Aplicació, modificació i animació de les llums virtuals

Quan s’ha d’il·luminar un objecte o un producte, molt sovint es demana que sigui una il·luminació semblant a la d’un estudi fotogràfic. Aquesta il·luminació en 3D s’haurà de fer mitjançant:

• Llums virtuals, en diferents mides, intensitats i colors.
• També serà necessari crear una estructura de les llums que estigui relacionada amb la càmera i la seva ubicació.

Les llums es divideixen en natives, si són del programari Maya, i externes, de programaris com Arnold, que actualment es el programa interpretador de la llum dins d’Autodesk Maya.

Els paràmetres comuns a les llums virtuals són els següents:

• Color: el color que emet la llum.
• Intensitat: controla la lluentor emesa per la font de llum i en multiplica el color. Podria equiparar-se així: un 1 d’intensitat equival a la llum d’una espelma.
• Exposició: es refereix a la intensitat de llum capturada per la càmera. En fotografia l’exposició s’indica amb el nombre f; per exemple f16 és el valor d’exposició per capturar una fotografia en un dia de sol. Multiplica la intensitat per 2 elevat al valor d’exposició.
• Mostres: són la quantitat de rajos que es desprenen de la font de llum representats per punts que s’agrupen en forma de gra. Un valor d’1 fa un gra molt evident als reflexos del punt de llum; en canvi, un valor de 4 elimina la majoria de gra i alenteix el temps de procés.
• Normalització: aquest paràmetre permet regular harmònicament les intensitats de llum directa i indirecta a la nostra escena.
• Projecció d’ombra: aquest paràmetre determina si es projecta o no ombra a partir dels nostres objectes.
• Densitat d’ombra: fa referència a la transparència de l’ombra. Va de 0 a 1, en què 1 és l’ombra menys transparent.
• Color d’ombra: el color que tindrà l’ombra dels objectes un cop tenyida.
• Projecció d’ombra volumètrica: podem activar i desactivar si els feixos de llum retallen una ombra a les atmosferes volumètriques.
• Mostres volumètriques: es refereix a la quantitat de rajos que creuaran l’atmosfera per retallar i definir la nostra llum volumètrica. Té el mateix sentit que a les mostres de la llum.

No són el mateix les llums per a animació (vegeu la figura) que per a videojocs. De fet, a l’entorn dels videojocs no existeix la il·luminació com a tal, sinó que es programen un seguit de capes que, multiplicades, sumades i restades entre si creen la il·lusió de rebre llum. Es representen directament projectant les seves superfícies en la capa de color de la pantalla. Al joc Immaturity, per exemple, es fa servir aquesta tècnica (vegeu la figura).

El programari està farcit de diferents punts de llum perquè els utilitzeu en els vostres projectes. Si col·loqueu una única llum a l’escenari, s’anomena llum principal o de valor. Aquesta llum genera una ombra molt intensa a les zones on no hi cau directament; per això podeu afegir una llum de farciment o per omplir les zones que tinguin un excés d’ombra.

Aquests conceptes propis de la il·luminació fotogràfica són els mateixos per a l’entorn virtual. Hi ha una infinitat de combinacions de llums per destacar l’objecte protagonista de la vostra imatge; les que tenen referència a la fotografia són:

• principal,
• tres quarts,
• lateral,
• contrallum,
• contorn i perfilat i
• farciment lateral, de tres quarts i general.

Per conèixer algunes de les llums que ens ofereix el programari 3D, i també com preparar una estructura de tres punts de llum, vegeu el vídeo a continuació:

Les ombres s’originen a partir de l’obstaculització dels rajos que són emesos des dels punts de llum, i van rebotant per totes les superfícies de la nostra escena.

Segons l’òptica geomètrica, la llum es propaga en línia recta. I l’absència d’ombres significa absència de llum i també de color. Així, l’ombra total, o umbra, és l’absència total de rajos lumínics; mentre que l’ombra pròpia és la que es troba adherida el propi objecte que la produeix. La podeu desactivar configurant un material de color constant al vostre objecte.

