Simulaci n visual de la iluminaci n: Teoría, técnicas, análisis de casos
| dc.contributor.author | Monedero Isorna, Javier | |
| dc.date.accessioned | 2025-12-19T11:33:24Z | |
| dc.date.available | 2015-01 | es |
| dc.date.issued | 2015-12-31 | |
| dc.description.abstract | La simulación de la iluminación es uno de los grandes temas implicados en la creación de escenarios virtuales. Requiere asimilar diversas técnicas que derivan de principios teóricos, sin cuyo conocimiento será difícil utilizar bien estas técnicas y también se necesita una buena formación visual, la capacidad de observar, de razonar visualmente, de reflexionar sobre los causas que subyacen a los fenómenos visuales, a las apariencias de objetos y escenarios familares. La finalidad de este libro, que se publica en paralelo con otro sobre simulación visual de materiales, es abordar todos estos temas en profundidad, de un modo coherente. En su Iª parte, ofrece una visión general de los fundamentos teóricos de las técnicas de simulación visual, tanto por lo que hace a los conceptos y recursos disponibles, como a las capacidades y límitaciones de nuestro sistema visual. En su IIº parte, se desarrollan ejemplos de aplicación que faciliten su asimilación y su utilización práctica. | |
| dc.description.sponsorship | ||
| dc.description.tableofcontents | TEORÍA 1. Escenarios reales 1.1 La luz, los objetos y el ojo 1.2. La luz. Nociones generales. Unidades radiométricas y fotométricas Cantidades radiométricas y fotométricas Las cuatro unidades fotométricas principales Luminancia, radiancia, irradiancia, reflectancia, brillo 1.3 Tipos de luces El Sol. Radiación solar El cielo. Radiación celeste El fenómeno de la dispersión La perspectiva aérea La luz nocturna Luces artificiales Lámparas y luminarias Color y calidad lumínica 1.4 Luces y sombras. Calidad y función visual de las sombras 1.5 Los objetos. Modulación de la luz por los objetos 1.6 El ojo y el sistema visual humano La estructura del ojo Mecanismos neuronales de inhibición lateral Receptores cromáticos profundos. El córtex visual Una visión global del cerebro 1.7 La formación de imágenes Límites geométricos. Capacidad inicial de resolución del sistema visual Poder de resolución y difracción. Círculos de confusión o círculos de Airy Funciones de dispersión en el ojo Detección y reconocimiento. Agudeza Vernier 1.8 La formación de imágenes. Límites de discriminación de valores Condiciones de adaptación La discriminación de luminancias. Leyes de Weber/Fechner La cuantificación del contraste La integración de la resolución y los valores. Funciones de transferencia 1.9 Rangos dinámicos. Escalas de valores Umbrales absolutos y relativos Rangos dinámicos La construcción de escalas de valores Las bandas de Mach El sistema de zonas 2. Escenarios virtuales 2.1 La luz, los objetos y el ojo en un entorno virtual 2.2 Luz virtual. Unidades. Calidad lumínica Unidades La calidad lumínica 2.3 Tipos de luces Luces virtuales simples Luces básicas con propiedades de área y volumen (extensas) Luces fotométricas Luz solar. Luz celeste. Sistemas de luz diurna Sistemas de luz diurna (integración de luz solar y luz celeste) Simulación de luminarias 2.4 Luces y sombras. Introducción a los tipos de sombras y sistemas de cálculo Volumen de sombra (shadow volume) Sombras por mapa (shadow map) Sombras por trazado de rayos (ray traced shadows) Sombras de área Sombras suavizadas por luces secundarias y por cálculos de iluminación global Sombras de objetos transparentes Otros tipos de sombras. Luces sin sombras. Luces negativas 2.5 Objetos virtuales. Los objetos virtuales como moduladores de luz 2.6 Ojos/cámaras virtuales 2.7 La formación de imágenes virtuales. Límites geométricos Límites geométricos. Capacidad de resolución de dispositivos virtuales 2.8 La formación de imágenes. Rangos dinámicos y escalas de valores Rangos dinámicos de dispositivos artificiales Rangos de dispositivos de entrada. Cámaras digitales. Escáneres Rangos de dispositivos de salida. Monitores. Impresoras Construcción de escalas en dispositivos analógicos. La densitometría Construcción de escalas en dispositivos virtuales. El factor gamma Formatos de alto rango dinámico (HDR). Introducción. Conceptos básicos y aplicaciones Distribución de valores en formatos HDR. Tone mapping 3. Sistemas de cálculo de iluminación 3.1 Introducción Procedimientos básicos y marco general del proceso de cálculo Sistemas de iluminación local 3.2 Sistemas de iluminación global Resumen de la evolución histórica Ventajas y desventajas de los métodos disponibles 3.3 Ray tracing clásico (1980) Métodos precursores. Cálculos de visibilidad y sombras (1968, 1971) Métodos clásicos de ray