Materiales en V-ray 5 – Guía de materiales I

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Materiales en V-ray 5 – Guía de materiales I

Materiales “universales”

Esta será una guía de materiales presentada en tres entregas.

Mediante esta guía se pretende aportar con la lógica necesaria para crear cualquier material que uno se proponga.

Tomaremos como base el motor de render de V-ray en su última versión, pero La forma de pensar el material serviría para cualquier motor actual de materiales (Arnold, Keyshot, Redshift,renderman, etc).

Debido a la dinámica de materiales PBR que explicaremos más adelante, Casi todos los motores cuentan con una estructura similar.

Las tres entregas serán las siguientes:

  1. Estructura y lógica de un material.
    1. Physically-Based Rendering (PBR)
    2. La propuesta del PBR para pensar en un material.
    3. EL concepto PBR en V-ray
    4. Metales y no metales (dieléctricos)
    5. Cristales y líquidos.
    6. Deconstrucción de un material
    7. Conclusiones ala primera parte.
  2. Materiales complejos y su tratamiento.
  3. Desarrollo de Casos prácticos

Estructura y lógica de un material.

Physically-Based Rendering (PBR)

Es una forma de enfocar la creación de un material mediante mediciones y consideraciones más o menos universales con el fin de lograr el mayor realismo posible en una imagen CGI.

Antes, la forma de pensar en un material no era demasiado similar y el artista digital tenía que pasar tiempo desarrollando su “método” siempre en base al software que manejara. Si cambiaba de software, era volver a la casilla uno.

El PBR nace de la necesidad que se tiene en las diferentes industrias de contenido digital (videojuegos, efectos visuales, creadores de contenido digital interactivo, etc) de poder crear contenido compatible para todas estas salidas.

Es que actualmente, las barreras que separaban a estas disciplinas han ido desapareciendo por la llegada de tecnología más potente y fiable.

La novedad del enfoque PBR es que es “data agnostic” o universal

Actualmente es la forma más aceptada de crear y pensar en un material, debido a que se ha estandarizado y ahora es un conjunto de reglas que funcionan (con sus respectivos matices) en cualquier motor de render.

El artista es libre de elegir su software con la confianza de que su forma de crear será extrapolable a cualquier otro programa.

Dejamos además este interesante artículo creado por los autores de Marmoset Toolbag que explica con más detalle de qué hablamos cuando hacemos referencia a PBR, sin portarnos muy técnicos.

Si bien esta perspectiva para crear materiales está pensada para buscar el realismo

La propuesta del PBR para pensar en un material.

Esta forma de pensar en un material, está presente desde hace ya un tiempo largo en cualquier motor de render avanzado.

Los Conceptos a tener en cuenta son:

Color.

También llamado “albedo” o “difuso”.

Reflejo.

Capacidad de devolver luz e imagen de la manera en la que lo haría un espejo

Refracción.

Capacidad de dejar pasar luz e imagen. Representada por la transparencia y la translucidez.

La ley de la conservación de la energía.

La energía se transforma no se pierde ni desaparece. Es algo que hay que tener en cuenta, pero que generalmente es manejado y administrado por el motor de render.

Con esta ley en mente, nos aseguramos que la fuerza de un brillo en un material esté ligada al tamaño de este.

“Metalidad”

Para simplificar la percepción de materiales, se ha hecho una importante diferenciación entre metales y no metales.

Efecto fresnel.

La cantidad de reflectividad de cada material depende del ángulo de visión. Esta propiedad se define con un índice (un valor asignado)

Algunos materiales como los metales, tienen índices muy altos, lo cual significa que los reflejos emitidos por sus superficies serán visibles aunque el ángulo de visión sea pequeño (perpendicular). Por el contrario, aquellos materiales con un índice bajo, necesitarán ser vistos desde ángulos mayores (paralelo) para que sus reflejos puedan ser percibidos (plásticos, cerámicas,asfalto,etc.).

Microsuperficies.

Aquellas imperfecciones que hacen que una superficie no sea perfecta. Aunque sean a nivel microscopico e imperceptibles a simple vista. Juegan un papel fundamental en “la personalidad” de un material.

Estas irregularidades en la superficie son las responsables de variaciones en el color y reflejos de cada material.

El concepto PBR en V-ray.-

El material que veremos primero es la navaja suiza de los materiales, El VrayMtl.

Es un material con el que se puede lograr armar bastantes materiales siguiendo el protocolo PBR.

En la versión 5 de V-ray contamos con un material que contempla un abanico aún mas amplio de materiales. Si logramos entender cómo funciona este material, lo tendremos todo controlado.

Su estructura es la siguiente.

El material cuenta con tres grandes zonas

La primera zona tiene cinco apartados y es la principal.

Materiales

El primer apartado está dedicado al difuso (color o albedo), luego viene el apartado que tiene todo lo relativo a reflejo, un tercer apartado trata de la refracción.

Los últimos dos apartados manipular la translucidez y la auto iluminación. Este último es un extra para ciertos efectos visuales.

