Asignación de Materiales

La asignación de materiales a las superficies de un modelo en 3D, tiene a su vez dos niveles relativos. El primero de ellos que podemos considerar como el de “material simple” supone asignar el material, elegido desde el repertorio de una librería, o bien definido expresamente mediante sus propiedades, en cuyo caso además de ser aplicado sobre algún objeto de la escena, puede guardarse en la librería para ser empleado en otra ocasión.

El tipo de material simple, supone que tiene un aspecto uniforma y continuo y sus propiedades dependen del “color”, que a su vez está subdividido en tres niveles, “Difuso” “Ambiente” y “Especular”, de forma que cada uno de ellos sería el color que se aplica en las distintas fracciones de luz que configuran el color propio del objeto, o contribuyen al color de la luz ambiente, o configuran los brillos reflejados por este. Además del color de los objetos, también se configuran otras propiedades como son el “brillo”, la “opacidad” o transparencia, la “reflexión”, la “refracción” o la capacidad para mostrarse translúcido, autoiluminado, etc.

El segundo tipo de materiales, que resulta aún más complejo, supone que además de las propiedades anteriores, se puedan aplicar sobre él, ciertas imágenes o dibujos propios que se extienden a lo largo de toda la superficie del material, como podría ser por ejemplo el caso del “ladrillo”, las vetas de la “madera”, o simplemente la “etiqueta” o el “rótulo” en un determinado envase.

Mapeado de Superficies

En este segundo tipo de casos, además de las propiedades anteriores, es preciso asignar sobre el material cierto tipo de archivos o patrones, que contienen la definición de esos dibujos básicos o elementales, pero a su vez, también hay que definir una geometría local, para configurar la forma y tamaño relativo con la que es preciso repetir estos dibujos elementales, sobre la superficie del objeto final y sobre todo la forma de proyectar la “imagen” en la superficie correspondiente. Este último procedimiento es lo que se conoce como “MAPEADO” de los materiales. En el caso del ladrillo, este mapeado sería el que nos define y regula el tamaño relativo de los ladrillos con respecto a la fachada completa o modelo general, ya que obviamente tiene que estar en consonancia si se pretende obtener un resultado razonable.

Como puede intuirse tanto de las características de iluminación como de los conceptos avanzados sobre la aplicación de materiales, se comprende que la parte del modelado en 3D, es una tarea, que puede llegar a ser tremendamente compleja y laboriosa, por lo que queda a criterio de cada usuario el nivel hasta el que debe profundizar en el tema.

Una estimación razonable, podría ser la de conocer con relativa claridad las bases de la iluminación y la aplicación de materiales, con la posibilidad de abordar o resolver trabajos sencillos o bien con niveles de desarrollo esquemático, para descargar los modelos más complejos y elaborados como una ejecución por especialistas en esta materia.

Librerías y Editor.

La instalación del AutoCAD incluye una librería de materiales que abarca varias solapas de las “Paletas de Herramientas”. Los materiales de esta librería se pueden trasladar de forma dinámica al “Editor de Materiales”, que se despliega con la orden “MATERIALES(_MATERIALS)”, que es en el que se puede seleccionar, asignar, modificar materiales existentes o configurar y crear nuevos materiales.

El acceso al editor, se puede realizar desde la opción “Render” en el menú “Ver” o bien desde el espacio de trabajo 3D en la solapa “Render”. El editor de materiales dispone de un visor en la parte superior donde se presentan una serie de muestras, de los que uno se encuentra activo y es sobre el que se van ajustando los parámetros y modificaciones.

Justo debajo del visor se encuentran algunas herramientas que sirven para regular las características de las muestras, borrar y crear materiales, o bien asignarlos a los objetos y superficies del modelo.

A continuación en el bloque inferior existen varias solapas o apartados que se despliegan a voluntad, dando acceso a los diferentes tipos de controles, cuya presencia depende también del tipo elegido de material, o de si este es simple o complejo. Desde aquí se accede en su caso a los archivos auxiliares que contienen las definiciones de texturas y mapas que se aplican en los materiales complejos, identificándose en el visor tanto el material complejo como sus componentes por separado.

