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La simulazione della luce naturale con 3ds Studio Max Design

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Giunti al quinto appuntamento con la Simulazione Luminosa foto-realistica con 3ds Max Design è arrivato il momento di affrontare il tema più volte citato come imprescindibile e di grande importanza , ovvero il work flow fisicamente corretto, Oggi sarà approfondito il procedimento di simulazione della luce naturale.

Prima di proseguire è doveroso ricordare che  3dsMax per effettuare l’analisi della luce, utilizza algoritmi di calcolo fisicamente corretti ed è basato sul ray tracing al pari di molti altri software considerati tradizionalmente idonei ad eseguire questo tipo di processo analitico. Va sottolineato  che 3ds Max Design è un programma multidisciplinare idoneo a soddisfare numerose esigenze applicative e di conseguenza ricco di soluzioni e di strumenti utilizzabili di volta in volta in modo diverso.  Gli  strumenti utilizzati  in ambito architettonico, ad esempio, non è detto possano essere utilizzati in egual misura in ambito illuminotecnico ad esempio nella simulazione della luce naturale con 3ds Studio Max Design viceversa; per questo motivo   il  Work Flow, ovvero il modo con cui gli stumenti vengono utilizzati ed interpretati , è parte fondamentale nel processo di simulazione.

Si rimanda, per ulteriori approfondimenti sulle caratteristiche di 3dsMax e simulazione fotorealistica  della luce, agli altri articoli pubblicati:

  1. La simulazione fotorealistica della luce con 3dsmaxDesign
  2. Simulazione fotorealistica della luce, introduzione a Mental Ray
  3. Simulazione fotorealistica della luce, la Global Illumination
  4. Simulazione fotorealistica della luce, lighting analysis

Per procedere alla simulazione della luce naturale, 3ds Max Design rende disponibile  uno strumento denominato “Daylight system” , dove  sono presenti le fonti luminose sole e cielo fisico, i parametri e i modelli fisicamente corretti idonei ad effettuare l’analisi delle condizioni di illuminazione.

L’analisi della luce naturale in 3ds Max  si basa su modelli di cielo fisicamente corretti, all’interno del daylight system sono presenti  il modello Sky CIE standard e il modello Perez All Weather . Entrambi danno la possibilità di poter gestire l’influenza delle fonti luminose sole e del cielo attraverso il controllo dei parametri ad essi riferiti .

Il cielo standard CIE è costruito attraverso algoritmi più o meno complessi che definiscono alcune condizioni atmosferiche standard, tra questi CIE Sky Overcast, associato a condizioni atmosferiche di cielo prevalentemente nuvoloso. La luminanza della volta celeste è indipendente dalla posizione del sole, ha un valore che varia in rapporto 1/3 dall’orizzonte fino allo zenit (90°) dove si ha valore massimo di luminanza.

Il modello CIE Sky clear, è associato a condizioni di cielo completamente sereno, la posizione del sole è una variabile fondamentale nel calcolo della luminanza istantanea.

Si vedano qua sotto immagini esplicative dei 2 modelli di cielo standard CIE.

simulazione della luce naturale CIE standard Clear
Modello matematico CIE standard Clear

 

simulazione della luce naturale CIE overcast
Modello matematico CIE standard Overcast

simulazione della luce naturale CIE overcast

Il modello Perez All Weather Sky è un’evoluzione del modello CIE, la luminanza della volta celeste è pesata in considerazone di letture reali di luminanza e irradianza diretta realizzate in diverse località. In generale le simulazioni realizzate con Perez All Weather sono più accurate di quelle realizzate con CIE Sky.

Ritornando a 3dsMax Design, come si diceva, è possibile verificare con modello CIE Sky con inserimento manuale dei dati e Perez all Weather con utilizzo di weather data file specifici per area.

