TEORÍA
1. Escenarios reales
1.1 La luz, los objetos y el ojo
1.2. La luz. Nociones generales. Unidades radiométricas y fotométricas
Cantidades radiométricas y fotométricas
Las cuatro unidades fotométricas principales
Luminancia, radiancia, irradiancia, reflectancia, brillo
1.3 Tipos de luces
El Sol. Radiación solar
El cielo. Radiación celeste
El fenómeno de la dispersión
La perspectiva aérea
La luz nocturna
Luces artificiales
Lámparas y luminarias
Color y calidad lumínica
1.4 Luces y sombras. Calidad y función visual de las sombras
1.5 Los objetos. Modulación de la luz por los objetos
1.6 El ojo y el sistema visual humano
La estructura del ojo
Mecanismos neuronales de inhibición lateral
Receptores cromáticos profundos. El córtex visual
Una visión global del cerebro
1.7 La formación de imágenes
Límites geométricos. Capacidad inicial de resolución del sistema visual
Poder de resolución y difracción. Círculos de confusión o círculos de Airy
Funciones de dispersión en el ojo
Detección y reconocimiento. Agudeza Vernier
1.8 La formación de imágenes. Límites de discriminación de valores
Condiciones de adaptación
La discriminación de luminancias. Leyes de Weber/Fechner
La cuantificación del contraste
La integración de la resolución y los valores. Funciones de transferencia
1.9 Rangos dinámicos. Escalas de valores
Umbrales absolutos y relativos
Rangos dinámicos
La construcción de escalas de valores
Las bandas de Mach
El sistema de zonas
2. Escenarios virtuales
2.1 La luz, los objetos y el ojo en un entorno virtual
2.2 Luz virtual. Unidades. Calidad lumínica
Unidades
La calidad lumínica
2.3 Tipos de luces
Luces virtuales simples
Luces básicas con propiedades de área y volumen (extensas)
Luces fotométricas
Luz solar. Luz celeste. Sistemas de luz diurna
Sistemas de luz diurna (integración de luz solar y luz celeste)
Simulación de luminarias
2.4 Luces y sombras. Introducción a los tipos de sombras y sistemas de cálculo
Volumen de sombra (shadow volume)
Sombras por mapa (shadow map)
Sombras por trazado de rayos (ray traced shadows)
Sombras de área
Sombras suavizadas por luces secundarias y por cálculos de iluminación global
Sombras de objetos transparentes
Otros tipos de sombras. Luces sin sombras. Luces negativas
2.5 Objetos virtuales. Los objetos virtuales como moduladores de luz
2.6 Ojos/cámaras virtuales
2.7 La formación de imágenes virtuales. Límites geométricos
Límites geométricos. Capacidad de resolución de dispositivos virtuales
2.8 La formación de imágenes. Rangos dinámicos y escalas de valores
Rangos dinámicos de dispositivos artificiales
Rangos de dispositivos de entrada. Cámaras digitales. Escáneres
Rangos de dispositivos de salida. Monitores. Impresoras
Construcción de escalas en dispositivos analógicos. La densitometría
Construcción de escalas en dispositivos virtuales. El factor gamma
Formatos de alto rango dinámico (HDR). Introducción. Conceptos básicos y aplicaciones
Distribución de valores en formatos HDR. Tone mapping
3. Sistemas de cálculo de iluminación
3.1 Introducción
Procedimientos básicos y marco general del proceso de cálculo
Sistemas de iluminación local
3.2 Sistemas de iluminación global
Resumen de la evolución histórica
Ventajas y desventajas de los métodos disponibles
3.3 Ray tracing clásico (1980)
Métodos precursores. Cálculos de visibilidad y sombras (1968, 1971)
Métodos clásicos de ray tracing (1980)
Ray tracing distribuido (1984)
3.4 Radiosidad
Método general (1984)
Técnicas de optimización
Recolección final (FG) en radiosidad
3.5 La rendering equation
La rendering equation (1986)
Coordenadas hemisféricas. Radiancia. Irradiancia
La función de reflectancia (BRDF)
Path tracing (1986)
Estrategias de cálculo. Forward tracing. Backward tracing
Función de respuesta (response, importance function). Measurement equation
3.6 Métodos de Montecarlo. Métodos generales de ray tracing
Orígenes del método de Montecarlo
Métodos básicos de Montecarlo en simulaciones de iluminación
Métodos de optimización
Quasi Monte Carlo
Cálculo de la iluminación directa e indirecta
Ray tracing generalizado. Métodos de optimización. Estructuras intermediarias
3.7 Métodos de pases múltiples (multipass). Métodos biased
Métodos combinados de ray tracing y radiosidad (1986)
Bidirectional path tracing (1993)
Irradiance cache (1988, 1992)
