Del renderizado al cálculo: un flujo de trabajo con V-Ray para el análisis de iluminación en las primeras fases de proyectos de arquitectura

La iluminación artificial constituye un componente fundamental del diseño arquitectónico contemporáneo (Meneses Bedoya y Monedero Isorna, 2016; Monedero, 2016). Su impacto va más allá de los aspectos técnicos o funcionales, ya que influye directamente en la percepción espacial, el confort visual y la eficiencia energética de los edificios (Matković, 2022). Un diseño adecuado de la iluminación puede mejorar la habitabilidad de un espacio, reducir el consumo energético y reforzar la expresividad arquitectónica. La manera en que se experimenta un lugar puede transformarse mediante la luz, que configura sensaciones de amplitud, calidez o seguridad (González y Gallo, 2023; Stoffer et al., 2021).

Para cumplir sus diferentes funciones —funcional, energética y expresiva—, la iluminación debe abordarse desde una perspectiva de diseño rigurosa. La luz no debe estar guiada únicamente por criterios estéticos, sino también por requisitos técnicos y normativos, especialmente en espacios de uso continuo o con necesidades específicas. Esta complejidad implica que el diseño lumínico no puede dejarse al azar ni depender exclusivamente de la experiencia empírica. Es aquí donde las herramientas digitales adquieren un papel esencial como apoyo al diseño arquitectónico.

Estas herramientas se agrupan generalmente en dos categorías de uso habitual en arquitectura, ingeniería y diseño de interiores, aunque presentan objetivos y metodologías diferentes: los motores de renderizado basados en principios físicos y los programas de cálculo de iluminación (Meneses Bedoya y Monedero Isorna, 2016).

Por un lado, los motores de renderizado como V-Ray, Corona Renderer o Arnold pueden generar imágenes fotorrealistas a partir de modelos tridimensionales. Estos motores están diseñados para simular visualmente la interacción de la luz con los materiales y las superficies. Se basan en principios físicos para reproducir la reflexión, la refracción, la dispersión y la absorción de la luz, lo que los convierte en herramientas eficaces para la evaluación perceptiva de un proyecto.

En la práctica profesional, estos renderizados son fundamentales para la toma de decisiones durante las fases de diseño y para comunicar el proyecto a clientes o equipos multidisciplinares. Sin embargo, pese a su precisión visual, los motores de renderizado no están concebidos para realizar cálculos normativos de iluminación. Su finalidad no es evaluar parámetros lumínicos como la iluminancia media (Em), la uniformidad (Uo) o el deslumbramiento (índice de deslumbramiento unificado), sino representar la escena de una manera perceptivamente convincente. Por ello, los valores obtenidos en un renderizado no pueden considerarse válidos para evaluar el cumplimiento de normas específicas, como las establecidas por el Código Técnico de la Edificación (CTE) español o por normas internacionales como la EN 12464-1.

Aunque algunos motores de renderizado incorporan actualmente datos fotométricos, muchas fuentes de iluminación siguen utilizándose sin una fotometría adecuada y sus algoritmos no están validados para realizar cálculos técnicos. Por tanto, aunque resultan útiles para la comunicación visual, su utilización como herramientas de evaluación cuantitativa presenta limitaciones importantes.

Por otro lado, existen programas de cálculo de iluminación como DIALux Evo, Relux o AGi32. Estas aplicaciones están específicamente diseñadas para simular la distribución de la luz artificial y natural en espacios interiores y exteriores mediante algoritmos precisos basados en datos fotométricos reales de luminarias. Esto permite calcular la iluminancia media sobre los planos de trabajo, evaluar la uniformidad de la iluminación, estimar el deslumbramiento y generar informes técnicos detallados para verificar el cumplimiento de la normativa de iluminación, algo que a menudo exige la legislación para validar proyectos de iluminación o instalaciones eléctricas.

No obstante, las capacidades computacionales de estos programas contrastan con su limitada calidad de representación visual. Aunque permiten visualizar en tres dimensiones los resultados de iluminación, su salida gráfica no alcanza el nivel de detalle y realismo proporcionado por los motores de renderizado. Esto supone una desventaja cuando el programa se utiliza como herramienta de diseño o presentación.

