7 Consejos sobre translucidez (SSS)

Translucidez y materiales (SSS)

Qué sucede cuando la luz interactúa con el material?

La respuesta es bastante simple, porque sólo puede pasar que:

• La luz rebote en forma espejada (especular)
• Refleje deforma dispersa (difuso)
• Que atraviese el material (refracción o transmisión de la luz) o
• Que se absorba (la energía de la luz desaparece).

Fotones y electrones.

Devolver la luz

Todo se reduce a cómo los átomos de energía de luz (fotones ) interactúan con los electrones.
Cuando un fotón choca con un electrón se produce el efecto reflejo.
Los metales, por ejemplo, son conductores de la electricidad y es porque tienen en su estructura nubes de electrones flotando contínuamente cerca de la superficie del metal. Cuando los fotones chocan con una estructura metálica no tienen tiempo a penetrar el material porque las nubes de electrones hacen que la luz se refleje inmediatamente provocando el efecto espejo (especular).

Pero cuando hablamos de no metales o no conductores de la electricidad (también llamados dieléctricos) nos encontramos con estructuras ordenadas de electrones de posición fija (menor densidad de electrones.

El fotón entonces tiene que llegar hasta la posición de los electrones para lograr el rebote y eso permite que estos fotones interactúen con más de un electrón produciendo rebotes que desvían la energía de forma difusa (reflejo difuso)

Dejar pasar la luz

Cuando la luz atraviesa el material (refracción) es un proceso relativamente fácil de reproducir para nuestros programas de 3D porque la mayoría han logrado de forma exitosa crear cristales y líquidos sin mucho esfuerzo de procesamiento. Los electrones de estos materiales no llegan a interactuar con los fotones y dejan que la energía de estos últimos pase libremente por el material.
Lo único que pasa es que la densidad es que la velocidad de la energía de luz se ve afectada por la densidad del material y de ahí que la luz se desvíe ligeramente de su curso normal.
De esta forma se produce la desviación de la luz típica de la refracción.

También importa el orden de las moléculas de cada material.

Así como en el reflejo nos encontramos con las categorías de metálico (electro conductor) o dieléctrico (resto de materiales), en la estructura de los materiales que dejan pasar la luz tenemos a los de estructura cristalina y a los de estructura amorfa.

La estructura cristalina es ordenada y predecible, muchos cristales entran en esta categoría.

Materiales como el mármol y algunos plásticos o la porcelana entran en esta categoría, sólo que el resultado es diferente del cristal porque la organización de las moléculas es más densa .

La estructura amorfa se presenta en elementos que tienen una combinación de moléculas que no terminan de mezclarse en una. Es lo que nos encontramos con elementos como el zumo, la leche o el ketchup. Pertenecen a las emulsiones. Si bien tienen agua en su contenido, también contienen moléculas flotantes de otros materiales.

La leche por ejemplo está compuesta de agua y grasa Cuando la luz se encuentra con la estructura molecular de la parte de agua de la leche entonces pasa sin problemas, pero cuando topa con las moléculas de grasa se produce la difusión. La clave está en que el roden de dónde se encuentran cad auna de la moléculas cambia constantemente.

SSS (dispersión de subsuperficie).-

Cuando esa interacción viene acompañada de la dispersión de la energía, nos encontramos con un fenómeno llamado dispersión de subsuperficie ( Para este artículo usaremos la abreviatura del inglés SSS).

Es un fenómeno que ocurre cuando la luz penetra en un material translúcido o semitranslúcido, se dispersa debajo de la superficie y luego sale del material. Este efecto es particularmente notable en materiales orgánicos como piel, cera, mármol, leche y diversos tipos de frutas. En gráficos por computadora y renderizado, la simulación de la SSS es crucial para lograr imágenes realistas.

Ejemplos de materiales donde se representa la SSS

Piel humana: La SSS es muy perceptible en la piel humana. Cuando la luz incide sobre la piel, penetra la capa exterior, se dispersa dentro de las capas de la piel y luego sale, creando una apariencia suave y realista.

Cera: La naturaleza translúcida de la cera permite que la luz penetre y se disperse dentro del material, produciendo una suavidad y calidez características.

Mármol: Ciertos tipos de mármol exhiben dispersión bajo la superficie debido a sus propiedades semitranslúcidas. La luz puede penetrar la superficie y dispersarse dentro del material, dando al mármol una apariencia única.

Leche: La leche es un ejemplo común de sustancia semitranslúcida que demuestra dispersión bajo la superficie. Cuando la luz pasa a través de la leche, se dispersa dentro del líquido, creando una apariencia suave y difusa.

Frutas y verduras: muchas frutas y verduras, especialmente aquellas con piel fina o translúcida, presentan dispersión bajo la superficie. Los ejemplos incluyen uvas, tomates y ciertos tipos de hojas.