L’ombra projectada és la que podem observar a diferents objectes al voltant, i que adopta la forma de l’objecte que la projecta. També hi ha l’ombra reflectida, que és la produïda per l’escassetat de llum que es dona a partir dels cossos que s’interposen a la trajectòria de l’ombra projectada; es troba activada per defecte i la podeu desactivar al paràmetre de projecció d’ombra, al punt de llum on us calgui.

Una font de llum propera o gran produeix ombres de contorns nítids, mentre que una font llunyana o petita produeix contorns difosos. Aquests paràmetres es poden modificar i alterar mitjançant els controls de les llums, d’una manera molt més flexible que a la realitat fotogràfica.

Per saber-ne més sobre la duresa de les ombres i com modificar-ne les propietats vegeu el vídeo següent:

El color present a les ombres es deu al color de les superfícies on es projecten; encara que, a l’entorn virtual, es pot modificar el color de les ombres projectades d’un focus. També es pot modificar el color de les zones amb ombra projectada, fent servir estructures de llums de menys intensitat que siguin acolorides tal com necessiteu.

Malgrat que s’interpreta com a “manca de llum”, hem de fugir de la idea que el color de l’ombra és gris. Per exemple, en cas de tenir dos punts de llum contraposats, un de vermell i un de verd, l’ombra serà del color del punt de llum on es projecti, exceptuant la zona on es creuen les ombres, que serà de color negre transparent (vegeu la figura).

Exemple d'ús d'ombres de colors per crear sensacions anímiques

Cal tenir en compte les propietats de color i temperatura de la llum indirecta. Els estudis de color determinen la calidesa o la fredor de la llum i aquesta es pot utilitzar per crear sensacions en l’audiència. A la imatge podeu veure tres combinacions de natura morta: càlid i fred, natura morta freda i natura morta càlida. Els entorns suggerits donaran sensacions sobre la ubicació i crearan un vincle amb l’inconscient dels observadors i observadores.

Per conèixer les tècniques de modificació del color de l’ombra, malgrat la superfície on es projecten, podeu veure el següent vídeo:

A la llum natural hi ha una propietat que es pot fer servir amb intencions artístiques; parlem de la degradació de la llum.

La dispersió de la llum als entorns dels nostres objectes fa que les ombres no siguin perfectament perfilades. A més, la llum que és reflectida de les superfícies que envolten el nostre objecte contribueix a il·luminar les parts fosques.

Cal especificar aquesta propietat natural quan treballeu amb llums virtuals. Per definició, les llums virtuals tenen la flexibilitat d’editar i controlar la degradació de les ombres projectades i les ombres pròpies. També poden ser exportades i treballades independentment en programes d’edició fotogràfica.

Vegeu com editar els paràmetres de degradació de la llum en el següent vídeo:

Per poder fer servir més d’una vegada els punts de llum que s’han configurat amb anterioritat, és necessari crear un protocol i la nomenclatura d’aquests punts.

Tenint en compte les escenes on es treballa amb l’animació i altres components d’una producció audiovisual, és important crear un sistema o llista de codis que faciliti la feina i es pugui relacionar amb les escenes on es faran servir els punts de llum. Aquests sistemes es poden descriure en uns quadres d’il·luminació; especificant:

• Nom de la llum o el seu codi.
• Intensitat de la llum.
• L’escena on es farà servir.

També hi ha els punts de llum específics per a personatges i objectes; hauran de figurar al nostre quadre amb la corresponent especificació, amb un paràmetre extra on podem escriure el nom del personatge o de l’objecte per al qual s’ha creat aquesta llum.

També podeu fer servir escenaris preil·luminats per agilitzar les tasques d’interpretació i procés del programari. Aquests escenaris sovint es fan servir repetidament al llarg de la producció, especialment si és una producció llarga. Per arxivar-los correctament cal crear un quadre específic per als fons, on es descrigui:

• El tipus de il·luminació: interior o exterior.
• L’hora del dia.
• Si hi ha elements mòbils a l’escena.