Además, el flujo de trabajo de estas aplicaciones suele dificultar su integración en los procesos creativos o iterativos propios del diseño arquitectónico.

Como muestra el diagrama, el proceso de diseño arquitectónico comprende una secuencia de fases interconectadas, desde los estudios preliminares hasta la ejecución final. Aunque esta progresión es lineal, algunas decisiones tomadas en fases posteriores pueden requerir volver a etapas anteriores.

En este sentido, la generación de un modelo tridimensional durante la fase de proyecto básico representa un punto de inflexión fundamental. A partir de esta base geométrica resulta posible incorporar simulaciones de iluminación directamente en el estudio de arquitectura, utilizando el mismo modelo para probar la iluminación artificial y realizar comprobaciones normativas. Esta posibilidad, anteriormente reservada a fases avanzadas del proyecto o a consultorías externas, permite tomar decisiones más tempranas, mejorar la coherencia del diseño y reducir iteraciones innecesarias. Iniciar este tipo de análisis durante las primeras fases representa una mejora significativa en términos de eficiencia del diseño y calidad final.

Esta dualidad entre las herramientas de cálculo y las herramientas de representación genera una laguna metodológica en el proceso de diseño de la iluminación.

La división entre los enfoques cuantitativo y perceptivo conduce a dos consecuencias principales: decisiones poco fundamentadas o una desconexión entre el diseño lumínico previsto y los efectos reales de la iluminación después de la construcción, así como un incremento de los costes debido a la duplicación de los procesos de cálculo y renderizado.

El espacio seleccionado para la medición fue una gran sala rectangular situada en la zona sureste de la sede de SEM, de nueva construcción, en Barcelona. Desde el punto de vista de la iluminación artificial, el hecho de que se trate de unas instalaciones de nueva construcción garantiza que las luminarias se encuentren en condiciones óptimas de funcionamiento. Esta circunstancia permite suponer que el flujo luminoso emitido por cada unidad se corresponde de forma fiable con los valores definidos por el fabricante en sus fichas fotométricas (IES), lo que elimina las incertidumbres relacionadas con el envejecimiento de los componentes, la acumulación de polvo en las ópticas o las sustituciones no documentadas.

La geometría de la sala es regular, con proporciones alargadas y sin elementos arquitectónicos que pudieran distorsionar significativamente la propagación de la luz. El espacio cuenta con techos de hormigón visto, mobiliario distribuido de manera uniforme y un acabado cromático dominado por tonos neutros —principalmente grises claros y blancos— en suelos, mesas y carpintería. Esta homogeneidad material y cromática contribuye a reducir los reflejos no deseados, la absorción localizada o los contrastes anómalos que podrían comprometer la interpretación de los resultados, lo que favorece una evaluación más precisa y reproducible de la distribución de la luz.

Desde el punto de vista de la iluminación artificial, el hecho de que se trate de una instalación de nueva construcción garantiza que las luminarias se encuentren en óptimas condiciones de funcionamiento. Esta circunstancia permite suponer que el flujo luminoso emitido por cada unidad se corresponde de forma fiable con los valores definidos por el fabricante en sus fichas fotométricas (IES), lo que elimina las incertidumbres relacionadas con el envejecimiento de los componentes, la acumulación de polvo en los elementos ópticos o las sustituciones no documentadas.

La geometría de la sala es regular, con proporciones alargadas y sin elementos arquitectónicos que puedan distorsionar significativamente la propagación de la luz. El espacio cuenta con techos de hormigón visto, mobiliario distribuido de manera uniforme y un acabado cromático en el que predominan los tonos neutros —principalmente grises claros y blancos— en suelos, mesas y carpintería. Esta homogeneidad material y cromática ayuda a reducir los reflejos no deseados, la absorción localizada o los contrastes anómalos que podrían comprometer la interpretación de los resultados, lo que favorece una evaluación más precisa y reproducible de la distribución de la luz.

