Cómo usar Substance para el diseño interior de coches
Tras el lanzamiento en Substance Source de la colección dedicada a la industria automotriz, el equipo de Substance trabajó de la mano con el fabricante de piezas automotrices Faurecia en la visualización de un nuevo concepto en diseño interior de un coche en este caso para asientos sus ascientos. Conoce cómo fue este proceso, desde la creación de los materiales digitales, hasta la textura del asiento en 3D.
Un proyecto para el futuro de la movilidad
Anthony Salvi, Creativo técnico en Allegorithmic y Damien Bousseau, Artista técnico Senior en el equipo de Substance Source, colaboraron con Marion Buhannic, Diseñadora de Color y Recortes de Faurecia, en el proyecto de renderizado del asiento.
El diseño de CMF (Acabados de Materiales de Color) dentro de la industria automotriz es un desafío, en parte debido a las especificaciones de alto nivel de los materiales. Hay que tener en cuenta la eficiencia de los costos de producción al elegir los materiales, al igual que en la producción en masa. Por lo tanto, cada material tiene que cumplir con múltiples restricciones.
El uso de datos 3D provistos por los diseñadores o ingenieros es clave en el trabajo diario de CMF, específicamente en lo relacionado con la investigación, propuestas, renderizados realistas y definición de materiales.
El proyecto de diseño de este asiento hace parte del trabajo de Cockpit of the Future, una división de Faurecia que trabaja en la movilidad del mañana, de acuerdo con las demandas del mercado automovilístico autónomo.
El asiento podría utilizarse en los coches autónomos del futuro. Es un asiento de producción realista hecho con telas asequibles para automóviles. Sin embargo, el diseño de este asiento planteaba un reto: era necesario reconocer y diferenciar todos los materiales, lo cual es muy complejo debido a que todos pertenecen a la gama de grises y las telas son pequeñas estructuras tejidas difíciles de visualizar.
Escaneo de materiales
Normalmente, la digitalización de materiales se realiza con un escáner y luego se utiliza Photoshop para crear una estructura perfecta. Sin embargo, según Marion Buhannic, no es posible crear texturas reales a partir de los datos tomados del escáner. “Escaneé materiales muchas veces, pero nunca con la herramienta adecuada. Tener las texturas reales a partir de los datos tomados del escáner, y no solo una simple imagen, mejora claramente la calidad del material virtual”.
“Visualizar el asiento de forma fotorrealista requiere la creación precisa de sus materiales”, señala Damien Bousseau. “Esto significa reproducir cada superficie de material desde los granos de plástico y el nivel de brillo hasta los diferentes tejidos. En este caso específico, optamos por escanear las muestras que Marion seleccionó de los proveedores de Faurecia. Gracias a eso pudimos capturar cada detalle del tejido con gran precisión”, agrega.
De acuerdo con Bousseau y Buhannic, la clave para recoger esos datos cualitativos es la preparación de la muestra. Esto significa eliminar los defectos de los tejidos, como por ejemplo las arrugas y las pelusas no deseadas. Una vez la muestra está lista, se coloca en el dispositivo de escaneo para generar los diferentes mapas base del material digital.
En este proyecto en particular se utilizó un dispositivo de escaneo Vizoo que genera mapas de color, normal y opacidad cuando es relevante. Una vez esté listo este proceso, es momento de crear el material digital con Substance Designer.
“El procesamiento del escaneo en Substance Designer permite crear un material digital repetitivo. Hay una plantilla disponible con todos los nodos que se necesitan para el proceso”, señala Damien Bousseau. “El punto de entrada del post-procesamiento son los mapas generados por su dispositivo de escaneo. Esto significa que eres libre de usar cualquier dispositivo de escaneo en el mercado, incluso de fabricación propia”.
Para generar los materiales digitales se llevan a cabo los siguientes pasos:
- Utilización el nodo “Crop” para mantener el aspecto original de la captura.
- Procesamiento de todos los mapas juntos con el nodo “Smart Auto Tile”. Esto permite alinear las fibras de la tela en las costuras, dando como resultado un material que se puede replicar más allá del tamaño de la muestra original sin costuras visibles.
- Corrección de los defectos de fábrica restantes del tejido, como por ejemplo el polvo y los pelos que pasaron desapercibidos durante el escaneo, utilizando el nodo “Clone Patch”. Este nodo permite copiar y reemplazar áreas de los tejidos, lo cual es particularmente útil cuando la muestra original tiene un problema inherente, como los hilos sobresalientes.
“Estoy muy impresionada por la versión virtual. La parte difícil es revelar cómo los materiales reaccionan a la luz. Hemos escaneado pequeños granos y estructuras de tela, que son un desafío, así que aprecio el hecho de ser capaz de reconocer los materiales desde una gran distancia”, afirma Marion Buhannic.
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- Creación del material modificable para determinar las propiedades visuales del material y así crear renderizados fotorrealistas.
Al utilizar Substance los diseñadores de color y corte pueden llevar su creatividad al siguiente nivel y experimentar con los colores en el mundo digital sin limitarse a la disponibilidad de la muestra. Una vez se ha finalizado con este proceso, los materiales ya están listos para ser aplicados al modelo 3D del asiento.
Nivel Especular + Escala (Plástico vs. Cuero)
“La clave de un rendering realista está ligada a la escala. Esto es particularmente cierto para los materiales digitales que realmente componen el objeto 3D”, señala Anthony Salvi, Creativo técnico en Allegorithmic.
