¿Cómo es la Iluminación para un mundo virtual?

Los videojuegos se encuentran entre las formas más complejas de medios interactivos ya que son capaces de simular diversos elementos de los medios tradicionales, como historias, personajes complejos, música e incluso entornos hiperrealistas que prácticamente emulan todos los elementos de la naturaleza incluyendo la luz.

Comprender una experiencia interactiva tan intrincada puede ser complicado, puesto que hay varias formas de percibirlos, no obstante, como lo que nos atañe es la luz, nos dirigimos principalmente al discurso de la “estética del juego”, en otras palabras, la experiencia visual, auditiva e inmersiva que generan y su relación con la iluminación virtual. 

Se puede describir a la iluminación virtual como el método mediante el cual los escenarios de videojuegos  3D se representan al tener en cuenta toda la información de iluminación. Debido a la flexibilidad de los motores de reproducción (mejor conocidos como engines) y la variedad de estilos, se puede organizar la iluminación como de una dimensión, de estilo cel-shaded y los fotorrealistas.

Y aunque las dos primeras pueden alcanzar una iluminación con cierto dinamismo no es lo suficientemente complejo como los videojuegos fotorrelaistas, de los que se desprenden dos tipos de procesamiento de iluminación: la estática y la dinámica. 

Las luces dinámicas responden de manera interactiva a la escena 3D, como al cambiar la posición de las sombras dependiendo de la transición del día a la noche, el movimiento del jugador o al interactuar con los materiales que toca. Por otro lado, las luces estáticas (conocidas como luces horneadas o baked lights) son estacionarias y se pueden excluir del cálculo dinámico para ahorrar recursos del juego.

Los directores de arte y los diseñadores de niveles a menudo utilizan diversos softwares que van desde photoshop a editores de modelado 3D como Maya o Studio Max o Blender para producir el efecto de iluminación deseado. Cada producto de software contiene algoritmos que establecen la iluminación simulada, mismos que tienen su propio conjunto de suposiciones respecto a cómo se establece o simula la iluminación, incluida la apariencia de la sombra y el color.

Por ejemplo, los diseñadores de iluminación de juegos manipulan manualmente las propiedades del material y la iluminación de la escena para establecer un ambiente y estilo para cada etapa del juego, tales como los niveles de luminancia, la temperatura de color, la dirección, la calidad de la sombra así como su variación en el tiempo. Lo que a su vez genera mayor complejidad al momento de hacer el cálculo de iluminación ya que no se pueda asumir tan fácilmente debido a estos entornos más dinámicos e impredecibles. 

Hasta este punto, en cuanto al aspecto técnico todo es muy similar a lo que se desarrolla para el mundo de la animación cinematográfica, sin embargo, también existen muchas técnicas de diseño de iluminación en teatro, cine, arquitectura y danza que abordan el papel de la iluminación y que los diseñadores de juegos han ido adoptando para enriquecer el sentido estético del espacio virtual y la experiencia de juego. 

El proceso para incluir la iluminación en un videojuego depende mucho del estilo de trabajo de cada estudio, sin embargo, su origen es el mismo. A diferencia de los estudios de animación que usan una técnica llamada “raytracing” para usar rayos de luz artificiales y así iluminar adecuadamente una sola imagen; los videojuegos, con sus ángulos de cámara en constante cambio y sus acciones impredecibles, tienen que hacer las cosas en tiempo real. Esto resultó en buscar soluciones o trucos más simples como crear la idea de una área iluminada al pintar ciertas zonas más brillantes. 

Pronto se utilizaron luces estáticas con iluminación direccional real para proyectar sombras, aunque los efectos como reflejos artificiales (en espejos o charcos) y los destellos de lentes llegarían más tarde con la evolución de los motores de juego, mismos que ahora permiten representar una física casi exacta de  cómo se comporta realmente la luz. 

