técnicas avançadas de lightning e rendering

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

mailto:[email protected]



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


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


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


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


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


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.

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Fig: 14

Fig: 15

Fig: 16

Fig: 17


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

9

Fig: 18


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


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

11

Fig: 20

Fig: 21


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


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

13

Fig: 24

Fig: 25


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


(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

15

Fig: 30

Fig: 29


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


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.


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).


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.


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

http://pt.wikipedia.org/wiki/Luz

http://pt.wikipedia.org/wiki/Preto

http://pt.wikipedia.org/wiki/Amarelo

http://pt.wikipedia.org/wiki/Magenta

http://pt.wikipedia.org/wiki/Ciano

http://pt.wikipedia.org/wiki/Cor

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).


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.


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

25

Figura 44. RGB cria apenas algumas frequências de luz, não

um espectro contínuo.

Fig: 45 – Tipos de reflexo da luz

Fig: 46


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.

26


(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


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


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


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


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.

31


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.

32

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.


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.

33

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


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.

34

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


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.

35

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.


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.

36

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).


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

37

Figura 65. Difusão, especulação de luz e reflexão são

adicionados todos juntos no final da criação da cena.


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,

38

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.


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.

39

Figura 69. Duas passagens usando uma máscara vermelha, verde e

azul.

Figura 70. Ex de simulação de profundidade


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.

40


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.

41


Bibliografia

Jeremy Birn, 2006 Digital Lighting & Rendering, Second Edition

Acetatos de Multimédia II

42

técnicas avançadas de lightning e rendering

Documents