La segunda y tercera zona son para una capa de barniz o de recubrimiento brillante llamada “ coat ”  y otra que se encarga de ese brillo especial que tienen las telas llamado ”sheen”

Como podemos observar, cada uno de los apartados cuenta con dos tipos de manipulación ya sea un color por paleta de colores o un número y al lado de cada uno de estos criterios una casilla para poder recubrirlo con un mapa.

Recordemos que el mapa es simplemente una imagen que debe llenar unos criterios para estar en cada una de estas casillas a veces puede ser que el mapa esté en colores otras veces puede ser que esté en blanco y negro y en escala de grises o en algunos casos especiales una mezcla de los clásicos rojo verde y azul para, por ejemplo, el mapa de normales.

A medida que vayamos construyendo el material nos encargaremos de mencionar qué características tiene que tener cada uno de los mapas.

Descripción de nuestra escena de pruebas.-

Materiales

A pesar de estar hablando estrictamente de materiales tenemos que recordar que la apreciación del realismo en un rénder siempre es un conjunto de por lo -3 atributos el modelado la iluminación y el material solo uno de estos criterios por separado puede estropear la apreciación de cualquiera de los otros dos.

En nuestro caso la preparación del escenario es muy simple.

Materiales

tenemos un objeto de prueba está en primer plano y luego hemos decidido poner un suelo y una pared para no tener esa sensación de vacío hacia el horizonte además como se aprecia en la captura hemos instalado un sol y un cielo de Vray.

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Un pequeño extra de detalles en nuestra geometría.

Nuestra geometría estaba inicialmente destinada a la impresión en 3D por lo que detalles como el pelaje no pueden aparecer en este modelos de 80000 polígonos (era necesario una geometría de aprox. 2,5 millones de polígonos).

A cambio hicimos servir el mapa de normales que es un mapa de relieve que nos permite guardar información de curvatura. En el material de Vray se aloja en primera línea en el grupo del difuso porque es importante para la apreciación del detalle final.

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Adorno de jardín con 80000 polígonos sin el mapa de normales aplicado (nótese la superficie más o menos regular )

Mapa de normales aplicado en el canal que le corresponde

Comparativa. Mitad izquierda sin normales y la mitad dercha con normales

Metales y No-metales (dieléctricos).-

Como habíamos mencionado antes, esta es una diferenciación que se hace con fines prácticos.

Permite tratar a los metales de una forma y al resto de materiales de otra. De esta forma es más fácil conseguir resultados “realistas”.

También pueden apreciar que se ha adjuntado el término “dieléctrico” para definir a los no metales.

En un principio se concibe que los metales son conductores de electricidad y que el resto de materiales no. De ahí el término.

Sin embargo, y si nos ponemos quisquillosos, el agua es conductora de electricidad y no será tratada como metal (por razones obvias). Aquí dejamos escrito el término, simplemente porque si se desea buscar más información para profundizar al respecto, es un criterio de búsqueda aceptable.

Para comenzar, revisaremos la estructura de los metales. Que parecen tener la lógica más simple.

Además, que en la versión 5 de V-ray existe un desplegable que nos permite elegir entre un juego de presets que son un muy buen punto de partida.

Después de todo, quiénes mejores que los mismos creadores del motor para indicarnos la ruta adecuada.

Presetns de materiales.

Los usuarios de V-ray han pedido siempre tener la facilidad de no comenzar de cero para la creación de sus materiales. Es comprensible desde un punto de vista práctico, (cuando se piden las cosas para ayer). Ahora bien, si nos ponemos a repasar lo que realmente es necesario para convertir un material en muchos otros (en este caso metales) nos daremos cuenta de que nunca fué necesario.

Nos encontramos con estos parámetros. No hemos elegido todos. Sólo los que nos daban la “regla” de los metales.

Materiales

Para poder hacer las capturas a continuación, hemos activado el previsualizador de tiempo real de V-ray a fin de tener un render dentro de uno de los visores de MAX mientras contemplamos los cambios en el editor de materiales.

Cuando hayamos entendido todos los criterios necesarios para la creación de estos materiales volveremos a los metales. Sin embargo ya podemos ir sacando dos conclusiones importantes.

2 ideas importantes

1.- Mediante el sistema PBR Sólo hemos necesitado activar el switch de «metal» (véase la flecha verde en el aluminio) para obetener nuestra lista de metales. Pro lo demás el reflejo de todos es a un 100% (canal en blanco) y el difuso nos tiñe las diversas salidas.

2.- Luego de esto, sólo hemos tenido que jugar con el IOR y cambiar el canal que inicialmente se llama glossines a roughness. (sigue siendo un mapa de negro a blanco pero invertido) mientras que pensando en el pulido (glossines) el blanco o valor 1 nos dice que la superficie es muy lustrosa y negro o valor cero es Rugosidad (dispersión de brillo). En el mapa de roughnes 0 es liso y sin imperfecciones y 1 es áspero y disperso en brillo.

Un ultima cosa al referirnos al cromado, que es casi un espejo. A parte de la intervención de algo de aspereza en su superficie por tratarse de un metal, vemos que por muy perfecta que fuera su configuración, jamás sería tomado en serio como un espejo.