Dentro de las solapas del editor se define el tamaño relativo o la repetición sucesiva de los patrones superpuestos en el caso de los materiales compuestos, aunque tomando como referencia el tamaño de la muestra que luego se aplica en el modelo con un tamaño unitario del icono o glifo con el que se tiene que definir el “mapeado” del material. El uso del editor resulta complejo por lo que necesita una dedicación y practica considerables si se quiere manejar con cierta soltura.

La definición del “mapeado” sobre los objetos y superficies del modelo 3D, constituye la configuración del modo en que se “proyectan”, cada una de las imágenes que definen el material sobre la superficie de los objetos.

Con el fin de aclarar esa idea podemos pensar en lo que sucede si tratamos de proyectar una imagen plana, que corresponde al aparejo de una pared de ladrillo, contenida en una imagen en la que todas las piezas son iguales y del mismo tamaño, sobre la superficie de un muro curvo. Evidentemente, en las partes del muro que este se aproxima a la superficie de referencia, los ladrillos de la imagen proyectada, se parecen bastante a la forma real, pero en las partes que la curvatura del muro lo separa del plano de proyección, cada uno de los ladrillos se va distorsionando progresivamente aumentando la longitud relativa en la dirección de la curvatura.

Aplicación del Mapeado

Con el fin de corregir ese problema, el programa dispone de diferentes modos de “mapeado” que en última instancia no son mas que otras tantas formas geométricas de establecer la proyección entre los archivos que contienen la “imagen” de cada material, y las superficies de los objetos, con el fin de evitar o paliar en la medida de lo posible, ese tipo de distorsiones.

Los tipos de “mapa” contemplados por el programa son cuatro: “Plano”, “Caja” “Cilindro” y “Esfera”. En todos los casos el mapeado se define seleccionando en primer lugar el tipo de mapa, y a continuación el objeto del dibujo sobre el que se quiere aplicar. A continuación el programa presenta un “icono” o “gizmo” que mediante unas marcas activas se puede modificar de tamaño, desplazar o girar hasta que consigamos el ajuste óptimo con el modelo que queremos mapear. El tamaño del “gizmo” es la referencia unitaria sobre el que se van a repetir la imagen del mapeado, el número de veces que tengamos especificadas en el editor de materiales.

Hay que destacar que las técnicas de mapeado nos sirven lo mismo para representar un muro de ladrillo visto o un suelo de baldosas que se repite sucesivamente, como cuadro en una pared interior, ya que en este caso podemos asignar como material la imagen plana del cuadro contenida en un archivo de tipo “raster” apropiado, y asignarlo sobre un área rectangular en la superficie de la pared mediante el ajuste oportuno del “gizmo” de mapeado plano.

El mapeado “Plano”, es que se aplica normalmente sobre superficies planas, y sirve tanto para ajustar la orientación de la proyección, como el tamaño relativo y sus repeticiones.

Los mapeados “Cilíndrico” y “Esférico” obviamente constituyen proyecciones de las imágenes del material sobre superficies de una sola curvatura y de doble curvatura.

Ejecución del Render.

Una vez que tenemos establecida la iluminación del modelo y asignados todos los materiales y en su caso los mapeados de los materiales compuestos, solo queda seleccionar el repertorio de puntos de vista o escenas que nos interesa y aplicando la ejecución del “Render”, obtenemos como resultado un repertorio de imágenes virtuales, que se almacenan luego an archivos independientes.

La ejecución del “Render” dispone de un cuadro de dialogo para configurar multitud de parámetros ya que muchas veces, cuando se están realizando pruebas, nos interesa un compromiso entre la rapidez de ejecución y la calidad de acabado.

Otra de las opciones que se puede configurar en el render es la asignación de un entorno determinado, en el que se puede incluir una “fotografía” como fondo, de tal forma que si ajustamos correctamente el punto de vista del modelo con la perspectiva de la fotografía del fondo, se puede obtener el efecto de superposición virtual del edificio proyectado en su entorno real.

Como ya se ha comentado anteriormente, una de las principales razones del modelado 3D en los ordenadores, es la de generar “Presentaciones” con un carácter tan realista y fiel, al proyecto que se quiere ejecutar, como sea posible.