Uno de los factores clave que influyeron en la selección de esta estancia como espacio de estudio fue su ubicación urbana. El edificio está situado en una zona periférica con baja densidad de edificación y sin con actividad nocturna significativa. Esta circunstancia reduce sustancialmente la incidencia de la contaminación lumínica procedente del exterior, lo cual es especialmente relevante para los estudios sobre iluminación artificial realizados durante la noche. Aunque el espacio cuenta con grandes ventanas perimetrales, estas no distorsionan los resultados, ya que la orientación del edificio y la ausencia de fuentes de luz cercanas impiden cualquier entrada significativa de luz parásita. Esto permitió llevar a cabo las mediciones en condiciones estrictamente controladas, en las que la única fuente de iluminación era el sistema de luminarias instalado en el techo.

Además, el sistema de iluminación artificial del espacio presenta una disposición ortogonal y repetitiva disposición, basada en luminarias lineales continuas suspendidas entre vigas de hormigón visto, dispuestas transversalmente al eje longitudinal de la sala. Esta configuración contribuye a crear un patrón de iluminación predecible y fácilmente interpretable, en el que las zonas de mayor y menor iluminancia se corresponden lógicamente con el espaciado y la distribución de las luminarias. No hay elementos suspendidos ni accesorios decorativos, lo que refuerza el carácter técnico y uniforme de la iluminación.

En el momento de la recogida de datos, el espacio aún no se utilizaba de forma habitual, lo que permitió un acceso libre sin interferencias ni obstrucciones temporales. El mobiliario estaba instalado, pero cubierto con plástico protector, lo que preservó la absorción de la luz ambiental y minimizó los posibles reflejos especulares procedentes de elementos cotidianos, como pantallas u objetos personales. Además, la disposición ordenada de las mesas y el espacio perimetral despejado facilitaron el desplazamiento del equipo de medición y la selección de puntos adecuados para registrar los niveles de iluminancia en las diferentes zonas de la sala.

En conjunto, todas estas condiciones convierten a este espacio en un entorno controlado ideal para comparar los resultados simulados con los valores reales de iluminancia y para observar de cerca fenómenos como el deslumbramiento o la uniformidad de la iluminación.

Como primer paso en el análisis de los resultados, se llevó a cabo una evaluación basada en imágenes centrada en la uniformidad de la iluminación del espacio. Para ello, se generaron representaciones en vista cenital a partir de ambos entornos de simulación —DIALux y V-Ray—, lo que permitió observar la distribución espacial de la iluminancia en el plano horizontal, correspondiente a la altura de la superficie de trabajo.

La imagen generada en DIALux Evo (Figura 15) muestra un mapa de iluminancia en colores falsos superpuesto sobre la geometría del plano de planta del modelo arquitectónico. Destaca las zonas de mayor y menor iluminancia dentro de un rango de 0 a 900 lux. El predominio de tonos anaranjados y rojizos indica que la mayor parte del espacio está iluminada entre 500 y 700 lux, mientras que las zonas periféricas —caracterizadas por tonos verdes y azules— se sitúan por debajo de los 400 lux, especialmente en las esquinas de la habitación. Esta distribución refleja la disposición longitudinal de las luminarias y sus áreas de influencia directa. Aunque la segmentación por isovalores facilita la lectura puntual, puede exagerar visualmente ciertos contrastes debido a las transiciones bruscas entre las bandas de color.

La simulación realizada con V-Ray (Figura 16), utilizando el elemento de renderizado VRayLightingAnalysis, ofrece una lectura visual más continua de los gradientes de luz, sin contornos discretos. En este caso, los tonos dominantes —naranjas, amarillos y verdes— corresponden a un rango principal de 400 a 800 lux, con valores máximos cercanos a los 850 lux y un comportamiento más regular a lo largo de las filas. Se observa un patrón repetitivo de bandas horizontales, que refleja fielmente la geometría lineal de las luminarias, con transiciones suaves entre las zonas bien iluminadas y las más tenues. Esta representación se asemeja más a la percepción real del usuario, lo que facilita la detección natural de las caídas de iluminancia y de las zonas de mayor concentración.

Además, se generó una imagen en vista superior en modo fotorrealista (Figura 17), sin codificación de colores falsos. Esta imagen ilustra cualitativamente la distribución de la luz sobre las superficies, ofreciendo una referencia visual útil para interpretar los patrones identificados en las representaciones analíticas.