Aquests paràmetres són importants a l’hora de decidir si s’haurà d’editar o no un escenari preil·luminat. Cal tenir en compte que, si hi ha objectes mòbils, l’ombra d’aquests objectes no hauria de figurar al nostre l’escenari. Aquests objectes s’hauran d’il·luminar independentment i produir-los posteriorment en els acabats de la nostra imatge.

Aquests quadres sinòptics i les seves nomenclatures han de figurar al protocol de producció, i no es poden vulnerar de cap manera.

El quadre ha d’estar representat en un projecte on trobem unes carpetes amb els diferents tipus de punts de llum, distribuïts en les seqüències de la nostra producció; tal com passa amb els escenaris que heu preil·luminat. La distribució dels quadres més habitual és la següent:

• per carpetes amb seqüències i
• dins de les seqüències, indicant:
  • el tipus d’il·luminació
  • i l’hora del dia.

Aquest sistema d’organització dona molta flexibilitat i eficiència a les produccions audiovisuals que fan servir llums virtuals.

A la realitat fotogràfica el que s’ha de fer és rodar tota la seqüència on hi hagi una il·luminació seguida, amb el mínim de temps entre plans, ja que repetir exactament la mateixa il·luminació és molt costós.

En canvi, treballant amb llums virtuals podreu modificar, canviar, desar o importar llibreries senceres de llums, per repetir exactament qualsevol il·luminació que tingueu en una escena o un personatge sense tenir en compte quant temps fa que no treballeu en aquella seqüència.

En el següent vídeo podeu veure exemples de com anomenar i arxivar i quins són els criteris a seguir per crear una base de dades d’il·luminació:

A l’hora de modificar i controlar els llums de l’escena amb els quals s’està treballant, Maya ofereix un editor amb què no caldrà que anem seleccionant les llums individualment i comprovant els seus paràmetres en l’Attribute Editor, el Light Editor.

Aquest editor permet veure les característiques més comunes de tots els llums que hi ha l’escena, com el color, la intensitat, l’exposició o les mostres, així com els paràmetres de transformació (Translate, Rotate i Scale), com mostra la imatge següent figura.

Es poden afegir o treure paràmetres d’aquest editor, modificant l’arxiu LE*Template.xml de cada llum. En l’enllaç següent hi ha descrit el procediment, https://autode.sk/3zV3xpi

En el següent vídeo, es mostra com es pot utilitzar el Light Editor per acabar de polir la il·luminació de les escenes de Maya i millorar el renderitzat, d’una manera ràpida i eficient.

El programari de Maya ve configurat amb dos sistemes d’il·luminació:

• Il·luminació parcial: és la simulació de la llum que es configura i projecta fent ús d’estadístiques i no es considera físicament real. Aquest mètode no té perquè ser incorrecte però introdueix uns paràmetres que poden resultar en imatges poc fidels a les referències. Es pot portar a terme segons dos procediments:
  • El mapa d’ombres mitjançant rajos.
  • El mapa d’ombres mitjançant la profunditat.
• Il·luminació imparcial: és la tècnica de procés que no introdueix errors sistemàtics, com ara difuminació del gra de la imatge, en la generació de la imatge final. No utilitza mapes d’ombres, però sí les fórmules de l’òptica física per obtenir els valors de la propagació de la llum. Sovint es creen imatges de referència amb aquesta il·luminació. Actualment les companyies de cinema més importants han adaptat al 100% aquesta tècnica.