Proyección de fotones (photon mapping, 1995)
Proyección de fotones y cáusticas
Final gather
Metropolis light transport (1997)
3.8 Image based lighting (IBL)
Fundamentos
Procedimiento general
3.9 Ambient occlusion
3.10 Otros métodos
Importons
Irradiance particles
Brick maps. Point clouds. Point based GI
TÉCNICAS. ANÁLISIS DE CASOS
4. Recursos básicos y complementarios
4.1 Recursos básicos
Las tuberías de la representación
Tarjetas gráficas. La GPU
Direct3D y OpenGL. Shaders. Otras tecnologías recientes
Las tuberías de la representación
Los cálculos de iluminación y la pipeline
Cálculos estandarizados
Iluminación global con la GPU
Aspectos generales. Ventajas y limitaciones del uso de la GPU. Rasterization frente a Ray tracing
Múltiples luces (VPL). Instant radiosity. Lightcuts. Otras variantes
Precomputed Radiance Transfer (PRT). Otros métodos de precómputo
Ray tracing con la GPU
Photon mapping
Ambient occlusion
Final gather e irradiance caching
Aliasing y antialiasing
Conceptos fundamentales
Supermuestreo y submuestreo. Muestreo adaptativo
Ejemplos de configuraciones básicas
Unified sampling. Progressive rendering
Filtros. Filtros usados en cálculos de iluminación
Organización de la escena
Aspectos generales
Material de superposición (override material)
Cámaras
4.2 Uso de imágenes HDR en cálculos de iluminación
Imágenes HDR
Métodos generales de obtención de imágenes HDR
Grabación de series de fotografías con varias exposiciones
Montaje y generación de archivos HDR a partir de series de fotografías
Imágenes panorámicas
Mapas de entorno panorámicos
Tipos principales
Software de generación de panoramas
Transformaciones de panoramas
Skydomes y skyboxes
Métodos de grabación y montaje de panoramas HDR a partir de escenarios reales
Grabación de series de fotografías solapadas
Grabación por medio de una bola especular (mirror ball)
Grabación con cámaras especiales
Montaje y generación de HDR panorámicos
Métodos de grabación y montaje a partir de escenarios virtuales
Procedimiento general con Terragen
Montaje externo
Procedimiento general con 3ds Max o programas similares
Montaje externo
4.3 Edición y ajuste de imágenes HDR
Edición
Análisis previo
Herramientas y limitaciones de edición
Ajustes
Ajustes básicos
Ajustes locales
Ejemplos
Ejemplo 1
Ejemplo 2
4.4 Reproyección de valores (tone mapping). Ajustes de gamma. Control de exposición
Visualización LDR de archivos HDR
Reproyección de valores (tone mapping)
Métodos automáticos
Ajustes de gamma
Tipos generales de ajustes
Ajustes locales de gamma
Control de exposición
Problemas con fondos y control de exposición
Fondos demasiado oscuros o claros
5. Iluminación directa. Luces y Sombras
Nota sobre los ejemplos
5.1 Luces simples puntuales, focales, directas
Interfaz y métodos de creación y modificación
Parámetros básicos de luces simples
Atenuación con luces simples
Recursos adicionales. Exclusión. Afectar a difuso. Afectar a especular
Luces simples extensas
Luces extensas planas
Luces extensas de volumen
5.2 Luces fotométricas
Parámetros básicos de luces fotométricas
Unidades de luces fotométricas
Unidades y control de exposición
Temperatura de color. Plantillas
Tipos de distribución. Archivos IES. Otros archivos
5.3 Sombras
Parámetros generales
Tipos de sombras
Sombras por mapa (shadow maps)
Sombras por ray trace
Sombras de área
Sombras de volumen
5.4 Sistemas de luz diurna
Procedimientos generales. Creación y especificación de datos climatológicos
Luz solar. Tipos y propiedades
Luz celeste. Tipos y propiedades
Luz celeste. Modelos de cielos
Perspectiva aérea
Mapas de entorno
Sky portals
Control de la temperatura de color en sky portals
5.5 Luminarias y objetos luminosos
Luminarias
Tres ejemplos
Objetos irradiantes
Efectos de volumen de luz y de resplandor (glow, glare)
6. Sistemas y configuraciones de cálculo de iluminación global
6.1 Iluminación directa e iluminación indirecta
Sistemas de iluminación local y de iluminación global
Tipos de organización de la escena y tipos de luces en ambos sistemas
Tipos de cálculo de sombras en ambos sistemas
Dependencia del punto de vista y de la resolución. Métodos de filtrado y antialiasing
Ventajas de los sistemas de iluminación local
Ventajas de los sistemas de iluminación global y sumario de los descritos en este capítulo
Principales aplicaciones (motores de render) disponibles en 2014
