Modelos basicos de
iluminacion:
Una escena de animación se
ilumina mediante unas propiedades globales (Luz ambiente) así como por
diferentes puntos de luz (Luz puntual) que emulan otros tantos tipos de
“lámparas”. Los cálculos matemáticos que se realizan con estos parámetros,
aplicados a la geometría que define la escena, se asocian con el concepto de
“Modelos de iluminación“.
Phong, Lambert, Fressnell,
Minnaert, Toon, Oren-Nayar, Toon etc son algunos de los nombres con los que
normalmente se referencian algunos de los principales modelos de iluminación.
No es necesario entender los
modelos en profundidad para su uso artístico en las herramientas de creación de
imagen sintética, pero es recomendable un conocimiento básico que permita
entender cómo se forman las imágenes para poder anticipar resultados en su
aplicación.
El modelo de Phon es sencillo
matemáticamente y permite obtener imágenes muy correctas. Los modelos basados
en trazados de rayos permiten imágenes más brillantes y realistas en
determinados campos de aplicación. Otros conceptos como la energía radiante de
los cuerpos permiten abordar el problema bajo ópticas muy diferentes que
aportan nuevas características a las imágenes.
La exploración de algunos
conceptos básicos puede darnos una visión diferente de la acción que producen
las fuentes de luz sobre un objeto de la escena. La idea de qué es un brillo o
por qué se produce una sombra permiten ir introduciendo el modelo matemático
básico sin esfuerzo. Iremos profundizando en cada uno de estos artículos
siempre desde las ideas más simples, nuestro objetivo es entender o hacernos
una idea aproximada de cómo se determina cada cálculo en los modelos más
elementales.
Puntos de Luz
Cada punto de luz (L) se
define con diferentes parámetros:
Intensidad
Color
Alcances mínimo y máximo
Modelo de atenuación de la
intensidad
Parámetros de las sombras
arrojadas y recibidas
Direccionalidad del haz de
rayos …
Esta variedad de parámetros
permite que se adapte al comportamiento que se pretende emular en cada tipo de
lámpara incorporado en el software de creación de imágenes de síntesis.
Un plano por ejemplo tiene en
todos los puntos de su superficie la misma “dirección normal”, son paralelas,
mientras que en el caso de una esfera todas las perpendiculares pasan por su
centro, y abarcan a todas las posibles direcciones del espacio.
Ya tenemos las tres letras
básicas de nuestro alfabeto básico para empezar a relacionar los objetos y
luces con la imagen que obtendremos al “renderizar” la escena, es decir, cuando
el programa convierte los objetos y datos en una simple imagen o una completa
animación.
Intensidad de iluminación
La intensidad de la luz en
cada punto depende de diferentes factores. Por supuesto el primer factor será
la intensidad que tenga la lámpara (potencia de la bombilla), pero hay otros
factores que lo condicionan.
Cuanto mayor sea la distancia
entre el punto de luz y el objeto menor será la aportación de ese punto de luz
a dicho objeto.
Otro factor que influirá
notablemente será la dirección en la que se reciba la luz.
Aparece un ángulo importante
en este modelo, el que forma el rayo de luz (L) con la normal (N) a la
superficie (ángulo alfa).
Si nos imaginamos un haz de
luz como un cilindro que parte del punto de iluminación podemos entender la
dependencia entre el ángulo alfa y la intensidad de luz que llega a un punto.
El cilindro tiene un espesor y
en consecuencia cubre un área (dA) que al incidir en la superficie se convierte
en el área iluminada. Su tamaño depende del ángulo alfa.
Podemos comprobar el efecto
descrito en casa: si inclinamos una linterna, su luz sobre el suelo cambia de
forma y su intensidad decrece con la distancia.
El nuevo área iluminada es la
del cilindro dividida por una función, el coseno de alfa. Esta sencilla
ecuación nos muestra cómo se distribuye una energía radiante (lumínica) sobre
una superficie dependiendo de su inclinación. A mayor superficie iluminada,
menor intensidad, luego al aumentar alfa disminuye la “cantidad de luz” que
llega a cada punto.