Com dèiem, al sistema parcial hi ha uns paràmetres per organitzar jocs de mapes d’ombres. Aquests mapes d’ombres es basen en uns paràmetres matemàtics que produeixen les textures de les superfícies i les ombres. Aquests poden ser:

• Paràmetres de profunditat. Els mapes d’ombres basats en la profunditat, tendeixen a simular les ombres projectades amb diferents dispersions i nitideses; per tant, no són un sistema fiable per elaborar imatges naturals.
• Paràmetres de raig de llum. Els mapes d’ombres generats a partir de raig de llum són més fidels a la il·luminació real; però:
  • Tant la dispersió de distribució de l’ombra com de la penombra queden en mans de l’artista que hi treballa. Això deixa un marge massa ample per a l’error.
  • A més, el programari Autodesk Maya fa servir dos processadors d’imatges, un anomenat Arnold, que és imparcial amb la llum que representa perfectament les ombres, i un de parcial que s’anomena Maya Software Render, de qualitat inferior.

El procés per utilitzar mapes de textura de profunditat és el següent. Primer es crea, a partir del programari, una textura que es projectarà sobre el terra; és una textura procedimental que no es pot editar ni afegir externament. Un cop projectada aquesta textura, es difumina a les cantonades i se’n modifica la transparència, barrejant-la amb la textura (que ja tingui la superfície on es projecta).

En el cas de la projecció d’ombra per rajos el procés és semblant. Primer es calcula un sol raig vectorial que perfila el volum de l’objecte que projectarà l’ombra. Posteriorment, el programari dibuixarà una superfície; amb aquesta forma el terra i, després, afegirà transparència i atenuació a les seves cantonades.

Resumint, tots aquests paràmetres que s’havien fet servir fins fa poc estan deixant de ser útils per a la generació d’imatges fotorealistes. Actualment, el sistema imparcial d’il·luminació és el que més s’utilitza per crear imatges de qualitat, en detriment del sistema parcial. Podeu veure les diferències entre els tres tipus de creació d’ombres a la figura

Hi ha un munt de paràmetres que podeu ajustar en els diferents punts de llum virtual de què disposeu, entre els quals destaquen la intensitat, la duresa, el color, l’oclusió, la transparència i la profunditat.

Per començar a veure quines són les opcions i treballar amb els principals focus virtuals, vegeu aquest vídeo:

La intensitat dels nostres punts de llum genera una il·luminació indirecta en els elements que hi ha al voltant de la nostra escena. Controlant la intensitat emesa pel nostre focus, es poden aconseguir una sèrie d’efectes. Alhora, la majoria de representacions es poden editar amb gran flexibilitat per requeriments artístics de la imatge final.

Un altre paràmetre important és la duresa. La suavitat amb què es representen les ombres pròpies, o les seves ombres projectades, pot crear una sensació a la persona que observi les imatges. La mida del nostre punt de llum virtual també pot influir definitivament en la duresa de la nostra projecció de la llum i l’ombra.

Per conèixer alguns punts de llum i com treballar amb la intensitat, l’exposició i la duresa vegeu el següent vídeo:

El color de la llum emesa està basat en dos paràmetres importants:

• El paràmetre de color virtual.
• La temperatura de la llum.

Vegeu el següent vídeo per aprendre a configurar-los:

Mitjançant el paràmetre de color, també podem atorgar als llums virtuals una altra característica: la projecció d’imatges.

Per fer-ho, cal que s’assigni al mapa de color la imatge que es vol projectar. Aquesta funció pot ser molt útil, tant a l’hora de representar una imatge projectada com per simular la llum tintada quan aquesta travessa un vitrall.

Cal recordar que com més alt sigui el valor d’spread al llum, la llum serà molt més difosa, de la mateixa manera, com més alt sigui el valor de samples, més nítida serà la llum. En teniu un exemple del seu ús en el següent vídeo.

El programari processador de les imatges pot tenir dificultats a l’hora de processar l’ombra reflectida; en concret en escletxes o espais molt petits. Per això, aquesta ombra reflectida es pot generar mitjançant oclusió.

L’oclusió és una propietat que es pot configurar als materials del nostre objecte; processant-ho per capes, i produint-ho, posteriorment, en programes d’edició.

És un cas semblant al que passa amb la profunditat. La distància focal i la profunditat de camp són processos molt complexos i requereixen molt de temps. Es pot fer servir un sistema de capes per agilitzar el procés a la majoria de les situacions on hauríem de fer servir aquesta propietat.

