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Clase 052 — Iluminación 3D: tipos de luz y sombras

Parte: 2 — Desarrollo 3D: motores, escenas y transformaciones · Fuente: Godot Engine 4 — Documentación oficial: Lights and shadows ⏱️ Duración estimada: 60 min · Nivel: Intermedio

🎯 Objetivo

Iluminar una escena 3D en Godot 4 combinando los tres tipos de luz —DirectionalLight3D, OmniLight3D y SpotLight3D— y activar sombras de calidad, aprendiendo a ajustar energía, color y el parámetro bias para eliminar el acné de sombra sin sacrificar el rendimiento.

📚 Resultados de aprendizaje

Al finalizar, el alumno podrá:

  1. Distinguir cuándo usar luz direccional, omni o de foco según la fuente que se quiere simular.
  2. Controlar light_energy y light_color para dar carácter a una escena.
  3. Activar y configurar sombras con shadow_enabled y ajustar su calidad.
  4. Corregir el acné de sombra y el peter-panning modificando el bias.
  5. Evaluar el coste de rendimiento de cada luz con sombras y priorizar cuáles la usan.

🗺️ Temas

# Tema Por qué importa
1 DirectionalLight3D Simula el sol; ilumina toda la escena en paralelo.
2 OmniLight3D Bombilla que irradia en todas direcciones con alcance.
3 SpotLight3D Foco cónico dirigido, como una linterna.
4 Energía y color Definen intensidad y temperatura de la luz.
5 Sombras (shadow_enabled) Dan profundidad y anclan objetos al suelo.
6 Bias y acné de sombra Evitan patrones de moiré en superficies iluminadas.
7 Rango y atenuación Controlan hasta dónde alcanza omni/spot.
8 Coste y rendimiento Cada sombra dinámica cuesta; hay que dosificarlas.

📖 Definiciones y características

🧰 Herramientas y preparación

Usa Godot 4.x con una escena que tenga suelo y varios objetos con relieve (esferas, cajas, una rampa) para apreciar las sombras. Conviene tener un WorldEnvironment con luz ambiental baja para que las sombras sean visibles. Consulta la guía de luces y sombras en https://docs.godotengine.org/en/stable/tutorials/3d/lights_and_shadows.html y la API de Light3D en https://docs.godotengine.org/en/stable/classes/class_light3d.html. Motor: https://godotengine.org/download.

🧪 Laboratorio guiado

  1. Crea una escena Node3D con un suelo (MeshInstance3D plano) y coloca 4-5 esferas y cajas encima a distintas alturas.
  2. Añade un DirectionalLight3D y rótalo con rotation_degrees = Vector3(-50, -30, 0) para simular un sol de tarde.
  3. Agrega un OmniLight3D sobre una caja (por ejemplo position = Vector3(2, 3, 0)) y un SpotLight3D apuntando hacia el suelo desde arriba.
  4. Añade un script a la raíz para configurar las tres luces y demostrar el ajuste de bias:
extends Node3D

@onready var sol: DirectionalLight3D = $DirectionalLight3D
@onready var bombilla: OmniLight3D = $OmniLight3D
@onready var foco: SpotLight3D = $SpotLight3D

func _ready() -> void:
    # Sol cálido con sombras.
    sol.light_color = Color(1.0, 0.95, 0.85)
    sol.light_energy = 1.2
    sol.shadow_enabled = true
    sol.shadow_bias = 0.03

    # Bombilla puntual con alcance limitado.
    bombilla.light_color = Color(1.0, 0.7, 0.4)
    bombilla.light_energy = 3.0
    bombilla.omni_range = 8.0
    bombilla.shadow_enabled = true

    # Foco dirigido.
    foco.light_color = Color(0.8, 0.9, 1.0)
    foco.light_energy = 4.0
    foco.spot_range = 12.0
    foco.spot_angle = 30.0
    foco.shadow_enabled = true

func _process(_delta: float) -> void:
    # Ajustar el bias del sol en vivo para observar el acné de sombra.
    if Input.is_action_pressed("ui_up"):
        sol.shadow_bias = clamp(sol.shadow_bias + 0.05 * _delta, 0.0, 0.5)
    if Input.is_action_pressed("ui_down"):
        sol.shadow_bias = clamp(sol.shadow_bias - 0.05 * _delta, 0.0, 0.5)
    # Rotar el sol para ver cómo se mueven las sombras.
    sol.rotate_y(0.3 * _delta)
  1. Ejecuta la escena. Observa cómo el sol proyecta sombras largas y en movimiento, la bombilla crea un halo cálido y el foco recorta un círculo frío.
  2. Pon shadow_bias cercano a 0 con la flecha abajo: aparecerán rayas de acné en las superficies. Súbelo con la flecha arriba hasta que desaparezcan sin que las sombras se despeguen del objeto.

✍️ Ejercicios

  1. Desactiva shadow_enabled del foco y compara el coste de render (usa el monitor de FPS del editor).
  2. Cambia el light_color del sol a un tono azulado y describe la atmósfera resultante.
  3. Anima la energía de la bombilla con una onda seno para simular una llama parpadeante.
  4. Reduce omni_range a 3 y observa cómo se recorta el alcance de la luz.
  5. Ajusta spot_angle entre 10 y 60 grados y documenta el cambio en el haz.
  6. Combina las tres luces para recrear una escena nocturna con una sola bombilla como fuente principal.

📝 Reto verificable

Ilumina una habitación cerrada (cuatro paredes y suelo) usando un OmniLight3D central con sombras activas, más un SpotLight3D como lámpara de escritorio. El DirectionalLight3D debe estar apagado (energía 0). Corrige cualquier acné de sombra ajustando el bias.

Criterio de aceptación: la escena se ve iluminada solo por las luces puntuales, las sombras se proyectan correctamente sin rayas de acné y no hay errores en consola.

⚠️ Errores comunes

Síntoma Causa y arreglo
Rayas oscuras sobre superficies iluminadas Acné de sombra por bias bajo; sube shadow_bias gradualmente.
La sombra se despega del objeto Peter-panning por bias excesivo; baja shadow_bias.
Omni/Spot no proyectan sombra shadow_enabled está en false; actívalo en cada luz.
La escena está totalmente negra No hay luz ni ambiente; añade una luz o sube la luz ambiental.
Caída brusca de FPS Demasiadas luces con sombras; limita cuáles usan sombra.
La bombilla no ilumina de lejos omni_range demasiado corto; auméntalo.

❓ Preguntas frecuentes

❓ ¿Por qué la luz direccional no tiene posición? Simula una fuente infinitamente lejana (el sol), así que solo importa su ángulo, no dónde esté el nodo.

❓ ¿Cuántas luces con sombra puedo usar? Depende del hardware; en general limita las sombras dinámicas a las luces clave y deja las secundarias sin sombra.

❓ ¿El bias es lo mismo en todas las luces? El concepto es igual, pero cada luz tiene su propio shadow_bias a ajustar según su geometría.

❓ ¿Necesito luz ambiental además de estas? Sí; sin algo de ambiente, las zonas no iluminadas quedan totalmente negras. Se configura en el WorldEnvironment (próxima clase).

🔗 Referencias

⬅️ Clase anterior

Clase 051 - Cámaras 3D: perspectiva, FOV y Camera3D

➡️ Siguiente clase

Clase 053 - WorldEnvironment: cielo, niebla y tonemapping