Los patrones observados en todas las representaciones indican, ya desde este análisis preliminar, que la iluminación se concentra principalmente a lo largo del eje de las estaciones de trabajo, con una disminución progresiva hacia los bordes y las zonas perimetrales. Este comportamiento concuerda con el modelo de disposición de las luminarias y se contrastará posteriormente con los datos cuantitativos obtenidos.

A partir de las seis cámaras mencionadas se generaron imágenes EXR mediante simulación física en V-Ray. El sistema desarrollado permite la detección automática de zonas de alta luminancia y calcula un valor estimado de deslumbramiento para cada posición de la cámara. La proyección hemisférica de cada imagen, combinada con el análisis de luminancia, genera una visualización codificada en la que las fuentes potencialmente deslumbrantes se muestran en rojo (Figura 18).

Como era de esperar, las cifras obtenidas para las diferentes cámaras revelan un patrón recurrente: las zonas de mayor luminancia se concentran en los planos emisivos de las luminarias, alineados con la disposición longitudinal de la sala. La visibilidad angular de estos planos, así como su posición relativa con respecto al eje óptico de la cámara, determina su contribución al índice UGR estimado.

Los valores obtenidos por la herramienta oscilan entre 22,1 y 26,88, dependiendo de la cámara analizada. Las diferencias están relacionadas tanto con el encuadre como con la posición relativa del observador respecto a las luminarias. En general, las cámaras situadas directamente debajo de las líneas de luz (especialmente en posiciones centradas) presentan niveles de deslumbramiento más elevados, como se observa en los picos de UGR de hasta 26,88 para CAM_05.

Por el contrario, los encuadres laterales o aquellos más alejados de la fuente presentan índices significativamente más bajos, sin embargo, durante el proceso de simulación, se observó una limitación relevante relacionada con el uso de VRayLight como emisor visible. Aunque el flujo luminoso de cada luminaria se ajustó para aproximarse a una luminancia de 19 000 cd/m² (valor estimado mediante corrección hemisférica), persistieron diferencias notables en comparación con las luminancias obtenidas en DIALux para la misma fuente. DIALux arrojó valores en torno a los 12 446 cd/m² para la misma luminaria, lo que supone una desviación del 52,7%.

Esta discrepancia se debe a la forma en que V-Ray distribuye el flujo luminoso por la superficie emisiva: sin aplicar la atenuación angular lambertiana, lo que aumenta artificialmente la luminancia a menos que se compense manualmente.

Esta dificultad para mitigar el exceso de luminancia en los planos emisivos puede dar lugar a una sobreestimación del índice de deslumbramiento, ya que la fórmula del UGR depende del cuadrado de la luminancia. A pesar de la calibración aplicada, el resultado debe interpretarse como una estimación proporcional más que como un valor normativo absoluto. En este sentido, el sistema propuesto permite detectar tendencias e identificar las fuentes de deslumbramiento más críticas, pero no sustituye a un cálculo geométrico completo según la normativa.

En la ETSAB, la asignatura ‘Acondicionamientos y Servicios III’ constituye uno de los principales pilares de la formación técnica de los futuros arquitectos, especialmente en lo que se refiere a los servicios de edificación y al confort ambiental en los proyectos arquitectónicos. Uno de los temas fundamentales que se abordan en esta asignatura es el cálculo de la iluminación interior artificial, tanto desde una perspectiva conceptual como aplicada. A lo largo de la asignatura, se forma a los alumnos en diferentes métodos para calcular la iluminancia —entendida como la cantidad de flujo luminoso incidente sobre una superficie, expresada en lux (lx)—, así como su distribución adecuada y su impacto en la calidad del entorno construido.

Entre los métodos que se imparten, destaca el método del flujo luminoso como técnica de estimación global basada en el rendimiento luminoso de las luminarias (expresada en lúmenes) y su distribución en el espacio. Este método resulta útil para cálculos preliminares, ya que permite estimar la iluminancia media (Em) en una estancia.

