Simulare le sorgenti artificiali con 3d Studio Max Design

All’interno di 3ds Max Design e Mental Ray lo strumento dedicato alla simulazione delle fonti luminose artificiali e dei corpi illuminanti   sono le   Photometric Light, in grado di riprodurre fedelmente il comportamento di qualunque tipo di corpo illuminante esistente sul mercato, o se necessario, riprodurre semplicemente il comportamento fisico di una fonte luminosa attraverso la lettura del solido fotometrico che la rappresenta. In questa sesta puntata con la simulazione fotorealistica della luce secondo parametri fisicamente corretti con 3ds Studio Max Design descriverò come simulare le sorgenti artificiali.

Si rimanda agli scorsi capitoli per maggiori dettagli:

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
5. La simulazione della luce naturale con 3ds Studio Max Design

L’immagine che segue, illustra alcuni parametri ed aspetti che caratterizzano tale strumento, è facile intuire che non è possibile in questo ambito descrivere in modo dettagliato ogni singolo parametro, per questo motivo verranno prese in considerazione unicamente le caratteristiche principali utili in ambito progettuale e legate al work flow fisicamente corretto.

All’interno della tendina “General”, è possibile determinare le prime due caratteristiche fondamentali, ovvero l’utilizzo delle “Ray Shadows” , modello idoneo alla simulazione e determinazione delle ombre generate dalle fonti luminose (una delle condizioni imposte dal lighting analysis al fine del perseguimento di un work flow fisicamente corretto) , e attraverso la sezione “Light Distribution (Type)” il modello di distribuzione della luce della fonte luminosa , Uniform Diffuse e Photometric Web.

Entrambe le opzioni offrono la possibilità di determinare e gestire le caratteristiche fotometriche quali flusso o intensità luminosa, temperatura colore espressa in Kelvin (K), forma della fonte luminosa e non ultimo la distribuzione della luce. La differenza sostanziale fra i due modelli è che l‘Uniform Diffuse gestisce queste caratteristiche in modo generico , lasciando all’operatore l’onere di inserire i valori fotometrici e limitando la determinazione della distribuzione luminosa al tipo e alle dimensioni della forma, lineare, circolare, quadrata ecc.

Il modello Photometric Web invece è stato studiato in modo tale da poter simulare correttamente il comportamento di corpi illuminanti presenti sul mercato gestendo sia le caratteristiche fotometriche che la distribuzione luminosa attraverso l’utilizzo di file denominati IES (Iesna) , veri e propri contenitori di informazioni, che vengono generati e forniti dalle aziende produttrici di apparecchi luminosi e propri di ogni corpo illuminante.

Si rimanda in merito all’articolo http://www.luxemozione.com/2007/09/formati-fotometrici.html in cui si descrivono le funzionalità dei file fotometrici d’interscambio più comuni, la cui comprensione è fondamentale in un processo di simulazione fisicamente corretto.

Come è possibile osservare dall’immagine qua sopra , il file IES (riferito allo standard Nord Americano Iesna) deve essere inserito nell’apposito slot, posizionato all’interno della tendina “Distribution (Photometric Web)” , dove è possibile gestirne la rotazione e vederne una piccola anteprima attraverso un diagramma fotometrico.

Una volta inserito il file fotometrico, viene rappresentata una anteprima tridimensionale all’interno dell’area di lavoro, per far si che l’operatore possa osservarne il corretto puntamento e posizionamento.

La tendina “Intensity/Color/Attenuation” è comune ad entrambe i modelli e gestisce i parametri fotometrici della fonte luminosa.

Nella sezione “Intensity” è possibile scegliere se utilizzare il Flusso luminoso (lm) o l’intensità luminosa (cd) per determinare la quantità di luce emessa dal corpo illuimante; questo valore deve essere gestito dal file IES nel caso si stia utilizzando una photometric Web. Volendo è presente una terza opzione data da lx at , ovvero valore di illuminamento ad una determinata distanza, e dunque è necessario inserire sia il valore espresso in lux che la distanza della fonte dalla superficie illuminata.

