Técnicas avançadas de Lightning e Rendering
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Escola Superior de Tecnologia
Instituto Politécnico de Castelo Branco
Licenciatura em Tecnologias da Informação e Multimédia
Técnicas Avançadas de Lighting e Rendering
Multimédia II
Tecnologias de Informação e Multimédia
Nome: Número e-mail
Luciano Valinho 20060179 [email protected]
Samuel Santos 20060060 [email protected]
Tiago Marques 20060150 [email protected]
Vítor Almeida 20050036 [email protected]
1
Novembro 2007
2
Índice
Introdução 3
Fundamentos de Design de iluminação 4
Tipos de Luzes 4
Sombras e Oclusão 7
Quais as luzes que precisam de sombras? 7
Shadow Color 8
Shadow Algorithms 9
Sombras fortes e suaves 12
Oclusão 14
Ambientes de Luz 15
Luz do dia 15
Cenas Nocturnas 16
Iluminação de Criaturas, personagens e Animação 17
Funções das Luzes 17
A Arte e Ciência da Cor 18
Mistura de Cores 18
Esquema de Cores 20
Significados das cores 20
Algoritmos Rendering 22
Sombreamento de Superficies 22
Anti-Aliasing 25
Raytracing 26
Design e Texturas 27
Tipos de Mapeamento de Texturas 28
Estilo de Texturas 31
Resolução de um mapa de Texturas 31
Passos de Rendering e Decompição 32
Rendering em Comados 32
Rendering em Passagens 33
Conclusão 37
Bibliografia 38
Técnicas Avançadas de Lighting e Rendering
Introdução
Com este trabalho pretendemos aprofundar os nossos conhecimentos nos ambientes 3D na área
do Lighting e do Rendering. Podemos obter imagens muito semelhantes à realidade aplicando as
técnicas de luz e sombras para adaptar melhor os objectos ao cenário envolvente. Neste trabalho
falamos em algumas das técnicas avançadas do Lighting e Rendering.
Estas técnicas permitem fazer a modelação de o ectos de 3 Dimensões, de forma a torná-los
bastante reais. No mundo 3D, podemos fazer inúmeras coisas, que na vida real não existem, ou não
são possíveis. Falamos também de sombras secundárias, algoritmos de sombras,
mapeamento de sombras em profundidade, uso de memória da
resolução das sombras, sistemas de cores, transparência de oectos, reflexões de sombras,
limitações do Raytraced shadow, suavidade das sombras
e a oclusão de iluminação.
4
Fig: 2
Fig: 3
Técnicas Avançadas de Lighting e Rendering
Fundamentos de design de Iluminação (Lighting Design)
A arte do Lighting Design já é utilizado muito antes da sua utilização na computação
gráfica sendo aplicada no cinema, na
fotografia, nas pinturas e no teatro. Os
primeiros grandes artistas do desenho
computacional a três dimensões foram buscar
inspirações onde o Lighting era aplicado
anteriormente.
Neste trabalho abordaremos alguns aspectos importantes a ter em consideração da
aplicação do Lighting, tais como termos e conceitos avançados na sua utilização.
Tipo de luzes
Abordaremos agora os vários tipos de luzes existentes na manipulação de objectos 3D.
Saber os vários tipos de luz é extremamente importante para posteriormente como deve aplicar no
objecto 3D. As luzes presentes na projecção de um produto 3D são parecidas às que existem na
realidade. Para a sua boa utilização, tem de se conhecer
as suas ferramentas, fazendo com que o produtor saiba
que ferramenta deve usar para cada projecto.
Pontos de luz
Pontos de luz, também conhecido por omni ou
omnidirectional lights, são as fontes luminosas mais
simples para usar em
ambientes 3D. Na figura à
direita, (fig.2) pode verificar-se
o ponto de luz que emite luz uniformemente em todas as direcções,
causando sombras que radiam para fora da posição do ponto de luz. Para
se obter um ponto de luz no 3D Studio Max, o utilizador deve dirigir-se
ao painel de comandos (command panel), no menu de criar (create), e
depois ao submenu luzes (lights), e deve carregar na opção omni.(Fig.3).
Quando um ponto de luz está definido para causar sombras, a sombra causada por esse ponto de luz
será limitado onde a luz conseguirá brilhar. No entanto, a maioria dos artistas do lighting preferem
5
Fig: 1 - Fruit Bowl de Donal Khosrowi
Fig: 4
Fig: 5
Fig: 6
Técnicas Avançadas de Lighting e Rendering
usar um spotlight para causar esse tipo de efeitos, pois permitem um maior controlo onde a luz está
destinada.
Spotlights (holofotes)
Os Spotlight são os tipos de luzes mais
populares no lighting design, pois estes podem ser
completamente controlados e ajustados. Tal como os
pontos de luz, os spotlights geram uma radiação de luz
através de um ponto infinitavamente pequeno. No
entanto, nos pontos de luz, a luz saia em todas as
direcções, aqui, sai em forma de cone tendo uma certa
direcção. (Fig.4). Para se obter um spotlight no 3D
Studio Max, o utilizador deve carregar na opção Target Spot. (Fig.3, página anterior). É possível
fazer quase toda a luz que pretendermos com os
spotlights, mesmo em direcções diferentes, é possível
combinar vários spotlights. É possível ajustar
perfeitamente para onde a luz se direcciona, o ângulo
do cone determina a largura da saída do feixe de luz,
quanto maior o ângulo, mais luz sairá. Os Spotlight
contém ainda uma opção chamada de barn doors, na
realidade consiste em colocar umas abas à frente do
holofote(fig.5), com esta técnica é-nos permitido fazer
limitar a fonte de luz nas laterais.
Luzes Direccionais
As luzes direccionais são bastante úteis para
simular a luz do sol. Para se obter as luzes direccionais
no 3D Studio Max, o utilizador deve carregar na opção
Target Direct. (Fig.3, página anterior). Ilumina todos os
objectos que estejam no mesmo ângulo da luz (fig.6).
Embora a luz direccional tenha sido colocada no meio da
tela, a sensação que nos dá é que a luz está bastante
distante, como a luz que vem do sol. Aconselhamos
que utilizem outros tipos de luzes em conjunto com esta para criar o efeito que realmente
pretendermos.
6
Fig: 7
Fig: 8
Fig: 9
Fig: 10
Técnicas Avançadas de Lighting e Rendering
Area Lights
Este tipo de luz simula o tamanho de uma
fonte luminosa na vida real. Como podemos observar na
figura 7, quanto maior for a
área de iluminação, maior é o
brilho, e as sombras são cada
vez menos escuras. Estas áreas de luzes podem ser criadas com várias
formas, incluído formas redondas, rectangulares, triangulares, etc. Para se
aceder através do 3D Studio Max a este tipo de luz o utilizador deve
dirigir-se ao painel de comandos (command panel), no menu de criar
(create), e depois ao submenu luzes (lights), seleccionar Photometric no
tipo de objectos e por fim, deve carregar na opção free area.(Fig.8). A boa
utilização deste tipo de luzes pode resultar em óptimas renderizações
realistas.
Modelos que servem como luzes
Em alguns programas, é possível tornar um
modelo 3D como uma fonte de iluminação. Com este
tipo de luz, é possível criar formas do tipo néon como é
mostrado na figura 9. A utilização deste tipo de
iluminação não costuma ser muito frequente pelos
profissionais do lighting, na realidade, costumam evitá- la
por fazer uma renderização muito lenta.