Normalmente la elaboración de presentaciones tiene dos posibles vías, la primera sería la generación de imágenes estáticas con la mejor calidad y resolución posible que posteriormente acompañan o complementan las presentaciones de un proyecto. La segunda vía es la de generar “animaciones” con movimiento, en las que se pueden incluir recorridos de una cámara virtual por el interior o exterior del modelo, o bien procesos de montaje o ensamblaje, de forma que se pueda mostrar el proceso constructivo, o la configuración interna de las partes interiores de un determinado objeto. En este segundo caso se requieren medios más especializados, o instalaciones complementarias como una pantalla para las presentaciones, la convocatoria de público a un acto determinado etc. Esto hace que se dependa también de otras circunstancias ajenas, aunque no obstante la proliferación de animaciones de video en plataformas como “YoTubre” y la disponibilidad casi universal de conexión permanente con “Internet” convierte esta vía en otra opción a considerar.

Normalmente la vía de la animación tiene menos presencia en el mundo técnico de la arquitectura, aunque sin embargo sea la primordial en el mundo de los videojuegos. Dentro del programa AutoCAD, no se contempla la realización de animaciones pero sin embargo existe un programa desarrollado y comercializado por la misma compañía, “3Dstudio”, el cual es de hecho una referencia en la realización de animaciones, y permite con suma facilidad importar y exportar los “modelos” y en general los archivos de trabajo elaborados con “AutoCAD”. No obstante conviene advertir que el mundo de la animación en 3D es lo suficientemente especializado y complejo, como para mantener una separación clara entre ambos tipos de trabajos.

La vía de las “Ilustraciones estáticas” es la que se utiliza con mayor frecuencia en arquitectura y construcción y a su vez se basa en dos partes o pilares fundamentales, que son por un lado el control de la “ILUMINACION”, y por otro lado el control del aspecto de materiales y superficies de los objetos, mediante la aplicación de MAPAS de SUPERFICIE, que permiten asignar diferentes texturas o aspectos a los objetos.

En este caso nos vamos a ocupar exclusivamente de la elaboración de imágenes virtuales de tipo fotográfico, aplicando a los modelos ya elaborados en tres dimensiones, los parámetros o elementos de iluminación oportunos, y “mapas” de superficie.

Una vez ajustada la “iluminación” y las características de “materiales y superficie”, el ordenador realiza una proceso de “calculo numérico” muy exhaustivo, que a veces puede requerir tiempos de varios minutos, por lo que normalmente son tareas para dejar en procesos automáticos y desatendidos, que finalmente generan una o varias “imágenes” virtuales de calidad fotográfica, que se guardan en archivos independientes como cualquier otra fotografía.

Presentaciones RENDER

Se denomina “RENDER” al proceso de cálculo numérico que realiza internamente el programa para obtener una imagen virtual del modelo, en función no solo de la geometría de los objetos en tres dimensiones, sino que se incorporan también a través de un proceso de cálculo numérico, las propiedades físicas de la iluminación que se ha definido, junto con la reflexión y absorción de luz para los distintos tipos de materiales, hasta obtener un resultado final en forma de una imagen fotográfica del modelo iluminado. (“En la imagen adjunta se incluye un ejemplo de imagen virtual que se encuentra en el propio manual del AutoCAD”)

El proceso normal para la realización de imágenes, comprende las siguientes etapas:

1. Elaborar la geometría del modelo en 3D
2. Establecer las condiciones de Iluminación, detallando los diferentes parámetros y/o fuentes de luz para el conjunto de la escena.
3. Asignar los diferentes tipos de materiales con sus propiedades, en cada una de las superficies, y cuando sea necesario, ajustar el “mapeado” o condiciones de geometría local para aplicar texturas o tramas de superficie a cada uno de los objetos del modelo.
4. Finalmente seleccionar un determinado repertorio de “escenas” o puntos de vista diferentes, para ir aplicando en cada uno de ellos, la ejecución del proceso “RENDER”, que va generando mediante el oportuno cálculo, cada una de las “imágenes virtuales” que después guardamos y gestionamos como archivos independientes en formato “*.JPG”, o cualquier otro que resulte oportuno.