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En una entrevista de la revista 80 Level con el artista de iluminación Gabe Betancourt quien trabajó para el juego Uncharted 4 compartió:

Junto con la ubicación de la luz, coordinamos el color y el estado de ánimo a través del sol, el cielo, la sombra y la exposición para acompañar la progresión de la historia y el juego. Al ajustar los valores atmosféricos, los efectos posteriores y la iluminación de la fuente de procesamiento, logramos que todo funcione bien en tiempo real.

También combinamos elementos para lograr una sensación adecuada utilizando niebla, rayos “mágicos”, polvo, brillos, reflejos, reflejos especulares, sombras, incendios, bengalas y otras fuentes artificiales, así como mapas de luz, gobos y LUT (tabla que contiene valores de cada canal de color del cero absoluto de luminancia al máximo valor de luminancia). Ajustamos la dirección y lo ajustamos con los materiales, los personajes y el entorno para lograr un sentido de profundidad y de escala, haciendo que hasta los más mínimos detalles puedan destacar. De igual manera hacemos hincapié en acatar la dirección artística que el juego requiera en cada momento. Los artistas de iluminación son a menudo equivalentes a los directores de fotografía en las películas.

Por lo general, hacia el punto medio de la preproducción, cuando los diseñadores finalizan el proceso de modelado y se establece la dirección de la historia, comenzamos a trabajar con el sol, el cielo, las luces de tiempo de ejecución, la niebla y los reflejos para ver qué tan bien funcionan juntos y pensamos: Cuando un jugador entra en un espacio, ¿la iluminación incita a un sentido de presencia? ¿Genera maravilla, temor, alegría, ira, paz o tristeza? Se invierte mucho tiempo en capturar un sentimiento y observar cómo reaccionan los demás para hacerlo correctamente ya que al final, este es uno de los desafíos más grandes. [/box]

Independiente del estudio, actualmente se puede delimitar el proceso de iluminación de un videojuego a través de ciertos pasos generales. Las primeras pruebas de iluminación se pueden hacer durante el Grey Box Testing, que se refiere a una técnica para probar el software con conocimiento parcial del funcionamiento interno de la programación. En esta etapa se puede incluir la configuración de luces y skydomes, así como esbozar algunas de las primeras composiciones. 

 Aprovechar las pruebas de iluminación en una etapa tan temprana puede ser realmente útil ya que se puede colaborar con el diseño artístico y ambiental para definir cuál debería ser el enfoque o el humor de cualquier nivel, puesto que la iluminación es una herramienta importante para dirigir la atención del jugador, por lo que obtener esto temprano ayuda a todo el equipo para trabajar de manera más amplia y eficaz.

Una vez que el arte y el diseño de niveles han avanzado, generalmente se continua con la segunda “pincelada” de iluminación, el enfoque aquí es pulir el trabajo que se hizo antes. En este punto, los modelos 3D (conocidos como meshes), deberían estar listos para el lightmap UV (proceso para pre-calcular el brillo de las superficies en una escena y almacenar el resultado en un gráfico o «mapa de luz» para su uso posterior). Después se procede a asegurar que los espacios se entiendan y sean interesantes, es importante recordar que la mecánica de juego siempre es lo primero. Ya que en ocasiones el escenario puede lucir excelente, pero puede haber áreas donde las sombras son muy oscuras y al momento de jugar no se puede explorar u observar los obstáculos. 

Cabe mencionar que el proceso de “mapeo de luz” es una de las áreas más desafiantes de la creación de arte ambiental, ya que, a diferencia de los UV de textura, cada cara del modelo debe tener su propio espacio, sin caras superpuestas, y las tablas de UV deben asegurarse de que haya suficiente relleno (o espacio) entre ellos para evadir los objetos. 

Unreal y otros motores de juego permiten usar una imagen HDR capturada para vincular con el diseño del cielo y replicar niveles de intensidad de luz real. Esto, combinado con la configuración de horneado para permitir una buena cantidad de luz de rebote y un buen mapa de luz UV puede crear una iluminación impresionante de manera casi automática.

FUENTES
Learning Lighting for Video Games
Working on Lighting for Video Games
Video games are creating lighting that moves through the world
Dynamic Lighting for Tension in Games