RenderMan (1988, Pixar)
Mental Ray (1989, mental images, Nvidia)
Cinema 4D (1993, Maxon)
Lightwave 3D (1994, Newtek)
Mantra con Houdini (1996, Side Effects Software)
V-Ray (1997, Chaos Group)
3Delight (2000, DNA Research)
FinalRender (~2001, Cebas)
Modo (2004, The Foundry)
Maxwell (2006, Next Limit)
Arnold (2009, Solid Angle)
Octane (2011, Otoy)
Clarisse (2012, iFX Isotropic)
Lagoa MultiOptics (2013, Lagoa)
Escenario utilizado en los análisis de este capítulo
6.2 Radiosidad
Radiosidad con 3ds Max
Preparación. Escenario utilizado. Sumario del método
Primera fase: calidad inicial
Segunda fase: mallado
Tercera fase: regather
Control de las características y densidad de la malla
Control de la fuga de color con radiosidad
Radiosidad con otros programas
6.3 Path tracing y otros métodos básicos de Montecarlo
Métodos de path tracing con iray de mental ray
Descripción general
Parámetros
Ejemplo 1 (interior)
Ejemplo 2 (exterior)
Path tracing con V-Ray (light cache)
Procedimientos de configuración de iluminación global en V-Ray
Descripción general
Parámetros generales
Análisis
?Fuerza bruta? o DMC (Deterministic Monte Carlo) con V-Ray
Descripción general
Parámetros. Análisis
6.4 Irradiancia y Final Gather
Irradiancia con V-Ray
Descripción general
Parámetros generales
Análisis
Final Gather con mental ray
Procedimientos generales de configuración de iluminación global con mental ray
Descripción general
Parámetros
6.5 Fotones. Combinación de irradiancia y fotones. Cáusticas
Fotones con mental ray
Descripción general
Parámetros generales
Análisis
Combinación de irradiancia y fotones con mental ray
Fotones con mr sun
Control de la fuga de color (color bleeding) con fotones
Fotones con V-Ray
Parámetros generales
Análisis
Combinación de irradiancia y fotones con V-Ray
Cáusticas
Caústicas con mental ray
Descripción general
Parámetros generales
Análisis
Ejemplos
Problemas característicos
6.6 Métodos de optimización
Reutilización de mapas de irradiancia, final gather y fotones
Uso de importons e irradiance particles
6.7 IBL (Image Based Lighting)
Procedimientos comunes a las diferentes aplicaciones
Tipos de aplicaciones y tipos de mapas HDR. Conversión entre formatos
Combinación de mapas HDR y LDR para procesar fondos, entornos y reflejos
Entornos virtuales o integrados como objetos hemisféricos
Problemas característicos
IBL con mental ray
Carga y configuración de un archivo HDR o EXR
Alternativas de configuración para IBL
Escenario y mapas utilizados en los cuatro primeros ejemplos que siguen
Ejemplo 1. Un mapa. Con FG y un objeto envolvente hemisférico irradiante
Ejemplo 2. Un mapa. Con FG y Skylight
Ejemplo 3. Un mapa. Con iray
Ejemplo 4. Un mapa. Con IBL nativo
Mapas utilizados en el último ejemplo que sigue
Ejemplo 5. Dos o Tres mapas. Iluminación, fondo, reflejos
Smart IBL (sIBL)
Uso de IBL con otras aplicaciones
6.8 Oclusión ambiental (Ambient Occlusion)
Ambient Occlusion como sistema de cálculo de iluminación sin luces
Descripción general
Parámetros
Ejemplo
6.9 Análisis y medición de la iluminación
Análisis de la iluminación con radiosidad
Recursos
Análisis de la iluminación con mental ray
Recursos
Precisión de los análisis
Parámetros principales
Ejemplo 1. Galería. Iluminación diurna
Ejemplo 2. Galería. Iluminación con luces artificiales
Referencias
Índice analítico
La simulación de la iluminación es uno de los grandes temas implicados en la creación de escenarios virtuales. Requiere asimilar diversas técnicas que derivan de principios teóricos, sin cuyo conocimiento será difícil utilizar bien estas técnicas y también se necesita una buena formación visual, la capacidad de observar, de razonar visualmente, de reflexionar sobre los causas que subyacen a los fenómenos visuales, a las apariencias de objetos y escenarios familares. La finalidad de este libro, que se publica en paralelo con otro sobre simulación visual de materiales, es abordar todos estos temas en profundidad, de un modo coherente. En su Iª parte, ofrece una visión general de los fundamentos teóricos de las técnicas de simulación visual, tanto por lo que hace a los conceptos y recursos disponibles, como a las capacidades y límitaciones de nuestro sistema visual. En su IIº parte, se desarrollan ejemplos de aplicación que faciliten su asimilación y su utilización práctica.