Las etapas 2 y 3, en realidad son intercambiables entre sí, y además son procesos concurrentes, ya que pueden ir solapándose a medida que avanzamos en la elaboración del modelo, incluso también con la etapa 4, sobre todo en las fases de aprendizaje, ya que a medida que vamos asignando elementos se van “probando” los resultados que genera cada uno de los elementos, para poder descartar o confirmar las diferentes opciones.

En todo caso cuando la experiencia y el conocimiento de los resultados previsibles son suficientes, el esquema de etapas anterior se hace más nítido y estricto, aunque también con el posible intercambio de las etapas 2 y 3.

Cuando se aborda la elaboración de modelos 3D El programa AutoCAD dispone de una configuración específica de “espacio de trabajo” denominado “3D Modeling”, que tiene una configuración específica de la “cinta de opciones” o “Ribbon” bastante útil y recomendable, ya que agrupa a través de la solapa “Render” la mayoría de las órdenes y elementos que se utilizan, desde los estilos de visualización hasta los cuadros de opciones para configurar la ejecución del “render”, pasando por las luces, los materiales, los mapas de sombreado, o la localización geográfica que establece correctamente las sombras generadas por el sol en una hora determinada.

Iluminación

La ayuda del programa describe los aspectos relativos a la iluminación de los modelos 3D, dentro del manual de usuario, en su último capítulo dedicado a “Modelizado de un dibujo para la presentación”.

En este tema se habla en primer lugar de la “Iluminación por defecto”, que supone la existencia de una iluminación por defecto, que opera aunque no hayamos realizado ninguna otra especificación, de forma que cualquier escena se visualizan con unos niveles suficientes para representar correctamente su volumetría y el aspecto general. Esa iluminación está configurada por dos orígenes distantes, vinculados al punto de vista de forma que las condiciones de brillo y contraste de los objetos se vean correctamente.

La iluminación por defecto debería desactivarse cuando se fijan condiciones particulares de iluminación en la escena. De hecho cuando incorporamos nuevos objetos de iluminación esto se recuerda a través de un mensaje del sistema.

Además de la iluminación por defecto el sistema dispone de la opción, para definir una posición geográfica, junto con parámetros de altitud, posición, orientación y hora del día, de forma que se puede establecer la posición del sol para poder calcular una representación rigurosa de las sombras propias y arrojadas en el caso de edificios vinculados a un emplazamiento concreto.

Con independencia de la iluminación por defecto o la iluminación del “Sol” en una ubicación geográfica, el programa gestiona la iluminación mediante la incorporación y definición objetos de iluminación que se incorporan dentro de la escena mediante un símbolo o “glifo” característico, que puede ser desplazado, movido, o girado, lo mismo que cualquier otro objeto de AutoCAD. Esto objetos de “iluminación” pueden ser de tres tipos diferentes de forma que cada uno tiene sus parámetros y propiedades.

Los tipos son: “Luces puntuales”, “Focos de iluminación” y por último “Luces distantes”. El primer tipo corresponde a un punto de luz, a modo de bombilla aislada, que emite luz en todas direcciones de forma homogénea, y se amortigua con la distancia. En el segundo caso la iluminación es direccional y esta representada por un “cono” de luz con unas determinadas características de abertura, y atenuación, con una transición más o menos gradual. Finalmente la luz direccional no tiene atenuación, y está caracterizada por una sola dirección, que podría considerarse equivalente a una luz puntual muy distante situada en esa dirección.

Mediante el oportuno cuadro de dialogo o las propiedades de los objetos designando los “grifos” correspondientes, se puede acceder a los parámetros propios de cada objeto de iluminación.

En las versiones recientes del programa, se ha incorporado también la posibilidad de realizar cálculos fotométricos para la iluminación o también incorporar objetos definidos por sus características fotométricas, de forma que los resultados además de ser mas precisos pueden incluir modelos de luminarias específicas de fabricantes concretos definidos a través de archivos y datos estandarizados de acuerdo con las normas internacionales más habituales.