Aunque resulta útil en las primeras fases del diseño, este método tiene limitaciones, ya que no tiene en cuenta la distribución real de las luminarias ni el impacto localizado de obstáculos o mobiliario. Por lo tanto, en fases más avanzadas o en espacios con requisitos específicos, se introduce el método punto por punto. Este método, más preciso, está directamente vinculado a las condiciones geométricas y materiales del entorno.

Una vez sentados estos fundamentos teóricos, se introduce el marco normativo — en particular la norma UNE-EN 12464-1— que define los niveles mínimos de iluminancia para los lugares de trabajo interiores según el tipo de actividad que se realice. Esta norma exige que los ensayos se realicen utilizando una rejilla de puntos de medición con una densidad mínima y un criterio de exclusión perimetral, y también establece requisitos geométricos para la rejilla:

• La relación de aspecto de los lados de la rejilla debe estar comprendida entre 0,5 y 2.
• El tamaño máximo de las celdas no puede superar los 10 metros.
• Debe excluirse una banda periférica equivalente al 15% del lado más corto de la sala o a 0,5 m, lo que sea menor.
• La distancia entre los puntos debe permitir una representación suficiente de la distribución luminosa.

Este enfoque es el que se aplica en los proyectos técnicos profesionales de iluminación y también se adopta en este proyecto de fin de carrera para permitir la comparación entre simulaciones y mediciones reales.

Entre los principales indicadores definidos por la norma se encuentran la iluminancia media en el plano de trabajo, la iluminancia mínima registrada en los puntos evaluados y la uniformidad general de la iluminación.

Un aspecto especialmente destacable es que la simulación realizada con V-Ray arroja más cercanos a la medición in situ que el cálculo de DIALux, especialmente en cuanto a la iluminancia media (665 lx frente a 697 lx). Esta concordancia refuerza la validez de los valores del renderizado basado en la física y sugiere que, en este caso concreto, la simulación basada en V-Ray se aproxima de forma más realista al comportamiento observado en el entorno construido que la herramienta de cálculo tradicional. La mayor discrepancia se da entre el modelo de DIALux y la realidad, lo que puede atribuirse a las simplificaciones geométricas y fotométricas propias de este tipo de software.

Esta posible discrepancia puede explicarse por varios factores observados durante el estudio. En primer lugar, las luminarias instaladas finalmente in situ eran unidades regulables de 3026 lm, según la última ficha técnica revisada, lo que introduce una variabilidad potencial en el flujo luminoso emitido en función del nivel de regulación activo. Si bien las simulaciones adoptaron el flujo luminoso total nominal como referencia, no fue posible determinar con precisión el estado de regulación durante las mediciones in situ, ya que el sistema de control carecía de indicadores numéricos y no ofrecía ninguna forma de fijar de manera fiable una potencia de salida constante.

Para reducir esta incertidumbre, las mediciones in situ se realizaron con el sistema de iluminación ajustado a su potencia máxima disponible, lo que garantizó una repetibilidad razonable de la prueba, pero puede haber elevado artificialmente los valores de iluminancia en comparación con las condiciones normales de uso.

Además, debe tenerse en cuenta el comportamiento del instrumento de medición. Aunque el luxómetro se encontraba dentro de su período de calibración, no se llevó a cabo ninguna verificación previa antes de realizar las mediciones, por lo que no pueden descartarse por completo los errores sistemáticos, especialmente en situaciones de alta iluminancia.

A pesar de estas diferencias, los patrones de distribución espacial observados en los mapas de falsos colores generados a partir de cada matriz de iluminancia muestran tendencias comparables: una mayor concentración de luz en la zona central, bajo el eje de la luminaria, y una disminución progresiva hacia los laterales.

La aplicación de una escala de colores común ayudó a reforzar esta equivalencia visual y confirmó que, más allá de los valores puntuales individuales, el comportamiento cualitativo del sistema de iluminación sigue siendo coherente en todos los enfoques.

