Simulación de imágenes por ordenador aplicadas al Diseño de Iluminación

En la última década, la simulación y visualización de imágenes de realidad fotográfica han llegado a ser parte integral del diseño de iluminación, permitiendo así el uso intensivo del ordenador para el desarrollo creativo de soluciones óptimas. Las aplicaciones utilizadas van desde la presentación de ideas de diseño o conceptos a nivel de bocetos, y llegan hasta presentaciones fotorrealistas.

Los diseñadores de iluminación utilizan varios métodos para presentar sus ideas y detalles técnicos, y comunicarlos a quienes intervienen en el proceso de planificación. Ya en la etapa de proyecto se da la posibilidad de una comparación de conceptos, adoptándose las decisiones que se requieran para la posterior etapa de ejecución. La técnica digital de la simulación sirvió para ampliar el horizonte de los métodos de representación utilizados en los años 70 y 80, como el croquis, la maqueta y el dibujo.

La simulación de imágenes aplicada a la iluminación comprende dos áreas distintas. La simulación cuantitativa pretende calcular valores numéricos en el orden luminotécnico, con el objetivo de verificar iluminancias y luminancias acorde a normas vigentes requeridas en un proyecto. La simulación cualitativa, en cambio, enfatiza los aspectos espaciales. Éstos le permiten al diseñador transmitir los conceptos estéticos que su proyecto pretende materializar.

En definitiva la simulación pretende representar el mundo tridimensional en el espacio bidimensional del papel o la pantalla. Es frecuente que la calidad de una simulación sea valorada por el mayor o menor grado en que ésta se aproxima a la realidad, siendo planteada la pregunta si el rendering es físicamente correcto y es una representación fotorrealista. (rendering o representación es el proceso de generación de una imagen a partir de un modelo (o modelos a lo que colectivamente se podría llamar una escena), por medio de programas de ordenador).

El criterio de los datos físicamente correctos está referido a los valores numéricos de la simulación cuantitativa. La visualización en el monitor o la impresión en papel, jamás darán la misma impresión que el ambiente real. Ni la impresión en color ni la visualización en monitor ni la imagen proyectada reproducirán correctamente el contraste de luminancia real. La impresión fotorrealista de una simulación cualitativa se logra más bien a través de la representación exacta del efecto luminoso, como por ejemplo la distribución de la luz y de la sombra, o la reflexión de la luz en las superficie.

Proceso de simulación de imágenes
Un modelo tridimensional cuenta con tres bases de construcción: Datos geométricos en un espacio cartesiano (x, y, z), materiales aplicados a las superficies e iluminación de la escena.
La imagen gráfica a lograr, a partir de esta construcción es, ni más ni menos, que una serie de puntos o píxeles en un plano de dos dimensiones (x, y) Podríamos decir que debemos reemplazar con estos píxeles los conos y bastones de nuestra retina. En definitiva, crear una imagen de un modelo geométrico 3D es determinar color e intensidad de cada pixel en el espacio 2D. Para esto se utilizan dos algoritmos generales de iluminación: Iluminación local e Iluminación global.

Iluminación local: Algoritmo que describe cómo las superficies individuales reflejan o transmiten la luz. Considera solo Iluminación directa de la fuente.

Iluminación global: Algoritmo que toma en cuenta cómo todas las superficies y objetos en el ambiente actúan recíprocamente con la luz. Considera Iluminación directa de la fuente más Iluminación indirecta (ínter reflexiones).

Este último algoritmo tiene dos métodos diferentes: Marcha de rayos (Ray-tracing) y Radiosidad (Radiosity).

Modelo 3D
Como base para la simulación se utilizan los datos 3D de un espacio, con los cuales se generan las imágenes. Estos datos 3D pueden tener su origen en programas CAD sencillos, o en aplicaciones especializadas. Estos pueden ser importados desde ese software, y realizar a partir de ellos la simulación de iluminación. Cuanto más detallado sea el modelo 3D, más precisa podrá ser la simulación, y mayor será el tiempo requerido para llevarla a cabo.

Puesto que los modelos CAD tienen estructuras distintas a las que requieren los modelos para simulación de iluminación, es frecuente que a causa de la geometría de los modelos se presenten problemas con la simulación. Por ejemplo en un programa de CAD se puede representar hierros de una reja como cilindros de alta resolución pero esto puede complicar bastante el cálculo de la superficie del cilindro durante el rendering. Será conveniente tener en cuenta esta circunstancia a la hora de crear el modelo 3D, y en los ajustes para la exportación. Puesto que las simulaciones exigen efectuar muchos cálculos, la optimización de la geometría permitirá reducir notablemente el volumen de esta tarea.

Materiales
Luego, es posible asignar texturas a las superficies de nuestro modelo 3D optimizado. Con esta técnica, denominada «mapeo», las texturas a usar pueden consistir en colores planos, diseños abstractos o imágenes reales. Los programas de simulación tienen colecciones extensas de texturas agrupadas en bibliotecas, como por ejemplo madera u hormigón. Simulaciones muy realistas se obtienen mediante fotografías que se mapean en las superficies como texturas propias. Para conseguir una buena calidad, la fotografía deberá ser de muy buena resolución, haber sido fotografiada desde una posición frontal, no tener haces de luz reflejados y estar libre de distorsiones originadas por la lente de la cámara.

Luminarias
En los programas de simulación existen fuentes de luz comunes que podemos utilizar, como las de spot, puntuales, lineales y luz natural. No obstante, la representación de luminarias exige importar los datos de distribución luminosa de dichas luminarias. Estos conjuntos de datos describen la distribución específica de la intensidad luminosa de cada luminaria. A nivel internacional, el formato IES es el más usado para este propósito. No hay otra posibilidad para efectuar un cálculo correcto de las luminarias que cuenten, por ejemplo, con una distribución luminosa asimétrica, como los bañadores de pared o techo.

Rendering y Análisis
Finalmente, con los distintos motores de rendering que poseen los programas de simulación, es posible generar las imágenes deseadas. Este proceso, de acuerdo al tamaño y calidad de la imagen, puede llevar desde unos pocos minutos, hasta varias horas o dias.
Por ello es que debemos realizar pruebas de baja calidad, hasta estar satisfechos con los resultados, antes de generar las imágenes finales.

Software
En este apartado podemos mencionar dos grupos de programas, de acuerdo a su uso principal:
- Programas de cálculo (cuantitativos)
- Programas de generación de imágenes (cualitativos)
Entre los primeros podemos mencionar a programas bien conocidos por los diseñadores de iluminación, como Relux o Dialux.
Entre los segundos destacamos a Autodesk 3ds Max Design o Blender.

A pesar de estar cada uno de estos grupos orientados específicamente a una tarea, cabe destacar que ambos grupos de programas están incorporando paulatinamente herramientas que permiten realizar ambas funciones. Es decir los primeros (cuantitativos) incorporan módulos de render y los segundos (cualitativos) incorporan módulos para cálculos.

La elección de uno de ellos por sobre otro, estará determinado principalmente por la complejidad y envergadura del proyecto y por el nivel de resultados necesarios para interactuar con nuestros comitentes.

Nota: Todas las imágenes utilizadas en la presente nota han sido producidas por el Equipo de LUMINAR® y corresponden al proyecto de Diseño de Iluminación del “Museo Casa Leguizamón” ubicado en la ciudad de Salta.

Más información: http://luminarnet.com.ar