“Con la ayuda de las muestras físicas, logramos establecer con precisión la escala de los granos de cuero y plástico, así como de las telas. Una buena manera de ajustar la escala de los materiales en relación con los demás fue hacer un zoom en un área del asiento donde los materiales se unen. Esto nos permitió hacer coincidir las dos escalas de grano de los materiales. De hecho, es mucho más simple para el ojo comparar que juzgar sin referencia al modelo”, agrega.
Existe otro factor que juega un rol vital para lograr resultados realistas: el valor del nivel especular de cada material.
“Con la definición de metálico/rugosidad (metallic/roughness), cuando el metálico se establece en 0, se entiende que el material es un dieléctrico y el valor de reflectancia en el ángulo de Fresnel cero o F0, se establece en un 4% de reflectancia. Esto funciona para la mayoría de los materiales dieléctricos comunes, pero algunos dieléctricos pueden tener un índice de refracción, o IOR, diferente”, explica Salvi. “El nivel especular puede ser usado para anular el valor predeterminado del 4% usado en la definición de metal/rugosidad. Aquí tenemos un cuero y podemos usar el nivel especular para establecer un nivel personalizado para el material de cuero”, agrega.
Substance facilita este punto del diseño interior ya que para manejar el canal solo es necesario añadir un nuevo nodo “Output” y establecer el uso y el identificador a specularLevel. Luego, se ajusta el valor usando el nodo “Uniform Color” en el modo “Grayscale”.
“Un valor de 60 es un buen comienzo para un cuero y 127 para un plástico”, señala Salvi.
Iluminación y HDR usando Iray
La materia y la luz están intrínsecamente ligadas entre sí, y más aún cuando se trata de poner en escena un objeto, en este caso, el asiento del auto de Faurecia.
La composición guía el punto de vista de la cámara, ya sea en un gran angular, en un plano cercano o en un primer plano. El objetivo es enfatizar la dinámica de las líneas del objeto, para revelar su carácter.
Por su parte, los ángulos de conducción de la cámara fortalecen las líneas de tensión naturales del objeto. Una vez establecido el punto de vista, se procede a la iluminación de la escena.
“Desde Substance Designer 6, ha sido posible crear un HDRi con un gráfico procedural. Esto permite generar una imagen con una relación de 2:1 (por ejemplo 2048 x 1024) con una precisión de 32 bits. Puedes empezar a hacer tus propios HDRs personalizados usando la plantilla incorporada en Substance Designer”, indica Salvi.
La imagen HDR resultante (32 bits) es usada por Substance Designer para iluminar la escena 3D. Para esto se utiliza el nodo “Output” en modo “panorama”.
Simplemente hay que hacer clic con el botón derecho en el nodo “Output” y seleccionar “View in 3D”. También se puede arrastrar y soltar la miniatura en la vista en 3D y luego seleccionar “Panorama de Latitud/Longitud” para mostrar el mapa HDR en la vista 3D.
La ventaja de este mapa HDR es que puede ser reutilizado después en casi todos los programas de 3D. En este caso se usó Iray en combinación con un gráfico de Substance Designer para construir la iluminación.
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El resultado final: un renderizado fotorrealista
La luz juega un papel fundamental en la construcción de una imagen ya que es un instrumento que permite resaltar los detalles del objeto, darle profundidad, amplificar las curvas y guiar el ojo.
El asiento diseñado por Faurecia está compuesto por muchos materiales que reaccionan de forma diferente a la luz y dan un fuerte ritmo visual. Usar Substance Designer le pemitió al equipo de Faurencia lograr un renderizado realista teniendo en cuenta las características de los distintos materiales.
Para iniciar se tomó una sola fuente de luz con el nodo “Panorama Shape”. Esta primera fuente, llamada “Key Light”, es la fuente principal.
Substance Designer permite cambiar la posición, tamaño y rotación directamente en la vista 2D. Esto es muy conveniente para ajustar rápidamente la luz, mientras se ve el resultado en la vista 3D. Gracias a los ajustes “Hotspot” y “Shape”, el equipo de Faurencia pudo crear gradaciones de luz que le dieron volumen al asiento.
Una vez que se configuró la fuente de luz principal, se añadió una segunda fuente a través de un segundo nodo “Panorama Shape”, el cual se asoció al primero con un nodo “Blend” en modo “Copy”.
Por último, para las vistas de todo el asiento, se añadió un gradiente de luz en toda la superficie del mapa HDR para dar una base de reflejos en todo el objeto y el suelo. Cabe resaltar que esto no siempre es necesario para los primeros planos.
La gran ventaja de Substance Designer es poder construir rápidamente una iluminación establecida desde un punto de vista. Esto añade flexibilidad a la creación de la imagen, para iterar rápidamente sobre el entorno de iluminación que mejor se adapte al requerimiento del proyecto.
Aunque todos los cueros y plásticos son negros, es interesante ver cómo la luz reacciona de forma diferente a cada material. Aquí está el gráfico final hecho en Substance Designer:
Substance es una poderosa herramienta tanto de investigación como de rendering, que permite a los diseñadores de CMF de sectores como la industria automotriz experimentar y ser capaces de mostrar un objeto final de manera realista, sabiendo de antemano cómo se verán y comportarán los materiales de ese objeto.
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