, tal como un día nublado, los fotógrafos realizan tomas de acercamiento de flores, por ejemplo. La iluminación encapotada se traduce en una fuente de luz de un área considerable (una fuente de luz de área en LightWave). Otros ejemplos de fotografías que pueden ser tomadas en una condición encapotada (o con una fuente de luz de gran área) son retratos o fotografías de alimentos. Esto no necesariamente tiene por que hacerse en exteriores. La frase operativa aquí es fuente de luz de gran área.

Debería ahora pasar a describir individualmente cada una de los 4 componentes de la luz.

Intensidad de la luz.

La intensidad de la luz puede ser definida simplemente como la cantidad de luz emitida desde una fuente. A medida que se incrementa la intensidad de una luz, desde cero hasta valores muy elevados, comienzan a suceder cosas interesantes a los objetos iluminados por dicha luz. Abajo hay una serie de imágenes que muestran algunos de estos efectos. Mi propósito era resaltar una esfera ubicada entre otros objetos y para esto hice un análisis de los efectos que cambiar la intensidad de la luz en la escena tenía sobre toda la composición.

Fig. 1.1
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Fig. 1.2
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Fig. 1.3
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Fig. 1.4
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Fig. 1.5
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Fig. 1.6
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Fig. 1.7
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Fig. 1.8
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La fig. 1.1 está muy poco iluminada y apenas se puede percibir el reflejo de la fuente de luz.

La fig. 1.2 aún podría beneficiarse de una fuente de luz más potente. Ahora se percibe una esfera reflejando la fuente de luz.

La fig. 1.3 muestra la mayoría de los objetos en la escena, pero no da una fuerte impresión. Las texturas comienzan a emerger.

La fig. 1.4 muestra casi todos los objetos en la escena. Nótese que ya no se distingue el reflejo de la fuente de luz y que la textura en un tercio de la esfera se ha perdido.

La fig. 1.5 saca a luz todos los objetos en la escena de una forma clara. Los colores de la esfera están ahora sobresaturados por causa de la mayor potencia de la luz (comparada con la de la fig. 1.3)
La fig. 1.6 muestra que los objetos que rodean a la esfera central comienzan a presentar una sobresaturación de luz y sus colores comienzan a saturarse.

La fig. 1.7 simplemente intensifica los efectos mencionados en la descripción de la fig. 1.6.

La fig. 1.8 muestra unos colores salvajemente sobresaturados y objetos sobre expuestos con una considerable proporción de texturas y detalle perdido debido a la sobrexposición.

Si continuamos analizando esta serie de imágenes, notaremos que el contraste entre la esfera y los objetos que la rodean está bastante bien balanceado en la fig. 1.5 debido a que los objetos circundantes están agradablemente iluminados y el perfil de la esfera puede ser fácilmente reconocido. Sin embargo en la fig. 1.8, notamos que la esfera ya no presenta un papel central, obteniéndose una composición más débil.

Dicho esto, hay momentos en que una sobre-exposición puede ser muy deseable. Todo depende de cómo se dese presentar una imagen y, en caso que una sobre-exposición a la luz revele alguna de las características más fuertes del sujeto, entonces habrá que perseguir esto por todos los medios.

Dirección de la luz.

Imaginemos una escena donde existe luz de intensidad y color equivalente, incidiendo sobre un rostro humano en todas direcciones por igual y sobre un fondo negro. ¿Qué veríamos? Veríamos solamente una silueta bidimensional del rostro recortada sobre el fondo. ¿por qué? Porque los rayos de igual color e intensidad pintaran todos los lados del rostro con el mismo color y la misma intensidad. Si una sombra tendiera a formarse, sería instantáneamente borrada por los rayos que inciden sobre esa región.

El punto que intento demostrar es que la razón por la cual somos capaces de reconocer la forma de un objeto, es que los rayos de luz de distintas intensidades que golpean al objeto desde distintas direcciones, pintan al objeto con brillos y sombras.

La dirección de la luz proveniente de una fuente puede mejorar la forma del sujeto, así como la emotividad general de la escena. También puede arruinar lo que se está intentando capturar en la imagen. Para dar profundidad al objeto que está siendo iluminado, se debe ubicar la fuente principal de luz, o luz principal, a un cierto ángulo con respecto a la cámara para producir brillos y sombras. Hacer esto creara o resaltara la ilusión de profundidad en el objeto, debido al desvanecimiento gradual de brillo a sombra sobre la superficie del mismo. Lo que se aprecia en el monitor es en realidad una imagen bidimensional, y la ilusión de tridimensionalidad es creada por los brillos y sombras en el objeto. Para ilustrar aún más este punto, consideraremos las dos imágenes de abajo.

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Fig. 2.1
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Fig. 2.2
La fig 2.1 muestra al objeto iluminado desde una única fuente de luz ubicada a la izquierda de la cámara. Es posible apreciar claramente los pliegues, las protuberancias y depresiones de la superficie. También es posible ver claramente la base del objeto en contacto con el piso y arrojando una sombra.