Los valores numéricos obtenidos en la simulación de V-Ray se extrajeron utilizando el nodo VRayLightMeter, que permite calcular y registrar la iluminancia (en lux) sobre una malla definida dentro del modelo 3D. Esta herramienta genera una matriz exportable en formato CSV, que posteriormente se convirtió en una hoja de cálculo de Excel para su procesamiento gráfico y estadístico. A partir de esta matriz, se generaron los mapas de colores falsos presentados en este proyecto, así como los cálculos de máximos,

mínimos, media y uniformidad descritos en la tabla comparativa. Este flujo de trabajo permitió la integración del análisis cuantitativo de la iluminación en un entorno de renderizado realista, lo que contribuyó a validar el uso de los motores de renderizado como herramientas complementarias al cálculo tradicional.

En general, este análisis sugiere que las simulaciones con V-Ray —cuando se realizan con ajustes físicos adecuados y parámetros cuidadosamente ajustados— pueden producir resultados coherentes con los esperados desde un punto de vista técnico, especialmente en lo que respecta a la uniformidad de la distribución de la luz.

Las diferencias observadas en comparación con la medición real deben interpretarse con cautela, teniendo en cuenta las condiciones específicas del caso de estudio y las limitaciones operativas inherentes al entorno de la obra.

Este estudio ha permitido realizar un análisis comparativo detallado de diferentes métodos para evaluar la iluminación artificial en espacios arquitectónicos, centrándose especialmente en la relación entre la simulación y las mediciones en el mundo real. Al integrar herramientas que se utilizan habitualmente para la representación visual (V Ray) con procedimientos de cálculo normativos (DIALux) y datos medidos in situ, el estudio ha permitido desarrollar una perspectiva crítica sobre las capacidades, limitaciones y oportunidades de cada enfoque.

Una de las principales conclusiones es que la simulación con V-Ray, cuando se configura con precisión, puede reproducir fielmente tanto los niveles como los patrones de distribución espacial de la luz, arrojando resultados muy similares a los obtenidos mediante mediciones reales. Este nivel de concordancia fue especialmente notable tras ajustar cuidadosamente el flujo luminoso de los emisores VRayLight para reflejar valores de luminancia realistas en cd/m² y controlar rigurosamente los parámetros físicos de la escena y la cámara. Este enfoque demuestra que los motores de renderizado basados en la física —aunque no estén diseñados para cálculos normativos— pueden utilizarse de forma fiable como apoyo técnico durante la fase de diseño, especialmente en contextos en los que la coherencia visual y el análisis espacial tienen se priorizan sobre el cumplimiento normativo.

A diferencia de versiones anteriores de esta simulación, en las que V-Ray subestimaba los niveles de iluminancia, los resultados actuales muestran una estrecha correspondencia con las mediciones in situ, tanto en los valores medios como en los extremos.

Esta mejora no solo refuerza la validez del método, sino que también pone de relieve la importancia de definir con precisión las propiedades ópticas de los materiales, las dimensiones reales de las superficies emisivas y las características fotométricas de las luminarias. Además, el modelo evitó las fuentes de luz natural y replicó fielmente la geometría y los materiales reales, lo que ayudó a minimizar las fuentes de error externas.

En cuanto al análisis del deslumbramiento, la implementación de un sistema de evaluación automatizado basado en imágenes de luminancia renderizadas en formato EXR permitió una estimación fiable del índice UGR. El uso de una cámara ojo de pez con un campo de visión hemisférico y fórmulas adaptadas para la proyección hemisférica permitió replicar enfoques experimentales como el de Wolska y Sawicki (2020). Este sistema no solo detecta las fuentes de deslumbramiento y calcula su contribución al índice global, sino que también representa visualmente estas áreas en la imagen original, lo que facilita la interpretación cualitativa. Este análisis resulta especialmente valioso durante la fase de diseño, en la que la experiencia visual del usuario es tan relevante como el cumplimiento de los umbrales normativos.

Además, los mapas de colores falsos generados a partir de las matrices de puntos demostraron ser herramientas muy eficaces tanto para el análisis técnico como para la comunicación visual. Al trabajar con imágenes calibradas, codificadas en coma flotante y libres de distorsiones de exposición, se garantizó la comparabilidad de los resultados, evitando cualquier sesgo gráfico. Esta capacidad de representación — prácticamente ausente en herramientas normativas como DIALux— destaca como una ventaja significativa del entorno de simulación realista.

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