Volvemos a recordar que la clave de los materiales es la simbiosis de moeldo, materiales y luz. No existen espejos con forma de conejos. (liebrejos, jackalopes o wolpertinger), y por eso nuestro espejo es imposible.

Cristales y líquidos.

Los cristales nos brindan la oportunidad de ver interacutar relfejo y refracción. La idea básica del cristal se apoya en el principio de fresnel para reflejar y dejar pasar la luz em base a un ángulo de incidencia. Pro un momento cambiamos de objeto de estudio para poder observar más tranquilamente los efectos.

Materiales

Configuración del cristal. A diferencia de los metales, se usa el glossines como criterio de nitidez.

A pesar de su configuración a prueba de fallos. Una geometría póbremente enfocada hace que el cristal tenga un efecto «lupa» de distorsión. Porque el motor considera como pared de entrada y de salida del cristal a los dos extremos de la tetera.

Es con la ayuda de un modificador Shelll que dotamos a la tetera de un espesor que la libera de su calidad de «maciza» y nos permite apreciar correctamente el cristal.

 

Con los cristales no ha ido nada mal, pero siguiendo con la refracción, prestemos atención un momento al agua.

Si aplicamos el preset de agua a la tetera nos quedaremos «sin ningún efecto evidente» más allá del de una cristal con el índice de refracción más suave (1.33 en vez de 1.6)

Materiales

c’est ne pas une teapot

Y es que el agua nunca será tan maleable que pueda «solidificarse»para formar algo tan nítido. El agua son moléculas en constante movimiento.

Similar efecto percibimos cuando miramos a una piscina interior. El agua está tan calmada que parece un cristal

Necesitamos movimento. Irregularidad.

Materiales

Un ligero noise aplicado a la geometría hace la magia. También hemos quitado el shell para que se vea como una gota enorme.

Con esto queda evidente la influencia de la forma sobre la apreciación del material.

Deconstrucción de un material (Un ejemplo práctico).-

Referencia.

Ahora volvemos a nuestro modelo de ejemplo para recrear un material. Esto nos permitirá apreciar el proceso mental de construir mediante la observación.

Como siempre, necesitamos refrencias. HEmos elegido algo «sencillo» para ir calentando.

Materiales.

Usaremos una muestra de arcilla, cerámica «en crudo». La diferencia está en el color y en el acabado cuando se hornea, pero la vista incial es muy parecida.

Y un compendio de los «resultados» que nos arroja Google.

Partimos de lo que se conoce.

  1. Es un material no metal (uso de glossiness)
  2. Tiene un ídice de refracción (revisar tabla en la web de pixel and poly o cualquiera similar)
  3. Tiene un color base.

Resultado 1

En base a esto tenemos la primera aproximación.

El intento no es del todo bueno. Falta variación en los tonos de color (la arcilla no seca ni fragúa igual). Podríamos probar proceduralmente, pero por comodidad hemos buscado un mapa. con esas variaciones de color.

El resultado es el siguiente.

Resultado 2

Materiales Materiales

A pesar que el mapa brinda juego al modelo, observamos que sutilmente los detalles de la escultura en si (pelaje) no están presentes y que con ese color no se puede apreciar los tonos variables.

Una buena técnica es la de añadir una capa de oclusión al mapa de color (mediante un mapa composite) para recuperar algo de ese detalle ignorado.

Resultado 3

Materiales Materiales

Ya mejora. Aunque también vemos que los reflejos que indican esas zonas de humedad o de menos porosidad son my uniformes. Se suele usar un mapa en blanco y nedgro o en escala de grises para «romper» con el valor único de potenica de reflejo.

Resultado 4

Materiales Materiales

 

Va mejorando por momentos, pero esa sensación de poros o de barro seco que debe tener no es apreciable todavía. Todos sabemos que para más detalle, sería necesaria más carga poligonal.

O podemos hacer uso de algo que vimos al principio de este artículo. El mapa de relieve.

Comenzamos con un bump sencillo que mediante blanco y negro indica relieves y depresiones.

El resultado:

Resultado 5

Materiales Materiales

Mucho más perceptible. Vamos a dejarlo así de moment para nuestras consideraciones (quizás un poco menos para el final).

Al añadir el relieve de la cerámiza, hemos vuelto a enterrar el detalle del pelaje. Si se tratase de otro mapa de relieve (en blanco y  negro ) podemos hacer uso una vez más del un composite para sumar los resultados.

Pero, estando almacenado el pelaje en un mapa de normales, podemos hacer uso del contenedor «Vray normal map» que tiene dos ranuras. Una para las normales y ona segunda para un soporte de relieve extra.

Resultado Final

Materiales Materiales

 

Conclusiones de la primera parte.

Hasta aquí hemos llegado con nuestra primera parte de la jornada. Digamos que es la que pretendía teorízar lo necesario para pasar a la práctica. Eso no quita que aprendamos algun concepto más en el futuro.

Hay algunas ideas que se tienen que quedar para partir en la segunda entrega:

  1. La observación es la herramienta más poderosa.
  2. El PBR funciona. Sólo hay que saber razonarlo y aplicarlo.
  3. La forma es vital para completar la sensación de un material.

Hasta el siguiente post.

 

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