La fig 2.2 representa al mismo objeto, pero la fuente de luz se encuentra directamente tras la cámara. Los detalles frontales se han perdido casi en su totalidad, debido a que las sombras arrojadas en 2.1 se han desvanecido por la acción de la luz directa. Sin embargo, aún es apreciable algún detalle sobre los bordes. También luce, muy aburrida en mi opinión.

La dirección de la luz también tiene un efecto sobre el ánimo de la imagen. A continuación se presenta un ejemplo típico de un rostro siendo iluminado desde abajo, lo que otorga un efecto muy dramático. Consideraremos las dos imágenes de abajo. En cada una se muestra luz proviniendo desde abajo del rostro del personaje, pero desde distintas direcciones, lo que permite que se resalte en cada caso su personalidad en forma distinta. La fig 3.1 revela directamente la personalidad amenazante del personaje, mientras que la fig 3.2 la revela, pero en una forma más sutil.

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Fig. 3.1
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Fig. 3.2.

No estamos acostumbrados a ver este tipo de iluminación. En exteriores, la luz proviene desde el cielo sobre nosotros y en interiores la ubicamos tanto en el cielo raso como en las paredes. La luz proveniente casi directamente de abajo del rostro puede herir los ojos del sujeto, pues normalmente en tal situación, la fuente de luz es directamente visible por los ojos del personaje. En la mayoría de los casos, intentamos no mirar directamente a una fuente de luz. Ver un personaje que se siente a gusto con una luz tan directa-y que revela las características de su rostro de forma tan poco común-tiene un impacto dramático sobre nuestra percepción de la personalidad del personaje. Si se piensa en la luz que proviene de arriba como luz positiva, entonces la luz proveniente de abajo puede ser considerada como la inversa de esa luz positiva y reduce los rasgos positivos del personaje.

Sin embargo, no todas las situaciones en que la luz proviene de abajo del rostro son negativas. Mencionaré aquí un típico ejemplo de una escena donde la luz proveniente de abajo (en forma de un cálido halo rojizo) otorga una apariencia romántica.

Al iluminar rostros o hasta personajes completos, hay que tener en mente que rasgos del personaje definen su personalidad. Si observamos al personaje de las figuras 3.1 y 3.2, notaremos que su personalidad esta definida por su rostro alargado, su ceño y pómulos prominentes, sus ojos mayormente pequeños, etc. Todos estos rasgos le dan a su personalidad un toque negativo. Pero su nariz, por ejemplo, es bastante común. Cada personaje presenta ciertos rasgos que, al ser resaltados, tienen una influencia negativa o positiva sobre la personalidad del mismo. Estos rasgos positivos o negativos pueden ser resaltados con el tipo apropiado de iluminación. Si se observa al mismo personaje en la fig. 2.1 y luego se lo compara con la personalidad que está siendo definida en la fig 3.1, se notara que hay una gran diferencia en la legibilidad de sus emociones. La fig 2.1 lo hace lucir de alguna manera como un pensador (con cuerpo musculoso). Casi ninguno de los rasgos negativos que acabo de mencionar de su rostro (ceño y pómulos prominentes, etc.) está muy bien recogido por la iluminación de la escena en la fig 2.2 y ni siquiera en la fig 2.1. Resumiendo, se debe iluminar al personaje de manera de revelar o destacar su personalidad.

Puede a ver situaciones en las que se dese ocultar los rasgos negativos de un personaje para hacerlo parecer inocente. En tal caso, dirigir la iluminación de tal forma que las sombras negativas de los rasgos prominentes sean desvanecidas, puede ayudar a lograr el propósito deseado.

La luz proveniente directamente desde arriba de la cabeza de una persona fue con frecuencia utilizada por los pintores del renacimiento para representar divinidad y espiritualidad. Sin embargo, el efecto producido por este tipo de luz es en gran medida dependiente del sujeto. Ver las figuras 4.1 y 4.2. Si bien los aspectos negativos de su rostro han sido mutados de forma apreciable, no han desaparecido completamente.

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Fig. 4.1
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Fig. 4.2.

Las figuras 4.3 y 4.4 otra vez muestran situaciones en las que la luz proviene de arriba, pero que no presentan ningún efecto angelical. La diferencia entre las figuras 4.1 y 4.2, y 4.3 y 4.4 es que las últimas presentan puntos de luz más localizados, concentrados y duros. Una luz con esta dureza y localización (conjuntamente con sus sombras duras) refuerza el lado negativo de este personaje.

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Fig. 4.3
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Fig. 4.4.

Color de la luz.

Afirmé anteriormente que la razón por la que somos capaces de reconocer la forma de un objeto es que rayos de luz de distintas intensidades, provenientes de distintas direcciones, impactan en él, pintándolo con brillos y sombras. Para hacer más completa esta afirmación, tendría que agregar aquí que nuestra habilidad para reconocer la forma de un objeto depende de la habilidad de los rayos de luz, de distintas intensidades y colores, de impactarlo desde distintas direcciones, pintándolo con brillos y sombras.