tracing (1980) Ray tracing distribuido (1984) 3.4 Radiosidad Método general (1984) Técnicas de optimización Recolección final (FG) en radiosidad 3.5 La rendering equation La rendering equation (1986) Coordenadas hemisféricas. Radiancia. Irradiancia La función de reflectancia (BRDF) Path tracing (1986) Estrategias de cálculo. Forward tracing. Backward tracing Función de respuesta (response, importance function). Measurement equation 3.6 Métodos de Montecarlo. Métodos generales de ray tracing Orígenes del método de Montecarlo Métodos básicos de Montecarlo en simulaciones de iluminación Métodos de optimización Quasi Monte Carlo Cálculo de la iluminación directa e indirecta Ray tracing generalizado. Métodos de optimización. Estructuras intermediarias 3.7 Métodos de pases múltiples (multipass). Métodos biased Métodos combinados de ray tracing y radiosidad (1986) Bidirectional path tracing (1993) Irradiance cache (1988, 1992) Proyección de fotones (photon mapping, 1995) Proyección de fotones y cáusticas Final gather Metropolis light transport (1997) 3.8 Image based lighting (IBL) Fundamentos Procedimiento general 3.9 Ambient occlusion 3.10 Otros métodos Importons Irradiance particles Brick maps. Point clouds. Point based GI TÉCNICAS. ANÁLISIS DE CASOS 4. Recursos básicos y complementarios 4.1 Recursos básicos Las tuberías de la representación Tarjetas gráficas. La GPU Direct3D y OpenGL. Shaders. Otras tecnologías recientes Las tuberías de la representación Los cálculos de iluminación y la pipeline Cálculos estandarizados Iluminación global con la GPU Aspectos generales. Ventajas y limitaciones del uso de la GPU. Rasterization frente a Ray tracing Múltiples luces (VPL). Instant radiosity. Lightcuts. Otras variantes Precomputed Radiance Transfer (PRT). Otros métodos de precómputo Ray tracing con la GPU Photon mapping Ambient occlusion Final gather e irradiance caching Aliasing y antialiasing Conceptos fundamentales Supermuestreo y submuestreo. Muestreo adaptativo Ejemplos de configuraciones básicas Unified sampling. Progressive rendering Filtros. Filtros usados en cálculos de iluminación Organización de la escena Aspectos generales Material de superposición (override material) Cámaras 4.2 Uso de imágenes HDR en cálculos de iluminación Imágenes HDR Métodos generales de obtención de imágenes HDR Grabación de series de fotografías con varias exposiciones Montaje y generación de archivos HDR a partir de series de fotografías Imágenes panorámicas Mapas de entorno panorámicos Tipos principales Software de generación de panoramas Transformaciones de panoramas Skydomes y skyboxes Métodos de grabación y montaje de panoramas HDR a partir de escenarios reales Grabación de series de fotografías solapadas Grabación por medio de una bola especular (mirror ball) Grabación con cámaras especiales Montaje y generación de HDR panorámicos Métodos de grabación y montaje a partir de escenarios virtuales Procedimiento general con Terragen Montaje externo Procedimiento general con 3ds Max o programas similares Montaje externo 4.3 Edición y ajuste de imágenes HDR Edición Análisis previo Herramientas y limitaciones de edición Ajustes Ajustes básicos Ajustes locales Ejemplos Ejemplo 1 Ejemplo 2 4.4 Reproyección de valores (tone mapping). Ajustes de gamma. Control de exposición Visualización LDR de archivos HDR Reproyección de valores (tone mapping) Métodos automáticos Ajustes de gamma Tipos generales de ajustes Ajustes locales de gamma Control de exposición Problemas con fondos y control de exposición Fondos demasiado oscuros o claros 5. Iluminación directa. Luces y Sombras Nota sobre los ejemplos 5.1 Luces simples puntuales, focales, directas Interfaz y métodos de creación y modificación Parámetros básicos de luces simples Atenuación con luces simples Recursos adicionales. Exclusión. Afectar a difuso. Afectar a especular Luces simples extensas Luces extensas planas Luces extensas de volumen 5.2 Luces fotométricas Parámetros básicos de luces fotométricas Unidades de luces fotométricas Unidades y control de exposición Temperatura de color. Plantillas Tipos de distribución. Archivos IES. Otros archivos 5.3 Sombras Parámetros generales Tipos de sombras Sombras por mapa (shadow maps) Sombras por ray trace Sombras de área Sombras de volumen 5.4 Sistemas de luz diurna Procedimientos generales. Creación y especificación de datos climatológicos Luz solar. Tipos y propiedades Luz celeste. Tipos y propiedades Luz celeste. Modelos de cielos Perspectiva aérea Mapas de entorno Sky portals Control de la temperatura de color en sky portals 5.5 Luminarias y objetos luminosos Luminarias Tres ejemplos Objetos irradiantes Efectos de volumen de luz y de resplandor (glow, glare) 6. Sistemas y configuraciones de cálculo de iluminación global 6.1 Iluminación directa e iluminación indirecta Sistemas de iluminación local y de iluminación global Tipos de organización de la escena y tipos de luces en ambos sistemas Tipos de cálculo de sombras en ambos sistemas Dependencia del punto de vista y de la resolución. Métodos de filtrado y antialiasing Ventajas de los sistemas de iluminación local Ventajas de los sistemas de iluminación global y sumario de los descritos en este capítulo Principales aplicaciones (motores de render) disponibles en 2014 RenderMan (1988, Pixar) Mental Ray (1989, mental images, Nvidia) Cinema 4D (1993, Maxon) Lightwave 3D (1994, Newtek) Mantra con Houdini (1996, Side Effects Software) V-Ray (1997, Chaos Group) 3Delight (2000, DNA Research) FinalRender (~2001, Cebas) Modo (2004, The Foundry) Maxwell (2006, Next Limit) Arnold (2009, Solid Angle) Octane (2011, Otoy) Clarisse (2012, iFX Isotropic) Lagoa MultiOptics (2013, Lagoa) Escenario utilizado en los análisis de este capítulo 6.2 Radiosidad Radiosidad con 3ds Max Preparación. Escenario utilizado. Sumario del método Primera fase: calidad inicial Segunda fase: mallado Tercera fase: regather Control de las características y densidad de la malla Control de la fuga de color con radiosidad Radiosidad con otros programas 6.3 Path tracing y otros métodos básicos de Montecarlo Métodos de path tracing con iray de mental ray Descripción general Parámetros Ejemplo 1 (interior) Ejemplo 2 (exterior) Path tracing con V-Ray (light cache) Procedimientos de configuración de iluminación global en V-Ray Descripción general Parámetros generales Análisis Fuerza bruta o DMC (Deterministic Monte Carlo) con V-Ray Descripción general Parámetros. Análisis 6.4 Irradiancia y Final Gather Irradiancia con V-Ray Descripción general Parámetros generales Análisis Final Gather con mental ray Procedimientos generales de configuración de iluminación global con mental ray Descripción general Parámetros 6.5 Fotones. Combinación de irradiancia y fotones. Cáusticas Fotones con mental ray Descripción general Parámetros generales Análisis Combinación de irradiancia y fotones con mental ray Fotones con mr sun Control de la fuga de color (color bleeding) con fotones Fotones con V-Ray Parámetros generales Análisis Combinación de irradiancia y fotones con V-Ray Cáusticas Caústicas con mental ray Descripción general Parámetros generales Análisis Ejemplos Problemas característicos 6.6 Métodos de optimización Reutilización de mapas de irradiancia, final gather y fotones Uso de importons e irradiance particles 6.7 IBL (Image Based Lighting) Procedimientos comunes a las diferentes aplicaciones Tipos de aplicaciones y tipos de mapas HDR. Conversión entre formatos Combinación de mapas HDR y LDR para procesar fondos, entornos y reflejos Entornos virtuales o integrados como objetos hemisféricos Problemas característicos IBL con mental ray Carga y configuración de un archivo HDR o EXR Alternativas de configuración para IBL Escenario y mapas utilizados en los cuatro primeros ejemplos que siguen Ejemplo 1. Un mapa. Con FG y un objeto envolvente hemisférico irradiante Ejemplo 2. Un mapa. Con FG y Skylight Ejemplo 3. Un mapa. Con iray Ejemplo 4. Un mapa. Con IBL nativo Mapas utilizados en el último ejemplo que sigue Ejemplo 5. Dos o Tres mapas. Iluminación, fondo, reflejos Smart IBL (sIBL) Uso de IBL con otras aplicaciones 6.8 Oclusión ambiental (Ambient Occlusion) Ambient Occlusion como sistema de cálculo de iluminación sin luces Descripción general Parámetros Ejemplo 6.9 Análisis y medición de la iluminación Análisis de la iluminación con radiosidad Recursos Análisis de la iluminación con mental ray Recursos Precisión de los análisis Parámetros principales Ejemplo 1. Galería. Iluminación diurna Ejemplo 2. Galería. Iluminación con luces artificiales Referencias Índice analítico | |
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| dc.format | Libro digital | |
| dc.format.extent | p. 448 | |
| dc.format.extent | 20.36 MB | |
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| dc.language | Español | es |
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| dc.rights | Creative Commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0) | en |
| dc.rights.accessRights | openAccess | en |
| dc.rights.uri | http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/ | en |
| dc.subject | INGENIERÍA Y ARQUITECTURA::ARQUITECTURA, INGENIERÍA CIVIL, CONSTRUCCIÓN Y URBANISMO::Expresión Gráfica en la Ingeniería | es |
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| dc.subject.other | Gráficos y modelado en 3D | es |
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