La terza sezione Dimming permette di utilizzare un moltiplicatore 0-100 % (e oltre volendo) , riferito al valore inserito nella sezione intensity, è molto utile in caso di animazioni per poter simulare accensioni dimmerabili , e ha la funzione di un vero e proprio dimmer.

Nella sezione Color e’ possibile determinare l’aspetto cromatico, inserendo il valore di temperatura colore espressa in Kelvin (alcuni file IES inseriscono automaticamente questo valore), vediamo nell’immagine seguente tre configurazioni diverse, nell’ordine a 2800 – 4000 – 7000 K

In oltre và segnalata l’opzione di poter simulare un filtro cromatico intervenendo sull’opzione “Filter Color”. Di seguito è possibile osservare un esempio dove a parità temperatura della fonte luminosa pari a 4000K sono stati impostati tre varianti differenti di filtro cromatico.

Come detto precedentemente è possibile sia con il modello Uniform Diffuse che Photometric Web determinare la forma della fonte luminosa e se necessario renderla visibile nel rendering oltre che nella finestra di lavoro e impostare la qualità e definizione delle ombre intervenendo sui Samples.

• Le forme utilizzabili sono Line ,
• Point (luce puntiforme),
• Rectangle (rettangolare o quadrata),
• Disc (circolare).
• Le forme Sphere e Cylinder risultano infine molto utili per simulare il comportamento di fonti comuni quali sorgenti nude (Sphere) , o tubolari fluorescenti (Cylinder).

Queste ultime due forme implicano l’utilizzo di un terzo modello Distribution Light ovvero l’Uniform Spherical adatto alla simulazione di fonti omnidirezionali , che al contrario dei due modelli descritti fin ora, distribuiscono la luce emessa in ogni direzione .

Per quanto riguarda il work flow fisicamente corretto, è bene sottolineare che, ove possibile, è bene utilizzare il modello Photometric Web abbinato a file IES affidabili e garantiti dalle aziende costruttrici.

Comunque sia, la grande flessibilità a disposizione permette di poter simulare il comportamento fisico sia di corpi presenti sul mercato (Photometric Web abbinato a file IES) che corpi illuminanti artigianali o sperimentali (Uniform Diffuse), legandosi però nel secondo caso ad una precisa e scrupolosa modellazione del corpo illuminante e impostazione dei materiali che lo compongono.

L’aspetto legato al controllo dell’illuminazione indiretta, tendina “mental ray Indirect Illumination” , è di fondamentale importanza per quanto riguarda il work flow fisicamente corretto e verrà trattato nel prossimo e conclusivo articolo, detto ciò è bene sottolineare che ogni fonte luminosa sia essa naturale o artificiale segue la regola del quadratico inverso .

Di seguito è possibile osservare alcune immagini realizzate utilizzando tre diverse configurazioni con corpi illuminanti in ordine

1. Downlight,
2. Wallwasher ,
3. modulo LED lineare nascosto in un contro-soffitto con gole perimetriche
4. e una versione complessiva con tutte le soluzioni attivate.

Tutte le versioni sono state realizzate mantenendo invariati i parametri che regolano il controllo di esposizione per poterle valutare e confrontare fra loro.

In conclusione è possibile affermare che all’interno di 3dsMax grazie al motore di rendering Mental Ray e al modulo lighting analysis, vi è la possibilità di poter riprodurre fedelmente qualunque tipo di condizione luminosa sia essa naturale che artificiale, ed elaborare il loro comportamento ed interazione con le forme e i materiali in modo fisicamente corretto utilizzando algoritmi di calcolo riconosciuti adatti a tale scopo al pari dei comuni software normalmente utilizzati in ambito progettuale, e le modalità di utilizzo degli strumenti descritti in questi due articoli costituiscono una parte del work flow fisicamente corretto , più volte citato come condizione imprescindibile se si desidera utilizzare questo pacchetto come strumento di simulazione luminosa.

Il prossimo articolo verrà dato ampio spazio alla trattazione del work flow fisicamente corretto da seguire per impostare la simulazione con 3ds Max Design