Jalea o gelatina: Las sustancias gelatinosas, como ciertos tipos de gelatina o postres de gelatina, presentan dispersión bajo la superficie debido a su naturaleza semitranslúcida.

Velas: La cera de las velas puede mostrar dispersión bajo la superficie cuando se encienden. La cera permite que la luz penetre y se disperse en el interior, creando un efecto cálido y brillante.

Telas: Ciertas telas, especialmente aquellas con cierto grado de translucidez, pueden mostrar dispersión bajo la superficie cuando se iluminan. Este efecto se utiliza a menudo en gráficos por computadora para crear materiales textiles realistas.

Al estudiar o simular la SSS, estos objetos se utilizan a menudo como referencias o puntos de referencia para algoritmos de renderizado para garantizar resultados realistas y visualmente agradables.
En la mayoría de los casos no existe una fórmula universal que nos ayude a representar todos los casos mediante una perspectiva de ecuación. Por lo general y dependiendo del motor de render, hay que elegir métodos que se aproximen a lo que necesitamos. Los cálculos de una SSS universal o representada fielmente como en la realidad nos llevarían a tiempos de render muy elevados.

Consejos Para obtener una buena SSS

Y es por eso que lo mejor que se puede hacer es tener en cuenta ciertos aspectos a la hora de querer representar este fenómeno que hace que nuestro render sea más atractivo.

1.- Modelar siempre a escala.-

Siempre que nos encontramos con la presencia de SSS en los materiales, suele ser más evidente en volúmenes pequeños, cuando la luz se abre paso en extensiones cortas de material.
Esquinas de los objetos de mármol o los cartílagos de las orejas y la naríz cuando hablamos de piel.
En objetos de plástico o cera también es más evidente la SSS cuando son objetos pequeños. Una vela muestra más SSS que un cirio.
Una pieza de lego muestra más SSS que una cesta de ropa del mismo material (plástico ABS)
Tener en cuenta el tamaño real de nuestros objetos siempre ha sido clave apra el realismo de la escena, pero es aún más vital a la hora de representar la SSS

2.- Usar imágenes de referencia.-

Dado que la SSS sólo puede ser aproximada por los motores de render, será siempre necesaria la documentación de referencia.

Un buen punto de partida son los “Casos universales” mencionados anteriormente.
Además no está de más recabar documentación gráfica (fotos) del material que se quiere reproducir en las condiciones que se pretenden crear o, al menos, condiciones parecidas.

3.- Tener una iluminación adecuada.-

Pensar en una escena de 3D como en un armado de estudio fotográfico es sin duda un buen consejo.

Utiliza iluminación suave y difusa: la SSS es más notoria en condiciones de iluminación suave y difusa. Evita fuentes de luz duras y directas.
Considere el uso de iluminación ambiental: las técnicas de iluminación global, como la oclusión ambiental o la iluminación indirecta, pueden mejorar el realismo general de la translucidez

4.- Usar mapas de textura.-

Usa mapas de textura que simulen las variaciones de color y espesor del material. Estos mapas pueden influir en el efecto de la SSS
Incluir mapas de desplazamiento: Agregar mapas de desplazamiento puede mejorar los detalles de la superficie y afectar la forma en que la luz interactúa con la geometría.

5.- Color y Absorción.-

En muchos casos los materiales que sirven para representar la SSS tienen un apartado de color o difuso. Este no suele considerarse como la primera opción para lograr una buena translucidez, generalmente está ahí como una especie de solución rápida para lograr un trabajo no muy adecuado pero rápido.

El color de un objeto translúcido complejo suele representarse por cómo dispèrsa la luz (suele estar en otros casilla separada). Parece un cambio sin importancia de palabras, pero en realidad encierra un enfoque de cálculo mucho más preciso.

Presta atención al color y la absorción, haz que coincida con las características del material. Considera la absorción de luz dentro del material para obtener resultados más precisos.

6.- Conoce tu motor de render.-

Cada software tiene su peculiar forma de abordar la SSS.
La teoría es la misma, pero como no vamos a reproducirla comuna exactitud del 100%, los atajos para lograr la simbiosis entre estética y técnica son varios.
No se trata de sacar un doctorado en todos los programas que se usan, sin embargo es bueno empaparse lo máximo posible de todas las bondades que ofrece cada pieza de tecnología que usamos.

7.- Paciencia, ensayo y error.-

La SSS en los materiales es un proceso complejo que involucra no solo los aspectos técnicos sino también la sensibilidad de percepción.
Si lo que se tiene es prisa, existen infinitas bibliotecas de materiales y servicios que nos harán la vida fácil para no tener que pensar en nada de lo mencionado.

Si lo que se quiere es entender una escena y sacar el mayor provecho de ella, solo nos queda experimentar en primera persona los encantos de la luz sobre el material.