Environment Spheres (Esferas de Ambiente)
O tipo de luz Environmet Spheres, também
conhecido por Sky Dome (Céu em cúpula), é um tipo de
iluminação que circunda a luz em todo a tela. É um tipo de
luz ideal para preencher locais onde seja preciso luz,
onde o principal foco não conseguiu iluminar. Na
figura 10, é possível verificar o tipo de iluminação
Environmet Spheres sem mais nenhum tipo de iluminação.
7
Fig: 11
Fig: 12
Fig: 13
Técnicas Avançadas de Lighting e Rendering
Luz Ambiente
Na vida real, corresponde à luz que está à nossa
volta, isso inclui a luz do céu, a luz que é reflectida no
chão para os objectos. Na computação gráfica, a maioria
do software tem a opção de luz ambiente, mas na maioria
dos softwares, essa luz não tem o efeito que tem na
realidade. (Fig11). Este tipo de luz não é aconselhável a
ser utilizado, pois faz com que todos os lados da mesma
cor do objecto percam sombreamento.
Sombras e oclusão
Quais as luzes que precisam de sombras?
Na vida real, todas as luzes provocam sombras. Não existe nenhuma situação, na vida real,
em que haja luz sem sombras.
Sombras secundárias
Em ambientes complexos, normalmente é necessário
mais que uma luz a criar sombras. Tentar desenrascar-se apenas
com um sombra em áreas que já
se encontram sobre sombras,
torna o objecto desenquadrado
do plano geral.
Na “figura 12”, a bola
não se integra na totalidade ao
solo porque não emite sombra.
Uma vez que a bola se encontra
numa zona onde já existe sombra, a bola é apenas iluminada por
uma, luz secundária, que não emite sombras.
8
Fig: 14
Fig: 15
Fig: 16
Fig: 17
Técnicas Avançadas de Lighting e Rendering
Na “figura 13”, ligar a sombra da outra luz, integra melhor a bola no solo, mesmo estando
situada numa área que já se encontra sobre uma sombra.
Shadow color
No mundo real, as sombras parecem muitas vezes, ser de uma cor diferente que a área à
sua volta. Por exemplo, no exterior, num dia de sol, as sombras podem parecer azuladas. Isto,
porque a luz amarela do sol não incide directamente sobre a zona da sombra do objecto, ficando
apenas a luz indirecta e a luz azul proveniente de outras direcções, incidirem sobre ela.
Existe um parâmetro na maioria das luzes, chamado shadow color, que adiciona cor à
sombra emanada por essa luz. O preto é a cor padrão da sombra. Quando é definido um valor acima
do preto padrão da cor da sombra, esta fica mais clara, permitindo a um pouco da luz envolvente
fluir através dessa zona.
Na “figura 14” temos uma sombra muito escura. Uma
possibilidade seria ajustar a cor da sombra proveniente da luz.
Na “figura 15” nota-se uma alteração da cor
da sombra. É o resultado da aplicação do azul
envolvente, mas por si só, não é muito realista.
Embora a sombra pareça mais real, a sombra no próprio objecto não é
preenchida de igual modo.
Na “figura 16” nota-se que toda a zona da sombra está mais clara,
isto deve-se à adição de luzes azuis em redor do objecto. Esta opção é
melhor do que utilizar o shadow color, e torna a sombra mais realista.
Na criação de iluminação realista, ajustar os tons da sombra através da adição de luzes
coloridas, deve ser a primeira escolha, e o parâmetro shadow color deve ser usado de forma
moderada ou mesmo não a utilizar por completo.
Mesmo que se evite usar o
parâmetro shadow color como parte da
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Fig: 18
Técnicas Avançadas de Lighting e Rendering
iluminação geral, é uma ferramenta muito útil para destacar uma sombra durante o teste de render.
Aumentando a cor da sombra para um vermelho vivo, como mostra a “figura 17”, é uma óptima
maneira de fazer destacar a posição de uma sombra de determinada luz. É uma óptica técnica
quando existe sobreposição de várias sombras.
Shadow Algorithms
Muitos programas de algoritmos, deixam escolher entre duas técnicas muito populares para
calcular sombras:
Depth map (também chamado shadow map) shadows, são tipicamente as mais fáceis e
eficientes no render, mas tem uma resolução finita e às vezes precisam de ser ajustadas para evitar
artefactos.
Raytraced shadows – são fáceis de usar e de adaptar a qualquer resolução, mas
normalmente demoram mais tempo no decorrer do render.
As seguintes secções mostram como se usam o depth map shadows e o raytraced shadows,
bem como as suas vantagens, desvantagens, e opções para ajustar as suas aparências.
Depth Map Shadows
Depth map (por vezes tem a abreviatura de dmap; também chamado de shadow map) é um
matriz de números que representa as distancias.
“Figura 18” – A Depth map shadow é
baseado numa matriz de medição de distancia
desde da luz ate à geometria visível mais
próxima, como se pode ver em baixo, em
linhas brancas.
Durante o rendering, a luz irá ser
cortada nas distâncias especificadas pelo depth
map, para não brilhar para além da distância armazenada para cada ângulo. Quando se faz o render
à superfície sob a maçã, por exemplo, o render precisa apenas de verificar o depth map para ver
quais as partes do solo que são mostradas e as que não são. Isto diminui bastante o tempo de
rendering.
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Fig: 19
Técnicas Avançadas de Lighting e Rendering
Resolução e uso de memória
Uso de memória do shadow map:
Como a tabela mostra, aumentar a resolução da shadow map aumenta muito o uso de
memória.
Uma sombra com o mapa de resolução de 512, geralmente será suficiente para a televisão,
e a resolução de 1024 geralmente será boa para filmes de longa metragem.
Suporte de transparência
Um convencional depth map shadows não responde correctamente à transparência, e não é
mais clara quando é bloqueada por um objecto transparente, como demonstra a “figura 19” em que
a sombra fica tão escura sobre um material
transparente, como sobre um material opaco.
Nota: O convencional depth map shadow descrito
aqui é o que se obtém na maioria dos programas, mas
existem alternativas. Mais notavelmente, profundo
shadow map(mapa de sombras) providencia
diferentes níveis de transparência nos renderes que os
suportam.
Raytraced Shadows
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Fig: 20
Fig: 21
Técnicas Avançadas de Lighting e Rendering
Raytraced shadows são sombras calculadas pela detecção de raios entre a fonte luz e o
objecto iluminado. Raytraced shadows são calculados pixel a pixel enquanto se faz o render, em
vez de serem pré-calculados e guardado em
mapas de sombras. Raytraced shadows têm uma
série de vantagens em relação ao mapa de
sombras:
- Raytraced shadows tornam-se mais
claros quando atravessam superfícies
transparentes, e até podem pegar na cor de
superfícies transparentes coloridas, como mostra
a “figura 20”.
- Com o Raytradced shadows, não nos deparamos com muitos problemas associados ao
shadow maps (mapa de sombras), tais como a necessidade de se ajustar desvio para evitar
artefactos ou reparar desvios de luz.