La transparència es refereix a la possibilitat de processar llum que es transmet escampada a través de les superfícies. Depenent del gruix de la superfície, el color de l’objecte es fa més evident, l’efecte de tenyiment en relació amb l’augment de gruix és exponencial.

Per veure com configurar les llums per generar transparència, oclusió i mapes de profunditat, vegeu el següent vídeo:

Les llums volumètriques són les que, antigament, es creaven mitjançant un con translúcid, per donar la sensació de feix de llum. Actualment, les llums tenen un paràmetre d’ombres volumètriques que està sincronitzat perfectament amb l’atmosfera. Aquest es pot activar des dels paràmetres de renderització, i és en aquest entorn atmosfèric virtual on es projectarà el volum de la llum.

Una de les situacions més comunes que cal representar és la translucidesa de la llum, travessant objectes de diferents gruixos i densitats. Aquests processos són molt costosos i cal configurar-los amb molta cura.

Poden configurar les opcions per tal que la distribució de la llum es processi de manera diferent quan ja ha travessat la superfície o primera capa d’un objecte; és a dir, quan processem la subsuperfície (en anglès, subsurfaces).

Les subsuperfícies que tenen aquesta propietat translúcida solen ser objectes de substàncies que a la natura són de plàstic, de cera, de pell, o objectes que siguin aliments, com per exemple formatge o les fruites, com el raïm.

Antigament, la dispersió de la llum era un paràmetre que se simulava mitjançant unes configuracions en els punts de llum, però actualment es controla a partir dels materials dels objectes.

A banda de la translucidesa, una altra de les situacions més comunes és la de representar la llum natural. Alguns dels efectes més naturals són molt difícils d’aconseguir mitjançant llums virtuals amb programari interpretador, encara que siguin molt moderns. Les llums virtuals no estan configurades per emetre una lluentor al seu voltant tal com les interpretem quan les veiem a la realitat. El que passa és que la llum que veiem lluent a l’espai el que està fent és il·luminar l’aire, les partícules de diferents gasos i petits objectes al voltant de la llum. Per aconseguir aquest efecte en un entorn virtual, caldrà configurar, primerament, una atmosfera i donar-li la densitat necessària perquè es vegin representats els feixos de llum.

Per saber-ne més sobre els efectes volumètrics de la llum que es poden aconseguir en un entorn virtual, vegeu el següent vídeo:

Si tenim en compte que el contrast és un element essencial d’una bona il·luminació, ens serà molt útil l’ús de la il·luminació negativa.

La llum negativa pot afegir dimensió i contrast a les vostres imatges, i eliminar la majoria de la llum ambient que podria contaminar, amb efectes no desitjats, les parts més fosques de la vostra escena.

Una de les propietats de la llum virtual imparcial és l’harmonia i homogeneïtat. És molt comú intentar crear una imatge dramàtica amb tons de contrallum o de llum lateral, amb ombres molt marcades a la zona pròpia de l’objecte. Però, com que la llum s’escampa homogèniament i es distribueix per tota l’escena, reflectint-se infinites vegades sobre els diferents objectes, no podem aconseguir ombres fosques o marcades.

Per aconseguir-ho, cal reduir l’efecte de propagació de la llum reflectida sobre els objectes que desitgeu. Vegeu una de les tècniques per crear un sistema d’absorció de llum a prop del protagonista de la vostra escena:

Una de les possibilitats de treballar amb llums virtuals és la de relacionar objectes amb fonts de llum. A la realitat és impossible col·locar punts de llum que il·luminin únicament un objecte que és al costat d’un altre. Per tant, aquest és un dels punts més interessants a l’hora treballar amb llums relacionades.

Fent servir un quadre, com a la figura, podem seleccionar les llums de la nostra escena i connectar-les amb objectes individualment o en grups.