El color de una luz directa depende de su fuente de irradiación. La luz blanca esta compuesta por todos los posibles colores existentes. Un rayo de luz blanca cambiara de color si encuentra un obstáculo que no sea ni blanco ni negro. Si impacta a un objeto blanco, el mismo rayo es reflejado. Si el objeto es de color negro, el objeto absorbe toda la luz, sin importar de que color era originalmente y nada es reflejado. De manera que básicamente al observar un objeto totalmente negro, se ve de ese color porque no hay luz que ingrese al ojo proveniente de esa dirección. Para probar este punto, intentemos cerrar los ojos por un segundo (y por favor intenta no quedarte dormido). Ahora. ¿Qué color vimos?
En la fig. 4.5 de abajo, es posible ver un rayo blanco de luz directa, que es reflejado por un piso azul. El piso absorbe todos los colores del rayo que lo impacta, a excepción del azul que es reflejado. Nótese que la luz es reflejada con un ángulo idéntico al ángulo de impacto con relación al piso.

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fig. 4.5

Manteniendo idénticas condiciones, cualquier objeto que esté en el camino de este rayo reflejado de luz azul, será iluminado por luz azul solamente. Aún más, la habilidad de un color de reflejar la luz depende de su brillo y riqueza. Un rojo brillante, por ejemplo, rebotara más luz que un azul oscuro.

Distintos colores también transmiten relaciones espaciales y temporales distintas. Bien. Permítanme explicar el significado de estas caprichosas expresiones. Una relación espacial esta basada en la distancia (o espacio) entre dos o más objetos. Una relación temporal esta basada en el tiempo. (¿alguna vez escucharon la frase desplazamiento temporal en Star Trek?)
El color azul es frecuentemente utilizado para representar profundidad. Basta una mirada a cualquier película de cine/televisión para notar que todas las tomas nocturnas están ligeramente teñidas de azul. Un objeto iluminado con tonos oscuros (menos saturados) de azul, generalmente tiene tendencia a permanecer en el fondo.

Generalmente hablando, los colores saturados representan una proximidad cercana, mientras que los no saturados representan distancia. Un buen ejemplo para citar aquí son las mañanas brumosas. A medida que los objetos se alejan, tienden a perder la saturación de su color. Resumiendo, los colores brillantes y saturados tienden a permanecer en frente, mientras los menos saturados encuentran su lugar en el fondo.

Demos una mirada a las siguientes tres figuras (5.1-5.3) de gramps (modelado y texturizado por David mas). Todas estas imágenes fueron teñidas con distintos colores en Adobe Photoshop y cada una representa un momento distinto del día. Aunque las sombras efectivamente no cambien de posición entre cada imagen, aun así cada una representa un momento distinto del día.

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Fig. 5.1 temprano, por la mañana.

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Fig. 5.2 invierno mediodía.

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Fig. 5.3 atardecer veraniego.

Las mañanas normalmente presentan un tinte azulado. Alrededor del mediodía, se obtiene una luz más o menos balanceada. Hay, en alguna medida, algo de luz azul presente (reflejada desde el cielo), pero su efecto no es muy pronunciado. La luz del atardecer esta típicamente caracterizada por los tonos cálidos y anaranjados.

Observemos atentamente el siguiente conjunto de tres imágenes. Las sombras cambian su posición en las primeras dos. La fig. 5.4 representa otra vez un mediodía veraniego y la 5.5 representa el atardecer. La fig 5.6 muestra una escena iluminada por una luna elevada en el cielo. El tinte azul esta presente para dar la ilusión de noche.

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Fig. 5.4.

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Fig. 5.5.

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Fig. 5.6.

Tamaño de la fuente de luz.

El tamaño de la fuente tiene un efecto preponderante en la sensibilidad general de la escena. Una fuente de luz de reducido tamaño arroja sombras muy definidas y apreciables, incorporando un elemento de tensión a la imagen. Un ejemplo de una fuente de luz de tamaño reducido podría ser la lámpara de una linterna, la cual en efecto arroja sombras muy definidas.

Una fuente de luz de un área mayor arroja sombras mucho más suaves (menos apreciables), aportando un sentimiento de relajación a la escena.

Si posamos los ojos por un momento sobre nuestro ya familiar señor Gramps en la figura 6.1 de abajo. Nos daremos cuenta que su rostro esta iluminado por una fuente de luz muy y concentrada que arroja unas sombras muy apreciables, especialmente bajo la nariz y las cejas. Esta fuente de luz resalta la tristeza y desesperanza de la escena de una manera mucho más marcada que en la figura 6.2. Ambas figuras están iluminadas por fuentes de luz ubicadas por encima de gramps, pero la fuente de luz en la 6.2 es mucho más grande (evidenciado por las sombras suaves) que la de la 6.1.

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Fig. 6.1.

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Fig. 6.2

La fuente de luz, más suave y de mayor tamaño, de la 6.2 le da a gramps un elemento de esperanza que no se encuentra presente en la 6.1. Luce triste, pero esperanzado (nótese que en la 6.1 y 6.2 se utilizó al mismo gramps, con la misma expresión facial).
un agradecimiento especial a David Mass de la orden de stickman, por su apoyo y comentarios, y por supuesto, por gramps.

Que buen artículo, excelente.