- Raytraced shadows não usa um mapa de resoluções fixo, por isso podem ser flexíveis e
precisos em qualquer resolução.
- Raytraced shadows suportam qualidades mais elevadas, sombras suaves mais realistas,
quando usado em áreas de luz.
- Raytraced shadows funciona igualmente bem com a maioria dos tipos de luz.
Desvantagens do uso de Raytraced shadows:
- Raytraced shadows geralmente demoram mais no render que os shadow maps. Para
cenários complexos, a diferença pode ser enorme.
- Ao usar o raytracing no seu cenário, aumenta o uso de memória, e limita muito a
complexidade dos cenários, aos quais se podem fazer render, num computador simples.
Como funciona o Raytraced shadows
O Raytraced convencional trabalha ao contrário, no sentido de que cada raio é calculado
apartir da câmara, em vez de começar desde a fonte de luz como na vida real.
“Figura 21” - O Raytracing começa com os raios
primários emitidos pela câmara (branco). Mas para
o Raytraced shadows tem que verificar se existe
objectos a obstruir o caminho, que necessitem de
sombra.
12
Fig: 22
Fig: 23
Fig: 23
Técnicas Avançadas de Lighting e Rendering
Para cada ponto à superfície, o render precisa de determinar quais as luzes que irão
iluminar esse ponto. Se as luzes utilizam raytraced shadows, então o render precisa de traçar o
caminho desde o ponto da superfície até à luz. Se houver algum polígono for encontrado a bloquear
o caminho, então a luz será impedida de iluminar os pontos à superfície. A área da superfície, à
qual a luz é impedida de aceder, forma o raytraced shadow. Os raios amarelos mostram a luz
proveniente da fonte de luz, e os raios vermelhos representam os raios bloqueados pela geometria,
indicando que os pontos, a serem processados pelo render, estão numa sombra.
Trace Depth
Uma preocupação no uso do Raytraced shadows é o trace depth(traço em profundidade),
ou seja, são o número de passos limitados do raytraced.
Estes limites podem causar problemas, com a falta de sombras.
Se as sombras não aparecem dentro de um reflexo, ou quando não são vistas através de
vidros de refracção, existe a hipótese de ter chegado ao limite do trace depth.
“Figura 22” - Com o limite da profundidade do
raio(trace depth) de 1, o raytraced shadow
aparece no render, mas não é reflectido na base
da bola(left). Com a profundidade de 2, já se
consegue ver a reflexão da sombra, na bola
(direita).
Sombras fortes e suaves
Por defeito, a maioria das sombras são pesadas (sendo
bem definidas, aguçadas como mostra a “figura23”).
Em muitos casos, usar sombras suaves (que são menos
distintas, sendo mais desvanecidas nas extremidades, como
mostra a “figura 24”)
“Figura 24” – Sombras mais suaves, provêem de fontes de
luz mais largas.
Sombras fortes e suaves
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Fig: 24
Fig: 25
Técnicas Avançadas de Lighting e Rendering
Para resultados realistas, as sombras suaves devem
ser usadas em conjunto com outros sinais de suavidade ou luz menos directa, como na “figura 24”.
Antes de entrar nas opções de sombras suaves, aqui estão alguns cenários nos quais se pode
usar luzes fortes como escolha criativa:
- Para simular iluminação que advém de uma pequena, fonte de luz concentrada, tal como
uma lâmpada.
- Para simular a luz do sol num dia limpo, que produz luz forte.
- Para chamar a atenção para uma fonte de luz artificial, tal como um ponto de luz
concentrado num interprete de circo.
- Para projectar sombras que definem formas.
- Para criar ambientes inóspitos.
Por outro lado, pode-se usar luzes suaves nas seguintes situações:
- Para produzir luz natural em dias nublados, quando não se obtém muitas sombras bem
definidas.
- Para criar luzes indirectas, tais como as que são reflectidas por paredes ou tectos, ou luz
vinda do céu, que normalmente são muitos suaves.
- Para simular luz que é transmitida através de materiais translúcidos, tais como cortinas.
- Para fazer com muitos ambientes pareçam mais confortáveis e relaxantes, e dar uma
aparência mais natural ou orgânica à maioria dos objectos.
- Para favorecer as estrelas de filmes, em fotografias de corpo, especialmente as actrizes.
Sombras suaves com mapas de profundidade
Pode-se suavizar a profundidade de um mapa de
sombras, através da aplicação de um filtro. Sombras
suavizadas através de filtros de mapas de profundidade
básicos, irão produzir uma suavização uniforme como
mostra afigura do lado esquerdo da “figura 25”, em vez ir
suavizando gradualmente à medida que se afasta do
objecto, como mostra a figura do lado direito, através do raytraced.
A figura 26 mostra a solução para
fazer sombras que se tornam mais suaves
com a distância, usando apenas o mapa de
sombras básico. Usando algumas luzes, cada
uma com o seu mapa de sombras.
14
Fig: 26
Fig: 27
Fig: 28
Técnicas Avançadas de Lighting e Rendering
(Fig. 27)Várias sombras combinadas para dar o aspecto de uma maior fonte de luz:
Oclusão
Oclusão, em síntese, é o bloqueio, como quando a luz é bloqueada por um objecto.
Tecnicamente, pode-se dizer que todas as sombras são regulares tipos de oclusão, mas a maioria
das pessoas reservam o termo oclusão para fazer referência a outros tipos de bloqueio de luz que
não são sombras regulares de uma luz.
Oclusão de ambiente
Oclusão de ambiente é uma função destinada a escurecer partes do seu cenário que estão
bloqueadas por outras geometrias. Pode-se usar a oclusão de ambiente como substituto ou
complemento à sombra no preenchimento luzes.
A principal ideia subjacente à oclusão de ambiente é
hemispheric sampling ou o olhar em torno de um cenário, do
ponto de vista de cada ponto de uma superfície. “figura 28”
mostra como raios são representados em todas as direcções de
um ponto que está a sofrer o render. A maioria destes raios atingem um objecto (em vez de serem
disparados par o vazio), o mais escuro o ambiente oclusão.
Oclusão global da iluminação
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Fig: 30
Fig: 29
Técnicas Avançadas de Lighting e Rendering
Iluminação global (sigla GI) é uma abordagem ao render em que, luz indirecta é calculada
como reflecte no cenário, entre as superfícies.
GI é diferente da oclusão de ambiente, que funciona
apenas para escurecer partes do cenário. GI acrescenta luz ao
cenário, para simular luz reflectida ou indirecta, essencialmente
substituindo ambas luzes e sombras.
Com o GI, objectos bloqueiam a luz reflectindo-a, tal
como objectos reais fariam. Na “figura 29”, oclusão é vista
quando o chão sobre a esfera é escurecido. Parece muito
semelhante a uma sombra suave de uma luz, mas na verdade é um elemento natural da iluminação
global.
“Figura 30” – com iluminação global, qualquer objecto brilhante pode ser uma fonte de luz e emitir
as suas próprias sombras, mesmo em cenários sem luzes.
Existem outros tipos de Oclusão, tais como:
- Final gathering.
- Image-based lighting.
Ambientes de luz
Daylight - Luz do dia
Podemos criar uma simples iluminação exterior e configurá-la através da adição de três
elementos à imagem:
Primeiro, cenas diurnas são frequentemente dominadas pela luz, isto é, iluminação
proveniente directamente do sol.