Malgrat que les possibilitats d’afinament de la nostra il·luminació, fent servir aquesta tècnica, són molt grans, cal tenir en compte que, si no es fa servir amb molta precisió, la imatge esdevé desintegrada i els objectes perden la relació, de manera que sembla que no estiguin a la mateixa situació i temps.

Per saber-ne més sobre la configuració i relació de llums i objectes, vegeu el següent vídeo:

En el procés de creació d’entorns, els objectes més llunyans es poden presentar fàcilment mitjançant un cub i projectar una textura diferent que envolti cadascuna de les seves sis cares (podeu veure el resultat en pla a la figura.) El programari que fareu servir en aquest cas és Maya, però en altres programaris se segueix un procediment molt similar.

La possibilitat de tenir un entorn llunyà que envolti la nostra escena fa que el procés de generació de les imatges d’alta qualitat sigui més eficient; tant a l’hora de representar reflexions, com a l’hora de reduir la quantitat d’objectes del nostre entorn.

Aquest sistema s’utilitza constantment en entorns de temps real i vídeojocs. També es fa servir molt sovint en produccions per televisió i cinema. Podeu veure com crear un entorn basat en un cub, en el següent vídeo:

L’animació de llums s’utilitza en moltes situacions, perquè és una de les formes més fàcils de donar dinamisme a les nostres imatges en moviment.

El cas més clar, i que a tots us vindrà el cap, és el petit reflex lluent que passa per sobre de les lletres d’un logotip. Aquest efecte es fa mitjançant un panell que es desplaça per sobre de les lletres i que veiem reflectit des de la càmera.

Però també es fa servir de manera que no es reconegui que es tracta d’un efecte. Per exemple, si teniu un cotxe en una escena real que està conduït per uns actors, es crearà un sistema de llums giratòries per desplaçar les llums, donant la sensació que són fanals del carrer. De la mateixa manera, a l’entorn virtual s’animen les llums creant un túnel amb intermitència que farà una sensació similar.

També per a recursos narratius en els quals volem donar la sensació d’inquietud, es fan servir diferents intensitats o rotacions dels punts de llum, sobre els escenaris i sobre els personatges.

Com veieu, l’animació de llums es pot fer servir per indicar i destacar situacions, tant en productes audiovisuals de cinema i televisió, com, molt freqüentment, a l’entorn dels videojocs. Als programes d’edició en 3D hi ha moltes possibilitats d’enregistrar paràmetres a diferents moments, mitjançant la línia de temps.

En el cas de les llums virtuals també és possible animar no només les transformacions espacials de posició, rotació o mida, sinó que també es poden editar i enregistrar paràmetres d’intensitat, duresa, penombra i molts d’altres, per després reproduir-los en forma d’animació.

Als videojocs, sovint es fa servir una capa de llum volumètrica per accentuar la intensitat i la lluentor, en llocs on impacten projectils, o per destacar llocs d’energia d’un escenari. Altres vegades, es crea una capa de lluentor per enlluernar; com a la figura, on s’ha aplicat una animació que augmenta gradualment la intensitat del sol en relació directa amb l’angle de la càmera fins que es troba perpendicular a l’origen de la lluentor (és a dir, quan l’espectador dirigeix la seva mirada cap a aquest). En definitiva, es tracta d’una eina molt versàtil i té usos són molt diversos.

A les animacions enregistrades, els punts de llum són visibles principalment al processament final de les imatges. És per aquest motiu que les previsualitzacions es fan amb menys resolució. Així es pot conèixer quin serà el resultat de les animacions abans de processar la imatge final.

Per veure diverses tècniques d’animació de les llums virtuals, vegeu el vídeo següent:

Quan treballeu la il·luminació, haureu de combinar els esquemes de llum, la configuració dels parametres de les llums, les característiques de les ombres, ect. de manera que entraran en joc molts elements.

En els següents vídeos veureu exemples del procés general per realitzar diferents esquemes d’il·luminació i aplicar efectes. El primer exemple explica com il·luminar un bodegó, i el segon, l’interior d’una habitació amb il·luminació nocturna: