¿Qué es el Renderizado Volumétrico? Explicación de los Shaders Volumétricos, Desde las Nubes Hasta las Explosiones

Autor: Arndt von Koenigsmarck · Revisión técnica por Sergen Eren · Última revisión en agosto de 2026

La mayoría de los objetos en gráficos por computadora son cáscaras vacías. Un coche renderizado, un personaje, incluso una montaña, generalmente es solo una superficie delgada envuelta alrededor de la nada, porque para las cosas sólidas, la superficie es todo lo que la cámara ve. Pero la naturaleza está llena de cosas que no son sólidas en absoluto. Nubes, niebla, humo, fuego, polvo en un haz de luz: puedes ver a través de ellos, y la luz se comporta de manera diferente en cada punto dentro de ellos. Renderizar estos fenómenos es el trabajo de la renderización volumétrica, y la herramienta que describe cómo se ven es el shader volumétrico. Este artículo explica ambos, primero las ideas y la física, luego la práctica concreta dentro de Redshift, el motor de renderizado acelerado por GPU de Maxon.

La representación volumétrica, también llamada renderizado de volumen, es la técnica de calcular imágenes a partir de rejillas tridimensionales de datos en lugar de superficies. Mientras que un modelo 3D normal está definido por polígonos que describen su capa exterior, un volumen está definido por voxels, pequeñas celdas que llenan una región del espacio, cada una almacenando valores como densidad o temperatura. El renderizador observa lo que sucede con la luz al atravesar todas esas celdas, por eso un volumen puede ser etéreo en su borde, denso en su núcleo y brillante en el centro, todo al mismo tiempo.

La diferencia con el renderizado de superficies es la forma más sencilla de entenderlo. Cuando un rayo de luz golpea una superficie de polígono, el renderizador evalúa el material en exactamente un punto y ya está. Cuando un rayo entra en un volumen, no hay un solo punto para evaluar. El rayo sigue viajando y en cada tramo del recorrido puede absorber luz, dispersar luz o añadir luz. Un píxel es un cuadrado de color en una imagen 2D; un voxel es su equivalente en 3D, un valor en una rejilla espacial. Esa dimensión adicional es toda la historia del renderizado volumétrico, incluido por qué se ve tan bien y por qué cuesta tanto.

Un shader de volumen es el material para las cosas que ocupan espacio. En lugar de describir una superficie, le dice al motor de renderizado cómo interactúa el medio en cada punto dentro de un volumen con la luz. Casi todos los motores modernos construyen esta descripción a partir de los mismos tres ingredientes, y la documentación de Redshift ofrece una analogía memorable a los materiales de superficie para cada uno de ellos:

• Dispersión es el equivalente en el volumen a un color difuso. Define cuánta luz rebota en las partículas microscópicas dentro del medio y en qué color, lo que hace que las nubes sean blancas y el humo gris.

• Absorción es el equivalente a la transparencia. Define cuánta luz el medio absorbe, lo que hace que el humo espeso sea oscuro y los volúmenes densos opacos.

• Emisión es el equivalente a la incandescencia o la autoiluminación. Permite que el medio emita luz propia, lo que hace que el fuego y las explosiones brillen desde adentro.

Cada nube, banco de niebla o bola de fuego que has visto en una película es una mezcla de estos tres comportamientos, generalmente impulsados por datos de una simulación. En Redshift, este papel lo desempeña el shader de volumen estándar, un material de volumen físicamente basado para nubes, humo, fuego y explosiones. Una pequeña aclaración para cualquiera que haya llegado aquí desde un motor de búsqueda: también hay una conocida prueba de estrés de GPU llamada “Volume Shader BM” que toma prestado el término. Esa es una prueba de rendimiento, no un material. Este artículo trata sobre la cosa real. 

Los físicos llaman a la niebla, el humo y las nubes medios participantes, porque el espacio mismo participa en la iluminación en lugar de dejar la luz sola hasta que golpea una superficie. A medida que un rayo viaja a través de dicho medio, pueden ocurrir cuatro cosas. La luz puede ser absorbida y convertida en calor. La luz puede dispersarse fuera del camino del rayo, lo que atenúa el rayo. La luz puede dispersarse en el camino del rayo desde otro lugar, lo que lo ilumina. Y el medio puede emitir nueva luz por sí mismo. El efecto combinado de atenuación de la absorción y la dispersión externa se llama extinción, y la fracción de luz que sobrevive a un tramo del viaje se llama transmitancia. Los parámetros del sombreador de volumen son, en esencia, manijas amigables para el artista en estas cantidades exactas. Un concepto más hace una cantidad sorprendente de trabajo: la Función de Fase, que es el equivalente volumétrico de cómo un material de superficie distribuye la luz reflejada. Responde a la pregunta de en qué dirección continúa la luz después de dispersarse. Las partículas de humo dispersan la luz aproximadamente de manera igual en todas las direcciones, lo que se llama Dispersión Isotrópica. Las gotas de agua en las nubes arrojan abrumadoramente la luz hacia adelante, a lo largo de su dirección original de viaje. Esta Dispersión Hacia Adelante es por qué una nube entre tú y el sol tiene un brillante borde plateado, y por qué la niebla retroiluminada brilla. Los motores de renderizan esto con la función de fase Henyey-Greenstein, un clásico que se remonta a un artículo de astrofísica de 1941, utilizando un solo valor de anisotropía de menos uno (Dispersión Hacia Atrás) a cero (Dispersión Isotrópica) a más uno (Dispersión Hacia Adelante). Para las nubes específicamente, Redshift además ofrece el nuevo modelo Jendersie-d’Eon, que aproxima la verdadera dispersión de Mie de las gotas de agua y captura un pico hacia adelante más realista que Henyey-Greenstein puede.

Para los lectores que quieran ver cómo funciona internamente, así es como los propios desarrolladores de Redshift describen el shader de Volumen Estándar. Internamente es un pariente cercano de la Dispersión Subsuperficial de Caminata Aleatoria en los materiales OpenPBR y Superficie Estándar de Redshift. La Dispersión Subsuperficial simula la luz que se desplaza a través de un medio finito y uniforme como la piel o la cera; el shader de Volumen Estándar aplica el mismo concepto a un medio heterogéneo cuya densidad varía en cada voxel. Los parámetros se mapean casi uno a uno: el Color de Dispersión Subsuperficial corresponde al Color de Dispersión del Volumen, el Radio de Dispersión Subsuperficial corresponde al Color de Transparencia, y la Escala de Dispersión Subsuperficial corresponde al control de Profundidad del Volumen (ver siguiente figura).

Durante el renderizado, Redshift avanza a través del volumen mediante marcha de rayos, muestreando voxel por voxel a medida que el rayo atraviesa el medio. La cuadrícula de densidad que muestrea es simplemente una descripción escalar de cuántas partículas existen en cada voxel en comparación con el espacio vacío, independientemente de cualquier color. El color de dispersión es el albedo de esas partículas suspendidas, el color de la luz que reflejan. Los controles de anisotropía envían esa luz dispersa hacia adelante, hacia atrás o de manera uniforme en todas direcciones, utilizando por defecto Henyey-Greenstein o Jendersie-d’Eon para medios como nubes o agua.

El color de transparencia es la parte más interesante. Es una codificación amigable para artistas de la trayectoria libre media, la distancia promedio que cada longitud de onda de luz recorre a través del medio antes de extinguirse. Los valores de rojo, verde y azul representan la distancia de recorrido de su longitud de onda, y el parámetro de Profundidad multiplica estos valores de 0 a 1 en distancias reales, medidas en centímetros y conscientes de la escala de tu escena. Debido a que las diferentes longitudes de onda se absorben a diferentes velocidades, la luz que viaja lo suficiente a través de dicho medio termina tenida con el color opuesto al de transparencia, una vez que las otras longitudes de onda se han agotado. Esto es exactamente la física que hace que el agua profunda sea azul, y es por eso que un sutil tinte de transparencia le da a los volúmenes una profundidad natural y orgánica que un color de dispersión plano no puede ofrecer.

Marchar a través de voxels responde a cómo un renderizador lee un volumen, pero el verdadero costo radica en la frecuencia con la que la luz cambia de dirección dentro de él. Si el motor simula solo un rebote, llamado dispersión única, los medios delgados como la bruma de luz lucen bien, pero una nube densa se representa oscura y sin vida. Las nubes reales son brillantes porque los fotones rebotan docenas o cientos de veces dentro de ellas antes de escapar; una nube de cúmulo espeso refleja hasta el 90 por ciento de la luz que la golpea. Simular esta dispersión múltiple significa seguir cada rayo a través de muchos rebotes adicionales, y cada rebote adicional multiplica el trabajo. Esa es la verdadera razón por la que el renderizado de volumen tiene la reputación de ser lento, y también es donde el renderizado de GPU y las aproximaciones ingeniosas, que cubre la Parte 2, ganan su lugar. Los motores modernos suavizan aún más el costo con el desenfoque, aunque los volúmenes son notoriamente más difíciles de desenfocar que las superficies, porque los datos auxiliares que guían un desenfocador, como las normales de la superficie, simplemente no existen dentro de una nube.

Los volúmenes necesitan un medio para viajar entre el software que los simula y el motor que los renderiza, y la industria resolvió esta cuestión hace años con OpenVDB. Originalmente desarrollado en DreamWorks Animation, de código abierto en 2012, honrado con un Premio de la Academia por logros técnicos, y ahora mantenido bajo la Fundación de Software de la Academia, OpenVDB es el estándar de facto para almacenar datos volumétricos. La documentación de Redshift ofrece un resumen perfecto en una línea: “Los archivos OpenVDB son para renderizar volúmenes lo que los archivos EXR son para imágenes HDR.” Donde un EXR almacena píxeles, un VDB almacena voxels, y los almacena de forma dispersa, por lo que el vasto espacio vacío alrededor de una fina columna de humo casi no cuesta nada en disco o en memoria.

Dentro de un archivo VDB, los datos de voxel se organizan en cuadrículas nombradas, que Redshift llama canales en contextos de sombreado. Los nombres son convenciones en lugar de reglas, pero los sospechosos habituales son densidad, un valor sin unidades que describe cuántas partículas llenan cada voxel y, por lo tanto, dónde tiene sustancia el volumen, temperatura para el calor que impulsa la emisión de fuego, velocidad para el desenfoque de movimiento, y ocasionalmente una cuadrícula de color para volúmenes pre-pintados. Los nombres de los canales son sensibles a mayúsculas y minúsculas en Redshift, lo que ha confundido a muchos artistas durante un minuto. ¿De dónde vienen los archivos VDB? Herramientas de simulación como Houdini, el simulador de fluidos en tiempo real EmberGen, y el sistema Pyro integrado de Cinema 4D los exportan todos, y hay excelentes fuentes gratuitas para practicar, incluido el famoso conjunto de datos de nubes de Walt Disney Animation Studios y paquetes VDB gratuitos de JangaFX. 

Redshift divide la renderización de volumen en un pequeño conjunto de herramientas, y saber cuál elegir es la mitad del flujo de trabajo. Los volúmenes heterogéneos, es decir, cualquier cosa con densidad variable como nubes, humo, fuego y explosiones, se cargan a través del objeto Volumen de Redshift, que lee un archivo VDB o una secuencia VDB animada y muestra una caja delimitadora o una vista previa de nube de puntos en el viewport. El aspecto de ese volumen se define luego por el material de Volumen Estándar. Los volúmenes homogéneos, es decir, medios uniformes como la neblina atmosférica y la niebla, no necesitan datos de voxel en absoluto: el objeto Entorno de Redshift llena la escena, o una capa limitada en altura de la misma, con un medio de dispersión. Esta es también la herramienta para la iluminación volumétrica, los amados rayos de dios que hacen visibles los haces de luz en el aire polvoriento. Finalmente, un objeto Nubes dedicado genera cielos procedimentales completos, con un modo rápido que renderiza la capa de nubes como un fondo inteligente y un modo totalmente volumétrico en el que un rascacielos o una aeronave pueden atravesar la capa de nubes y ser iluminados por ella.

Una restricción práctica merece una declaración clara: los volúmenes deben caber completamente en la memoria de la GPU. Son la única clase de activo excluida del sistema fuera de núcleo de Redshift, por lo que un VDB gigantesco que exceda la VRAM disponible abortará el renderizado en lugar de ralentizarlo. Mantener las simulaciones solo tan detalladas como lo exige la toma no es solo una decisión de velocidad, es un presupuesto de memoria.

El material de Volumen Estándar tiene dos personalidades. Utilizado por sí solo, con nombres de cuadrícula escritos en sus campos de canal, sigue un camino rápido especialmente optimizado y se comporta como un clásico y sencillo sombreador de volumen con ajustes predefinidos bien ajustados para nubes, humo y llamas. Utilizado con nodos de entrada adjuntos, se vuelve completamente programable, permitiéndote controlar la densidad, el color y la temperatura con ruidos procedurales, remapear cuadrículas e incluso desplazar voxels para obtener detalles adicionales. Para una primera sesión, los campos integrados son todo lo que necesitas, y cuatro grupos de ajustes hacen la mayor parte del trabajo:

• Canal de Volumen y Densidad. El campo de canal nombra la cuadrícula VDB que define la forma del volumen, casi siempre la densidad. El parámetro de Densidad lo multiplica y establece el carácter general grueso o delgado del medio. Escribe el nombre de la cuadrícula exactamente; los canales distinguen entre mayúsculas y minúsculas.

• Dispersión. El Color y la Escala establecen en qué se refleja el volumen y qué tan brillante es. El Modo de Anisotropía elige la función de fase: Henyey-Greenstein con su control deslizante de menos uno a más uno es el todoterreno y la elección correcta para humo isotrópico, mientras que Jendersie-d’Eon es el especialista en nubes que modela la luz que pasa a través de gotas de agua.

• Transparencia. El Color de Transparencia y la Profundidad implementan las distancias de viaje por longitud de onda descritas en la Parte 1. Más oscuro significa más grueso, más brillante significa más delgado, y cualquier color tiñe el volumen con su opuesto en profundidad, incluidas las sombras. Una saturación sutil va muy lejos aquí; establece la Profundidad en relación al tamaño del mundo real de tu volumen, ya que se mide en centímetros.

• Emisión. Para fuego y explosiones, apunta el canal de emisión a la cuadrícula de temperatura y elige el modo Cuerpo Negro, que convierte las temperaturas en colores e intensidades físicamente correctos en la escala Kelvin, desde el rojo intenso alrededor de 3.000 K hasta el blanco y azul más allá de 9.000 K. El modo de Color alternativo te ofrece un degradado en su lugar, la clásica rampa de llama de negro a rojo a amarillo, para fuego dirigido artísticamente que ignora la física a propósito.

En la primera parte se estableció que los volúmenes densos solo cobran vida con la dispersión múltiple, y Redshift ofrece esta opción en forma de un parámetro de renderizado denominado «Volume Trace Depth» (Profundidad de trazado del volumen), junto con un requisito que conviene recordar: la dispersión múltiple volumétrica funciona con la iluminación global de «Brute Force». Al aumentar la profundidad de trazado desde su valor predeterminado, una nube pasa de ser una masa gris a convertirse en un objeto luminoso y realista, con un coste de renderizado que crece exponencialmente. Las nubes con dispersión hacia delante se benefician enormemente de una mayor profundidad; el humo isotrópico muestra un rendimiento decreciente mucho antes; el fuego emisivo adquiere un hermoso desbordamiento de luz interna a medida que su resplandor ilumina el humo que lo rodea.

Redshift también ofrece tres atajos a los que recurren los artistas experimentados antes de aumentar la profundidad de traza. El primero es Decaimiento Extinción, que aproxima el efecto de cientos de rebotes adicionales reduciendo suavemente la extinción con cada rebote real. Su valor predeterminado de 0,2 es un punto óptimo deliberado y, en la propia prueba de nubes de la documentación, produjo un resultado más brillante y realista, al tiempo que se renderizó más rápido que la misma escena sin él. El segundo es Decaimiento Anisotropía, su complemento natural, que reduce ligeramente la anisotropía con cada rebote, de modo que los rayos más profundos se dispersan de forma cada vez más isotrópica. Esto imita una idea clásica de la transferencia radiativa conocida como el principio de similitud de van de Hulst: en medios con dispersión altamente múltiple, diferentes combinaciones de albedo de dispersión y anisotropía producen un aspecto prácticamente indistinguible siempre que las propiedades de transporte global se mantengan iguales. Dado que evaluar la dispersión anisotrópica es costoso, suavizarla a lo largo de los rebotes simula la dispersión de alto orden y hace que el renderizado del volumen resulte más económico. El tercero es Escala de densidad de sombras, un truco clásico que permite que la luz penetre más profundamente en el volumen sin alterar su silueta, simulando el efecto de aumento de brillo de la dispersión múltiple a una fracción del coste. Un volumen bien equilibrado suele combinar una profundidad de traza moderada con estas técnicas auxiliares, en lugar de recurrir únicamente a una profundidad excesiva. 

Si trabajas con Cinema 4D, no necesitas ningún software externo para generar datos de volumen, ya que el sistema integrado sistema Pyro simula de forma nativa el humo, el fuego y las explosiones. El flujo de trabajo es agradablemente breve. Cualquier objeto con una etiqueta «Pyro Emitter» empieza a generar una simulación, y el objeto Pyro Output recoge sus canales, normalmente densidad, temperatura y velocidad (una introducción a las simulaciones Pyro puede consultarse aquí en la documentación de Cinema 4D). Desde ahí puedes renderizar directamente o guardar la simulación en caché en una secuencia VDB y volver a cargarla a través de un objeto Redshift Volume, lo que la documentación recomienda como la opción más eficiente en cuanto a memoria para la producción. El sombreado es casi automático: los preajustes de Pyro Volume incluidos para el sombreador Redshift Standard Volume vienen con la rejilla de densidad conectada a la dispersión y la rejilla de temperatura conectada a la emisión de cuerpo negro, que son precisamente las dos conexiones que convierten los datos brutos de la simulación en humo y fuego renderizados. El desenfoque de movimiento es el paso que los artistas suelen olvidar. Dado que una secuencia VDB es una serie de instantáneas congeladas, Redshift lee el movimiento a partir de la rejilla de velocidad; introduce la velocidad en el campo «Velocity» del objeto «Volume» y aumenta la «Velocity Scale» hasta que el desenfoque se ajuste a la energía de la simulación, y no te cortes: valores muy por encima de 1.000 son normales.