Em segundo lugar, a luz do céu, que tem de ser adicionada. Na vida real a luz do céu
poderia realmente ser a luz do sol que é transmitida através da atmosfera, mas em gráficos 3D,
consideramos a luz do céu como uma fonte distinta de iluminação.
Finalmente, a luz indirecta que tem de ser adicionada. Trata-se de uma luz que é reflectida
em outras superfícies da imagem, que não vem directamente do sol ou do céu.
16
Técnicas Avançadas de Lighting e Rendering
Sunlight – Luz do sol
A luz do sol não necessita de nenhuma decadência ou atenuação baseada na distância. A
luz já percorreu milhares de quilómetros desde o sol até atingir a imagem, de modo que é pouco
provável que a desgaste.
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Fig: 31 - A luz do sol por si só provoca
contraste e sombras no cenário.
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A rejeição da luz é semelhante à luz do céu que não deve emitir muita especularidade, para
não aparecerem superfícies que reflectem luz na imagem.
20
Fig: 32 - A luz verde a brilhar simula a luz indirecta.
Figura 33 - As cenas nocturnas trazem contraste que se
acentua quando existe mais luz.
Técnicas Avançadas de Lighting e Rendering
Night Scenes – Cenas nocturnas
A luz da lua e a do céu nocturno, podem ser criadas da mesma forma que se cria a luz do
sol e a luz do céu durante o dia, embora com algumas modificações.
À noite, a luz do céu geralmente tem um brilho azul muito suave.
A luz da lua pode ter tons em azul ou amarelo.
A maioria das vezes, ela aparece em cenas onde a
luz amarela vem apenas da lua e do céu nocturno.
Se observarmos a luz da lua através de uma lâmpada esta ira-nos aparecer em mais tons mais
azulados.
A chave para a
iluminação de cenas nocturnas é a
utilização de uma grande quantidade de
contrastes.
Iluminação Criaturas, Personagens e Animação
Funções das Luzes
-Fill - Preenchimento
-Rim – Junção
-Kicker
-Especular – Reflexão/Espelho
-Fiil - Luzes de preenchimento
As luzes de preenchimento alargam a iluminação além da luz chave, a fim de tornar toda a
cena visível. Embora a luz chave possa ser motivada pelo sol, a luz de preenchimento é
frequentemente motivada por pequenas lâmpadas, luz indirecta, ou a luz do céu.
21
Figura 34. Ex com luz chave única (à esquerda) e com uma luz de
preenchimento (direita).
Figura 35 - Sem luz de junção
(imagem da esquerda), a maçã
tem tons semelhantes ao fundo;
acrescentando jante luz
(direita)preenchimento
(direita).
Figura 36. A do football (direita) acende mais do que um
personagem da jante (esquerda).
Figura 37. Faltam specularity, a serpente olha seco (à esquerda) e um
brilho especular luz acrescenta as escalas (direita).
Técnicas Avançadas de Lighting e Rendering
Rim Lights - Luzes de junção
As luzes de junção servem para criar
linhas brilhantes que definem os bordos
das personagens das cenas.
As luzes de junção têm a sua origem no
preto e no branco. A figura 34 mostra
como o plano de fundo de uma
fotografia a preto e branco pode ser
semelhante a tons de cinza (à esquerda);
mas se
acrescentarmos uma “linha” de luz (à direita) ajuda a separar o primeiro
plano do fundo.
Kickers
A do futebol é semelhante a um aro de luz (Rim light), mas a espessura
em redor da personagem é maior.
Com kickers podemos
realizar as mesmas
operações que
realizamos com Rim
lights, mas com uma aparência maior, isto é, uma
visibilidade maior.
Com kickers podemos também adicionar um lote
de contrastes em cenas escuras.
Especular Lights - Luzes de espelho
Este tipo de luz serve para adicionar luz (brilho extra) a uma imagem dando destaque a
uma determinada personagem.
22
Figura 38. O aditivo primárias combinam para formar iluminação
branca.
Figura 39. As primárias subtractivas são usados em um
período de quatro impressão colorida processo.
Técnicas Avançadas de Lighting e Rendering
A Arte e Ciência de Cor
Color Mixing - Mistura de cores
As cores em softwares de gráficos 3D são geralmente armazenadas no sistema de cor
aditivo RGB (vermelho, verde, azul).
Os valores em RGB são apresentados numa escala de 0 a 1.
Por exemplo, (0,0,0) representa o preto e (1,1,1) representa o branco.
Sistema de cor aditivo (RGB)
Vermelho, verde e azul são chamadas as cores aditivas primárias, porque todas as cores da
luz podem ser representadas pela combinação destas três cores, em proporções variadas. Quando o
vermelho, o verde e o azul possui valores exactamente iguais, dão origem à luz branca, como
podemos ver na figura 38.
Sistema de cor subtractivo (CMYK)
CMYK é a abreviatura do sistema de cores
formado pelo ciano (cyan), magenta
(magenta), amarelo (yellow) e preto
(black). O CMYK funciona devido à
absorção de luz, pelo que as cores que
vemos vêm da parte da luz que não é
absorvida. Este sistema é utilizado por
impressoras e fotocopiadoras para reproduzir toda a gama de cores do espectro visível.
O ciano é a cor oposta ao vermelho, o que significa que actua como um filtro que absorve a
dita cor (-R +G +B). Da mesma forma, magenta é a cor oposta ao verde (+R -G +B) e amarelo é
cor oposta ao azul (+R +G -B). Assim, o magenta mais o amarelo irão produzir o vermelho, o
magenta mais o ciano irão produzir o azul e o ciano mais o amarelo irão produzir o verde.
Hue, Saturation, Value
A maioria dos programas gráficos oferecem a
23
Figura 39. Cores RGB (esquerda) misturas vermelho, verde e
azul, enquanto que o HSV (direita) varia a tonalidade, a
luminância e saturação.
Figura 40. A utilização exclusiva de
laranja numa parte da imagem, chama
imediatamente a atenção de quem a
observa.
luminância e saturação.
Figura 41. Complementares das cores (à
esquerda) são pares de lados opostos do círculo
de cores, e o esquemas de cores a partir de três
pontos em torno da roda (à direita).
Técnicas Avançadas de Lighting e Rendering
opção de seleccionar cores por HSV (Hue, Saturation, Value), em vez de fixar directamente os
valores em RGB. No entanto, o sistema de cor é apenas uma interface na maioria dos programas,
pois os valores que são armazenados e utilizados para os cálculos internos estão em RGB.
A vantagem do HSV é que oferece uma maneira de escolher as cores que é mais intuitiva
para a maioria dos artistas.
A figura 39 mostra como as cores aparecem quando são organizadas em HSV, em oposição ao
RGB.
Color Schemes - Esquemas de cores
Color Contrast - Contraste das cores
Um esquema de cores pode fazer uso do contraste
entre as diversas cores intervenientes na imagem, com o
objectivo de chamar a atenção de quem a observa.
Complementary Colors - Cores complementares
O contraste entre as cores é mais visível quando estas
estão rodeadas pelos seus complementos. As cores
complementares são pares de cores que são opostos entre si
numa roda de cores,
como mostra o lado
esquerdo da Figura 40. Este prevê um contraste máximo, e
faz com que a cor púrpura parece ser ainda mais forte e
mais perceptível.
24
Figura 42. Cores vermelhas podem causar excitação
(esquerda), ao passo que as cores frias acalmam as
cenas (direita).
Figura 43. O vermelho tende a aparecer mais
perto de nós do que azul.
Técnicas Avançadas de Lighting e Rendering
Significados de Cores
Cores mornas e quentes - As pessoas geralmente descrevem o vermelho, o laranja e o amarelo
como cores quentes, em oposição ao azul e ao verde, que são cores mais frias. Os vermelhos e os
laranjas mais saturados são considerados cores quentes.
O amarelo, a cor do sol, é muitas vezes
considerado como um brilhante. Se cortarmos uma cena
que é dominada por tons de amarelos, o público vai
esperar que o final atingido na história seja favorável.
O azul e o verde são consideradas cores calmas
e relaxantes. Em muitos ambientes, a água, o céu, e as
árvores são compostas por tons de azuis e de verdes,
que funcionam como uma espécie de fundo neutro.
O azul escuro transmite confiança.
Color and Depth - Cor e Profundidade
Muitas vezes associamos as cores “frias” à distancia, e as cores “quentes” à proximidade.
Por exemplo, a maioria das pessoas vai achar mais fácil ver o lado esquerdo da Figura 43 que têm
uma moldura com um buraco no meio, do que o contrário.
Color Balance - Equilíbrio da cor
As cores da luz não se traduzem directamente na
tonalidade em que são reproduzidas numa fotografia. Em
vez disso, as cores que aparecem numa fotografia são
relativas ao balanceamento (equilibrio) da cor.
O balanceamento da cor não é exclusivo da película.
Understanding RGB color - Compreensão do modelo aditivo RGB
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Figura 44. RGB cria apenas algumas frequências de luz, não
um espectro contínuo.
Fig: 45 – Tipos de reflexo da luz
Fig: 46
Técnicas Avançadas de Lighting e Rendering
O modelo de cores aditivo RGB é muito limitado na representação do espectro real de
cores que podem existir na verdadeira luz. Em vez de ser capaz de emitir as cores de todos os
comprimentos de onda, televisores a cores e monitores de computador que emitem luz
fosforescente de apenas três cores: vermelho, verde e azul. O monitor colorido é representado
através da variação da intensidade da luz do espectro.
A importância do vermelho, verde e azul
Em RGB, o vermelho, verde e azul não
contribuem de igual modo para o brilho de um
pixel. Numa luz branca pura, o verde contribui
com cerca de 55 por cento do brilho, o
vermelho com cerca de 35 por cento, e o azul com cerca de 15 por cento.
O vermelho, o verde e o azul não são tratados, ao nível da cor, da mesma forma nalguns programas
de gráficos 3D.
Algoritmos de Rendering
Nesta tema aboradermos as principais etapas a ter em conta os conceitos de rendering e
shadow(sombra). O processo de rendering começa com a renderização das sombras, que nos
mostrará como os objectos reagem á luz embatida nelas, mais à frente iremos mostrar como usar os
vários ajustamentos de shader. Vamos ver algumas funções de anti-alising, e mostrar como
conseguimos fazer óptimas renderizações.
Sombreamento de Superficies (Shading Surfaces)
A definição de Sombras no “mundo 3D”é a maneira como o Objecto 3D responde à luz,
mostrando na sua superficie a aparencia como serão renderizados. O proceso de Sombras é um
processo de design e de atribuição para desenvolver e ajustar sombras num ambiente 3D.
Diffuse, Glossy, e Specular
Estas são as três maneiras
mais comuns de reflexo de luz.
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Técnicas Avançadas de Lighting e Rendering
(Fig.45). Reflexão difusa é quando luz é dispersa uniformemente em todas as direcções. A reflexão
Glossy preserva a direcção dos raios de iluminação. E, a reflexão especular preserva perfeitamente
a nitidez da luz e reflecte todos os raios sem dispersão. Na figura 46, mostra como este tipo de
reflexos se apresentam no objecto 3D. A maioria das superfícies mostram uma combinação de
reflexão difusa, glossy, e specular. Ao tentar imitar a realidade, as superfícies utilizando este tipo
de reflexões não é perfeita.
Se na realidade, você não conseguir ver qualquer tipo de reflexo num objecto, mova a
cabeça para conseguir ver o efeito. Isto acontece, porque você ao deslocar-se vai fazer com que os
reflexos se movam ao longo da superfície, causando uma luz reflectida difusamente.
Diffuse, Glossy, e Specular nas Sombras
Muitos dos parâmetros das sombras dividem-se nas categorias de simulação Diffuse,
Glossy, e Specular. Muita sombras tem o paramento diffuse, que consiste em multiplicar a cor da
superfície de um objecto. Neste caso, quando os valores da diffuse são reduzidos para metade, vai
fazer com que seja reduzido o brilho, que é o mesmo que reduzir metade do brilho da cor à
superfície. As reflexões mais normais de raytraced são perfeitamente speculares, isto é, são
totalmente focalizadas. As Glossiness, também conhecidas por reflexões do tipo blur ou por
reflexões leves,(soft reflections), permitem que seja feito o efeito de raytracing. A maioria das
técnicas de iluminação, podem ser consideradas “diffuse-to-difuse” de transferência de luz,
significa que a luz que é reflectida difusamente num objecto, adiciona a luz difusa de outros
objectos.
Marcar Specular
Um erro comum dos principais efeitos do Specular, é que são centrados nos pontos
brilhantes do sombreamento difuso. Na realidade, o posicionamento dos pontos principais do
specular são derivados separadamente do sombreamento difuso. O sombreamento difuso baseia-se
na posição de um ângulo em relação ao foco da luz. O sombreamento specular por outro lado, pode
ser calculado a partir de um certo ângulo da câmara, e é baseado no ângulo entre a luz e a
superfície. Devido a isto, os destaques da specular são um exemplo de vista dependente das
sombras.
A vista dependente das sombras é qualquer efeito que varia dependendo do ângulo da
câmara. Specularity, reflexões e refracção são todos os exemplos de vista dependente das sombras,
estes parecem deslocar-se através da superfície sempre que virmos de ângulos diferentes. Para
contrastar isso tentamos utilizar uma vista não dependente de sombras, como as difusas, que pode
ser feita computacionalmente sem necessidade de ter uma câmara.
Realistic Specularity
É um dos maiores clichés dos gráficos 3D. Destaques Speculares parecem ser irreais em
muitas renderings porque eles são frequentemente mal utilizadas. No entanto, quase todas as
27
Fig: 47
Fig: 48
Técnicas Avançadas de Lighting e Rendering
superfícies no mundo real apresentam algum grau espectacular, usa-los correctamente adiciona
bastante realismo às renderizações.
Para melhorar a qualidade das sombras, deve-se dar o destaque specular com as
propriedades de tamanhão, cor, e posição. Para melhor ajustamento é melhor encontrar um objecto
no mundo real para tentar simular e estudar como responde a luz reflectida nela.
Marcar Tamanhos
Na vida real, o tamanho das marcações depende de duas
coisas: da fonte da luz e da superfície. Uma maior fonte de luz, ou
uma fonte de luz posicionada perto da superfície que vai ser
iluminada, vai produzir um maior tamanho de luz. O tipo da
superfície também influencia o tamanho da luz reflectida. Materiais
com superfícies lisas, duras, como os metais e o vidro, tem tamanhos
de luz mais pequenos e apertados. Superfícies como o papel e a
madeira tem um tamanho de luz mais amplo (embora menos intensa).
Na maioria dos programas de 3D, a marcação de tamanho é
ajustável apenas nas sombras, e não é um propriedade das luzes. Se
for o caso, é preciso ter a certeza que cada marcação pareça mesmo
uma reflexão da fonte de luz. Se a fonte de luz for pequena ou estiver muito longe, a marcação
dever ser pequena, como a sombra que está na topo da figura 14, (pág. anterior). Se for para
simular uma fonte de luz larga e perto do objecto, vai ser preciso aumentar o tamanho da sombra
até obter um specular muito largo (Fig.47, imagem inferior).
Cores especulares
Na maioria dos casos, as sombras provocadas pelas cores specular, deviam ser deixadas
com as cores cinzas. A branco ou a cinza, as cores specular significam que a cor adicionada para
uma sombra specular será baseada na cor da fonte de luz, que é
normalmente, a mais natural fonte de cor specular.
Para colorir no efeito realístico specular é apenas
permitido em superfícies metais. Neste caso, deve-se dar a cor
specular a uma tonalidade semelhante à da cor do metal. Na figura
48, está presente uma fotografia com uma textura de metal. Note
como os destaques e os reflexos são todos da cor do metal. Na
maioria dos casos, os metais tem cores muito difusas e escuras.
O efeito Fresnel
O físico francês Ausutin-Jean Fresnel (1788-1827) avançou com a teoria da onda de luz,
através do seu estudo: descobriu como a luz é transmitida e propagada pelos diferentes objectos.
Uma das suas observações é agora conhecida na computação gráfica como o efeito de Fresnel que
28
Fig: 49
Fig: 50
Técnicas Avançadas de Lighting e Rendering
consiste em observar que a quantidade de luz reflectida numa determinada superfície varia
consoante o ângulo de visualização.
Na figura 49, mostra um efeito de Fresnel. Se
olhar directamente para baixo para uma piscina de água,
não é possível ver muitos reflexos de luz. De um ângulo
mais afastado, olhando menos próximo da piscina para a
piscina, verá muito mais reflexos na superfície da água.
BRDF e BSSRDF
Uma verdadeira superfície da bidirectional reflectance distribution function (BRDF)
descreve como esta absorve a luz de diversos ângulos. As sombras mais comuns, como as Lambert,
Phong, e Blinn, fornecem de uma maneira simples, generalizando as BRDF. Alguns programas de
renderer costumam vir nas opções das sombras o comando BRDF, que é designado para imitar
verdadeiras respostas para a luz baseada em dados recolhidos do mundo real.
Na vida real, todo o matéria tem um único BRDF que representa como vai reflectir ou
absorver a luz quando iluminada ou vista de diferentes ângulos. As BRFD podem ser medidas a
partir de materiais reais. Alguns investigadores tem construído plataformas que fotografam
materiais, ou a face de uma pessoa, de vários ângulos, com a luz a bater de diferentes ângulos. A
partir disto, eles conseguem digitalizar o reflexo da luz e ser usada pela sombra BRDF,
correspondendo como o verdadeiro material responde à luz de todas as direcções e vista de diverso
ângulos.
BRDF é baseado num pressuposto que consiste na luz reflectida para uma superfície, que
por sua vez o ponto que atinge a superfície coincide com o ponto da luz reflectida. Quando
adicionamos espelhos para o BRDF, nós obtemos bidirectional surface scattering reflectance
distribution function (BSSRDF). Significa que a sombra é baseada na medida de dados realísticos
da transmissão da luz, que também inclui suporte para a translucidez realista.
Anti-Aliasing
O Anti-Aliasing é um componente de alta qualidade de renderização. Dois componentes do
anti-aliasing são o over-sampling e o filtering.
Over-Sampling
Over-sampling significa arranjar mais dados do que é preciso. Quando é feita a
renderização de over-samples numa tela, é feita a
computação de mais pontos ou raios que o número de
pixéis da imagem final. Na figura 50, mostra uma área de
8 pixéis por 8 pixéis, onde cada polígono precisa de ser
mostrado. Para fazer render à imagem sem o over-
sampling, (imagem à direita), a renderização é feita por 29
Fig: 51
Técnicas Avançadas de Lighting e Rendering
pixel, perdendo a polinização e assim qualidade. Na imagem à esquerda mostra como é importante
a utilização do over-sampling, polinizando o objecto.
Filtragem
O Filtering(Filtragem) é o processo de construção final da imagem fora dos seus sub-pixéis
de amostras. A maioria dos programas oferecem diferentes tipos de filtro, que são maneiras de
reconstrução de imagem, muitos dependem de amostras com pixéis, mas alguns já aceitam
amostras adjacentes de pixéis.
Usar filtros faz com que seja ocupado algum tempo extra na renderização, quando
comparado com o over-sampling. Os filtros permite-nos chegar a imagens mais lisas de um número
limitado de amostras.
Quando utilizado em pequenas quantidades, um filtro pequeno consegue suavizar ou alisar
as bordas de um objecto e ajuda a criar uma imagem mais natural.
Raytracing
Raytracing é uma parte opcional do processo de render, que simula uma reflexão natural,
uma refracção, e sombras provocadas pela luz numa superfície 3D.
O processo de raytracing é um passo atrás quando comparado com a vida real. Na vida
real, a luz é origina por uma fonte de iluminação espalhando-se por toda a tela e só depois chega às
câmaras. Na utilização do raytracing, os raios começam a partir da câmara e é disparada a partir da
câmara até à tela.
Para começar um processo de raytracing, a
renderização divide as câmaras do campo de visão numa
matriz de pixéis, baseados na resolução da imagem que está
a ser renderizada. Para cada pixel, um raio é projectado da
câmara, batendo em todos os pontos de amostragem de todos
os objectos que encontrar, (Fig.51). Com o anti-aliasing,
mais que um ponto pode ser “amostrado” por pixel,
multiplicando assim, o esforço que precisa de fazer.
Quando o raio acerta no objecto, o objecto é examinado para verificar se é reflexivo ou
refractivo, ou pode estar a receber sombras, que precisam de ser computorizadas por amostras de
raios. Se o objecto onde foi reflectido depois da difusão computacional e da sombra specular da
superfície, mais um raio iria ser lançado para fora do objecto, dirigindo-se para o espaço 3D,
verificando se nenhum reflexo de outro objecto aparecia no ponto exacto para começar a ser
renderizado.
30
Fig: 52
Fig: 53
Técnicas Avançadas de Lighting e Rendering
Se um reflexo de outro objecto for encontrado, outro raio será gasto desse objecto, utilizando mais
esforço para a renderização de cada pixel.
Reflexões Raytraced
As reflexos raytraced são bastante similares às
sombras especulares. Reflexões raytraced são reflexões
especulares de outros objectos na tela, é quando uma sombra
é uma reflexão especular de fonte de luz. Quando é feito
uma reflexão raytraced de algo mais brilhante, faz com que
fique mais realístico. Pois, conseguirá ter bastante controlo da forma do reflexo raytraced. Na
figura 52, mostra uma comparação de uma maçã apenas com um specular highlight e uma maçã
com a forma que nós queremos, e a posição de onde queremos a fonte de luz. O modelo construído
que aparece no reflexo parece ser apenas um polígono, e pode ser acrescentado qualquer tipo de
textura. Que tamanho irá ter, o quanto brilhante é, e o quanto o reflexo à superfície é renderizado,
nós poderemos definir a forma que quisermos mostrar renderizada.
O ambiente circundante
Se um objecto reflectido estiver onde o ambiente circundante for apenas preto, nenhum
reflexo parecerá, e o objecto simplesmente ficará escuro. Quando usar os reflexos raytraced, deverá
dar algo para reflectir nos objectos.
Reflexos Glossy
Os reflexos reytraced normais produzem perfeitamente reflexos especulares de outros
objectos. Muitas vezes as reflexões podem aparecer de forma irrealista.
Limites dos Reflexos
Na tela existem muitas superfícies reflectivas e refractivas,
nelas existe o risco de o raytracer causar um laço infinito,
seguindo sempre um raio de uma superfície para outra
superfície. Na figura 53, mostra uma situação onde os
espelhos à direita, o raytracer deve incluir o reflexo do
espelho à esquerda, que faz com que calcule no espelho
esquerdo o reflexo do espelho direito, e por ai adiante.
Como os raios de luz parecem ser infinitos nos espelhos, a tela precisa de fazer cálculos
infinitamente de raytrace. Para prevenir o renderer, o numero de passos de raytracing de ser
limitado.
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Técnicas Avançadas de Lighting e Rendering
Designing and Textures - Design e texturas
O mapeamento de texturas é a arte de adicionar variação e detalhes nas superfícies 3D que
ultrapassa o nível do pormenor modelado na geometria.
Criar mapas de texturas é um processo em que as habilidades em pintura 2D, fotografia, e
da manipulação da imagem se podem adicionar à cena a 3D.
Tipos de mapeamento de textura
As texturas podem ser usadas para controlar vários atributos de uma superfície, para produzir
efeitos diferentes na imagem. As sete técnicas de mapeamento mais comuns são:
Color – Cor
Especular – Espelho
Incandescence - Incandescência
Transparency - Transparência
Displacement – Deslocamento
Bump – Solavanco
Normal
Color Mapping - Mapeamento de cor
O mapeamento de cor substitui a principal superfície colorida do modelo por uma textura.
Na figura seguinte é aplicada uma ”grelha” a preto e branco a esfera na figura 54.
As cores do objecto normalmente não devem incluir o preto ou
branco em tons puros, e devem evitar completamente vermelhos, verdes
ou azuis saturados. A 100 por cento a cor branca significa que 100 por
cento da luz que atinge a superfície é reflectida, o que não ocorre no
mundo real.
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Figura 54. Uma esfera com um
mapa de cor básica.
Figura 55. Um mapa especular
aplicado à esfera.
Figura 56. Aplicação um mapa
de incandescência à esfera.
Técnicas Avançadas de Lighting e Rendering
Na maioria dos casos, uma boa pratica para manter os valores do vermelho, verde
e azul na sua textura de mapas é entre os 15 e os 85 por cento.
Especular Mapping - Mapas de espelho
Os mapas de espelho fazem variar o brilho e as cores que são reflectidas sobre as diferentes
partes da superfície de um objecto.
A figura 46 mostra o mapa de espelho aplicado em torno de um objecto, mas a sua
influência é vista apenas na área onde foi aplicado o mapa de espelho
Incandescência Mapping - Mapas de incadencência
Mapeamento de incandescência
(também chamado de luminosidade, ambiente,
ou mapeamento constante) usa um mapa de
texturas para
simular
automaticamente as propriedades de
iluminação de um objecto.
A figura 56 mostra-nos, mapas de incandescência
que são visíveis sobre uma superfície.
Mesmo nas áreas sombreadas, não é preciso uma fonte de luz
para as iluminar.
Mapas de incandescência são perfeitos para adicionar luzes que
acendem ao lado de objectos.
Transparency Mapping- Mapas de transparência
O mapeamento de transparência tem várias funções úteis. A função mais simples de um
mapeamento de transparência é criar uma superfície transparente.
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Figura 57. Aplicação de um
mapa de transparência a uma
esfera.
Figura 58. A forma da esfera
é alterada por um mapa de
deslocamento.
Figura 59. Este mapa simula
umas linhas ao longo da
esfera, mas sem nunca alterar
Técnicas Avançadas de Lighting e Rendering
Em vez de criarmos uma superfície uniforme transparente,
podemos por exemplo numa imagem de uma janela suja seleccionar
as partes menos transparentes da janela e atribuir-lhes diferentes cores
de transparência para simularmos a criação de vitrais.
Mapeamento de transparência também pode ser usado para cortar as
formas e os padrões detalhados de uma superfície.
A superfície transparente de uma superfície não será necessariamente
invisível. A reflexão é visível numa superfície transparente.
Displacement Mapping - Mapas de deslocamento
Um mapa de deslocamento é usado para alterar a forma de uma superfície.
É usado o brilho para realçar o deslocamento efectuado.
A figura 58 mostra-nos um padrão de um mapa de deslocamento para uma esfera. A mudança para
a forma da esfera é mais perceptível nas bordas.
Bump Mapping
Bump mapping é um truque que realça pequenos detalhes da superfície
de um objecto, sem se deslocar a geometria.
Bump mapping não é tão convincente como mapeamento de
deslocamento, mas pode tornar muito mais rapidamente.
O sombreamento de uma superfície baseia-se num ângulo que
normalmente é perpendicular à superfície de um objecto geométrico.
Os tons mais brilhantes representam altitudes mais elevadas, e tons
escuros representam altitudes mais baixas.
Normal Mapping
O mapeamento normal é semelhante ao Bump Mapping na medida em que “engana” a
sombra, sem que altere a forma do modelo.
Em mapas normais, um ângulo 3D é determinado directamente por três valores por pixel,
armazenados em três canais de cores no mapa.
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Figura 60. O modelo de grandes polígonos (à esquerda) pode ser
substituído por um modelo de baixos polígonos (centro), se for feito para
parecer com uma resolução superior com um mapa normal (à direita).
Figura 61. Formas simples de texturas
Técnicas Avançadas de Lighting e Rendering
O uso mais comum para
mapeamentos normais é mascarar a
diferença entre um modelo de alta
resolução, e um modelo de baixa
resolução.
Figura 60 mostra um modelo de alta
resolução (da esquerda), um modelo
simplificado de baixo polígono sem texturas (centro), bem como um modelo com mapas normais (à
direita). À direita, o modelo parece quase como se fosse feito com muito mais polígonos.
Stylized Textures – Estilo de texturas
Os modelos de um mapa de texturas podem ser muito simples, como por exemplo os edifícios da
figura 61.
O mapa de textura permite adicionar riqueza à cena, sem deixar de preservar o lírico.
São pintadas luzes e sombras nos mapas, a fim de reforçar a iluminação ou simular detalhes
e dimensões que nunca existiram na geometria subjacente. A porta na Figura 62 já contém
sombreamento e sombras.
Na final da renderização final, estes são acrescentados juntamente com o sombreamento e
sombras da geometria.
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Figura 62. Mapas de cor para a renderização já contêm
sombreamento e sombras.
Figura 63. A camada do fundo (o planeta), e plano
camada (a nave) formam apenas uma só imagem.
Técnicas Avançadas de Lighting e Rendering
Texture Map Resolution - Resolução de um mapa de texturas
Mapa de textura e memória utilizada no mapa resolução:
Passos de Rendering e Composição
Rendering in Layers - Rendering em Camadas
Rendering em camadas é o processo de renderização de diferentes objectos de uma cena em
diferentes imagem de arquivos que serão compostos todos juntos.
Como um exemplo simples de renderização em camadas, a figura 63 mostra uma nave a
desembarcar num planeta. A nave é definida como primeiro plano da camada, e o planeta como
uma camada de fundo.
Efeitos em camadas
Camadas de efeitos são efeitos visuais. Podem ser
chuva, neve, agua a espirrar, fumo, fogo, ou mesmo
um efeito óptico, como uma luz.
Estes efeitos aplicados em camadas diferentes dão-
nos mais controlo sobre o que irá ser o resultado final da nossa aplicação.
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Figura 64. Um efeito camada (à esquerda) pode ser usado
como uma máscara de um efeito de deslocamento (ao meio)
e ser adicionado a uma cena composta por varias camadas
(direita).
Técnicas Avançadas de Lighting e Rendering
Porque é que nos devemos preocupar com as camadas?
O rendering em camadas traz-nos claramente mais vantagens na configuração do nosso
trabalho, do que trabalhar com todos os objectos de uma só vez.
Há realmente várias vantagens para renderização em camadas:
O rendering em camadas transmite grande complexidade ás nossas cenas.
A memória do computador pode ser sobrecarregada, se todos os objectos tiveram de ser carregados
de uma só vez, logo o rendering em camadas torna o processo de carregamento das nossas cenas
mais leve.
O uso de rendering em camadas poupa tempo na execução das cenas.
Para obter o máximo de eficiência na renderização das cenas, podemos colocar cada tipo
de efeitos que queremos utilizar em camadas diferentes.
Optical Effects - Efeitos opticos
Efeitos ópticos são fenómenos que simulam os efeitos que poderiam ocorrer dentro, e em
volta de uma lente da câmera. Durante a composição da cena, os efeitos ópticos são normalmente
sobrepostos sobre os outros elementos.
Particle Effects - Efeitos particulas
O aparecimento de partículas pode ser consideravelmente reforçado se o fizermos em
camadas distintas. Podemos usar partículas como sendo máscaras para controlar imagens
diferentes, isto é, para processar os efeitos de manipulação da cor e da opacidade, e combiná-los
depois de diferentes formas com o fundo da imagem.
Figura 64 mostra uma nuvem de partículas
muito simples. Usa-se a partícula nuvem como uma
máscara para um efeito de distorção, o cenário é
distorcido pelas partículas. Finalmente, as
partículas verdes são coloridas e introduzidas ao
longo do fundo, por detrás da nave.
Rendering em passagens
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Figura 65. Difusão, especulação de luz e reflexão são
adicionados todos juntos no final da criação da cena.
Técnicas Avançadas de Lighting e Rendering
Rendering em passagens é o processo de renderização de diferentes atributos de uma cena em
separado.
Aqui alguns dos passes mais comuns que podemos ter:
Diffuse - Difusa
Specular - Especular
Reflection - Reflexão
Shadow - Sombras
Ambient - Ambiente
Global Illumination – Iluminação global
Mask – Mascaras
Depth - Profundidade
Difusse Passes
As superfícies brilhantes são sombreadas onde elas possuem uma fonte de luz e escuras
onde tem uma fonte de luz afastada de si.
As superfícies coloridas irão reflectir também elas uma luz colorida.
Specular Passes
Especulação da luz passa por isolar a reflexão do objecto.
Ao aplicarmos a especulação da luz, retiramos a luz ambiente à imagem e a nossa imagem
fica com um mapeamento de cor preto puro.
Reflection Passes
A reflexão de objectos inclui a reflexão automática dos mesmos, reflexões de outros
objectos, ou reflexões do ambiente circundante.
Shadow Passes
A sombra passar mostra a localização das
sombras numa imagem (video).
Em cenas com sobreposição de sombras,
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Figura 66. A cena com várias luzes sobrepostas (esquerda) poderia produzir um
incontrolável número de sobreposições de sombras (direita).
Figura 67. Um ambiente passes é uma reprodução de
uma superfície plana e sombreada.de sobreposições de
Figura 68. A iluminação global mostra apenas a luz indireta.
Técnicas Avançadas de Lighting e Rendering
é importante manter as diferentes sombras em separado quando fizermos a renderização da sombra
da cena, de modo a que possamos controlar a sua aparência, a cor e a maciez em separado durante a
composição da cena.
A cena, no lado esquerdo da figura 65 é iluminada por várias fontes luminosas.
Ambient Passes
Mostra a cor e o mapa
de textura sobre a superfície,
mas não inclui qualquer
sombreado difuso, destaques
especulares, sombras, ou
reflexos. Um ambiente passe mostra cada objecto como se fosse uniformemente iluminado pela luz
ambiente.
Não haverá qualquer sombreamento para iluminar ou
escurecer partes da superfície.
Global Illumination Passes
A iluminação global passam isolados da luz indirecta adicionado à sua cena geral pela
iluminação, como mostra a figura 68. Esta passagem também pode incluir raytraced reflexões e
refractions, e pode ser uma forma útil para isolá-las em separado.
Mask Passes
A máscara fornece máscaras mostrando a
localização dos diferentes objectos no palco.
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Figura 69. Duas passagens usando uma máscara vermelha, verde e
azul.
Figura 70. Ex de simulação de profundidade
Técnicas Avançadas de Lighting e Rendering
Depth Passes
A profundidade (também chamado de Z-profundidade ou de mapa de profundidade)
armazena informações detalhadas, em cada ponto, em seu palco. A profundidade é transmitir um
conjunto de valores, medir a distância entre a câmera para o assunto mais próximo prestados em
cada pixel.
Tons de cinza brilhantes representam as partes da cena que estão mais próximas da câmera.
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Técnicas Avançadas de Lighting e Rendering
Conclusão
Com este trabalho prático tivemos a oportunidade de aprofundar os nossos
conhecimentos sobre rendering e lighting, que são técnicas de difícil manuseamento.
Tivemos uma dificuldade acrescida devido ao facto de a bibliografia ser toda
em inglês o que nos dificultou o trabalho.
Com este trabalho prático tivemos a oportunidade de aprofundar
os nossos conhecimentos sobre rendering e lighting, que são técnicas de difícil manuseamento.
Tivemos uma dificuldade acrescida devido ao facto de a bibliografia ser
toda em inglês o que nos dificultou o trabalho.
No que fala-mos neste trabalho, é um pequena porção da modulação 3D.
Existem quase uma infinidade de técnicas que se podem aplicar, antes de se aplicarem luzes,
sombras e rendering.
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Técnicas Avançadas de Lighting e Rendering
Bibliografia
Jeremy Birn, 2006 Digital Lighting & Rendering, Second Edition
Acetatos de Multimédia II
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