3dsMax simulazione della luce naturale 01

In 3ds Max design, attraverso il modello CIE sky, è possibile determinare le condizioni luminose di “Overcast Sky” e “Clear Sky” impostando manualmente i parametri di Duffuse Horiz e Direct Normal Illuminance. E’ indispensabile avere piena conoscenza del significato di questi parametri per poterli utilizzare in modo fisicamente corretto.

Attraverso il modello Perez all Weather i parametri di controllo vengono gestiti da particolari file (Data weather file con estensione *.epw) che contengono dati reali di rilievo realizzati durante tutto l’anno solare e nell’arco delle 24 ore.

E’ quindi possibile, attraverso il loro utilizzo, determinare condizione di illuminazione naturale , basata su dati reali e fisicamente corretti, che tengono conto anche delle condizioni atmosferiche di nuvolosità e torbidità nell’aria, a differenza del modello CIE che non considera questi aspetti.

Il modello di simulazione Perez all Weather è dunque consigliato per una maggiore accuratezza del risultato finale.

I file Data weather si possono scegliere a seconda della località oggetto della simulazione, dal database messo a disposizione dal DOE – US Department of Energy che potete trovare al seguente link: Database EPW DOE

Il file scaricato viene inserito nell’apposito slot nella sezione daylight parameters , dove vi è la possibilità di poter controllare la posizione del sole attraverso 3 modalità, “manual” , “Data,Time and Location” e appunto “weather data file”

3dsMax simulazione della luce naturale 02

Dal tasto setup si accede ad un menù dove è possibile inserire i file data weather ed impostare una data ed un’ora precisa nella località ove i dati sono stati rilevati.

3dsMax simulazione Luce naturale 03

3dsMax simulazione della luce naturale 04

Sia per quanto riguarda il sole che il cielo fisico vi è comunque la possibilità di poter intervenire su moltiplicatori chiamati appunto “multiplier”, i quali gestiscono l’intensità di queste fonti luminose, ma questo non è un procedimento fisicamente corretto e il lighting analysis lo segnala appunto come errore di processo.

A questo punto vediamo alcuni esempi di illuminazione naturale in un’ambiente interno ottenuta attraverso l’utilizzo del modello fisico Perez All Weather e il file data weather .epw della località di Milano Linate,

3dsMax simulazione Luce naturale 03 3dsMax simulazione Luce naturale 05
Ora : 06:00 AM – Data : 21 giugno -Parametri fotografici : 1/20 (tempi di esp.) – f/2,8 (diaframma) – ISO 100
3dsMax simulazione Luce naturale 03 3dsMax simulazione Luce naturale 05
Ora : 10:00 AM – Data : 21 giugno -Parametri fotografici : 1/80 (tempi di esp.) – f/2,8 (diaframma) – ISO 100
3dsMax simulazione Luce naturale 03 3dsMax simulazione Luce naturale 05
Ora : 13:00 AM – Data : 21 giugno -Parametri fotografici : 1/25 (tempi di esp.) – f/2,8 (diaframma) – ISO 100

Per ogni vista è possivibile realizzare una rappresentazione in falsi colori dei livelli di illuminamento, si veda qua sotto un esempio

3dsMax simulazione Luce naturale 03 3dsMax simulazione Luce naturale 07
Visualizzazioen falsi colori dei livelli di illuminamento ore 10AM 21 Giugno

Il prossimo appuntamento sarà dedicato all’analisi delle sorgenti artificiali.

A presto!

Luca
Lucahttp://www.lucarostellato.it
Luca Rostellato, è un libero professionista specializzato nella creazione di simulazioni 3D illuminotecniche fotorealistiche. Si è appassionato sin dai primi studi di modellazione e simulazione 3D , passione che lo ha portato ad approfondire e studiare l'argomento per svariati anni. Dal 2008 è attivo nel portale di riferimento sulla grafica 3D in Italia treddi.com, dove cura rubriche di approfondimento su Mental Ray. Dal 2016 è docente per VIFX - School of Visual Effects. Nel 2016 si è unito a LDT-Lighting Design Team , studio multidisciplinare di progettazione della luce.

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