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]

Novembro 2007

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Índice Introdução Fundamentos de Design de iluminação Tipos de Luzes Sombras e Oclusão Quais as luzes que precisam de sombras? Shadow Color Shadow Algorithms Sombras fortes e suaves Oclusão Ambientes de Luz Luz do dia Cenas Nocturnas Iluminação de Criaturas, personagens e Animação Funções das Luzes A Arte e Ciência da Cor Mistura de Cores Esquema de Cores Significados das cores Algoritmos Rendering Sombreamento de Superficies Anti-Aliasing Raytracing Design e Texturas Tipos de Mapeamento de Texturas Estilo de Texturas Resolução de um mapa de Texturas Passos de Rendering e Decompição Rendering em Comados Rendering em Passagens Conclusão Bibliografia

3 4 4 7 7 8 9 12 14 15 15 16 17 17 18 18 20 20 22 22 25 26 27 28 31 31 32 32 33 37 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.

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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. Fig: 1 - Fruit Bowl de Donal Khosrowi 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

Fig: 2

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 Fig: 3

(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 usar um spotlight para causar esse tipo de efeitos, pois permitem um maior controlo onde a luz está destinada. 4

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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

Fig: 4

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

Fig: 5

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

Fig: 6

que utilizem outros tipos de luzes em conjunto com esta para criar o efeito que realmente pretendermos.

5

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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

Fig: 7

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 Fig: 8

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. Fig: 9 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

Fig: 10

Environmet Spheres sem mais nenhum tipo de iluminação.

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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.

Fig: 11

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

Fig: 12

numa zona onde já existe sombra, a bola é apenas iluminada por Fig: 13

uma, luz secundária, que não emite sombras. 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. 7

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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.

Fig: 14

Embora a sombra pareça mais real, a sombra no próprio objecto não é preenchida de igual modo. Fig: 15 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.

Fig: 16

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 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

Fig: 17 8

Técnicas Avançadas de Lighting e Rendering 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

Fig: 18

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.

Resolução e uso de memória 9

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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

Fig: 19

diferentes níveis de transparência nos renderes que os suportam. Raytraced Shadows 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: 10

Técnicas Avançadas de Lighting e Rendering - 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

Fig: 20

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. Fig: 21 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 11

Técnicas Avançadas de Lighting e Rendering 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).

Fig: 22

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”)

Fig: 23

Fig: 23

“Figura 24” – Sombras mais suaves, provêem de fontes de luz mais largas. Sombras fortes e suaves Fig: 24 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: 12

Técnicas Avançadas de Lighting e Rendering - 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 Fig: 25

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.

Fig: 26 (Fig. 27)Várias sombras combinadas para dar o aspecto de uma maior fonte de luz:

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Fig: 27

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”

Fig: 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 Iluminação global (sigla GI) é uma abordagem ao render em que, luz indirecta é calculada como reflecte no cenário, entre as superfícies.

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Técnicas Avançadas de Lighting e Rendering 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

Fig: 29

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.

Fig: 30

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. Sunlight – Luz do sol

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Técnicas Avançadas de Lighting e Rendering 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. I n d i r e c t L i g h t – L u z i n d i r e c t a O s o l e a 16

Técnicas Avançadas de Lighting e Rendering l u z d o c é u f o r n e c e m a m a i o r p a rt e d a il u m i n a ç ã 17

Técnicas Avançadas de Lighting e Rendering o à n o s s a i m a g e m , m a s u m c e n á ri o d e l u z r e a li s t 18

Técnicas Avançadas de Lighting e Rendering a t a m b é m e x i g e a r e j e i ç ã o d a l u z . 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. Fig: 31 - A luz do sol por si só provoca contraste e sombras no cenário.

Night Scenes – Cenas nocturnas A luz da lua e a do céu nocturno, podem ser

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Técnicas Avançadas de Lighting e Rendering 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

Fig: 32 - A luz verde a brilhar simula a luz indirecta.

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.

Figura 33 - As cenas nocturnas trazem contraste que se acentua quando existe mais luz.

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.

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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 Figura 34. Ex com luz chave única (à esquerda) e com uma luz de preenchimento (direita).

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

Figura 35 - Sem luz de junção (imagem da esquerda), a maçã tem tons semelhantes ao fundo;

operações que

acrescentando jante luz

realizamos com Rim

(direita)preenchimento (direita).

lights, mas com uma aparência maior, isto é, uma visibilidade maior. Figura 36. A do football (direita) acende mais do que um

Com kickers podemos também adicionar um lote

personagem da jante (esquerda).

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.

Figura 37. Faltam specularity, a serpente olha seco (à esquerda) e um brilho especular luz acrescenta as escalas (direita).

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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 Figura 38. O aditivo primárias combinam para formar iluminação branca.

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 opção de seleccionar cores por HSV (Hue, 22 Figura 39. As primárias subtractivas são usados em um período de quatro impressão colorida processo.

Técnicas Avançadas de Lighting e Rendering 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.

Figura 39. Cores RGB (esquerda) misturas vermelho, verde e azul, enquanto que o HSV (direita) varia a tonalidade, a luminância e saturação.

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

Figura 40. A utilização exclusiva de laranja numa parte da imagem, chama imediatamente a atenção de quem a observa. luminância e saturação.

esquerdo da Figura 40. Este prevê um contraste máximo, e faz com que a cor púrpura parece ser ainda mais forte e mais perceptível. 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).

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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. Figura 42. Cores vermelhas podem causar excitação

O azul e o verde são consideradas cores calmas

(esquerda), ao passo que as cores frias acalmam as cenas (direita).

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 Figura 43. O vermelho tende a aparecer mais

vez disso, as cores que aparecem numa fotografia são

perto de nós do que azul.

relativas ao balanceamento (equilibrio) da cor.

O balanceamento da cor não é exclusivo da película. Understanding RGB color - Compreensão do modelo aditivo RGB O modelo de cores aditivo RGB é muito limitado na representação do espectro real de 24

Técnicas Avançadas de Lighting e Rendering 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 Figura 44. RGB cria apenas algumas frequências de luz, não um espectro contínuo.

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

luz.(Fig.45).

de

Reflexão

reflexo difusa

de é

quando luz é dispersa uniformemente

Fig: 45 – Tipos de reflexo da luz 25

Fig: 46

Técnicas Avançadas de Lighting e Rendering 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 superfícies no mundo real apresentam algum grau espectacular, usa-los correctamente adiciona bastante realismo às renderizações. 26

Técnicas Avançadas de Lighting e Rendering 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

Fig: 47

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

Fig: 48

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 consiste em observar que a quantidade de luz reflectida numa determinada superfície varia consoante o ângulo de visualização. 27

Técnicas Avançadas de Lighting e Rendering 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.

Fig: 49

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 oversampling, (imagem à direita), a renderização é feita por

Fig: 50

pixel, perdendo a polinização e assim qualidade. Na imagem à esquerda mostra como é importante a utilização do over-sampling, polinizando o objecto. 28

Técnicas Avançadas de Lighting e Rendering 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,

Fig: 51

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. Se um reflexo de outro objecto for encontrado, outro raio será gasto desse objecto, utilizando mais esforço para a renderização de cada pixel. 29

Técnicas Avançadas de Lighting e Rendering 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

Fig: 52

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.

Fig: 53

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.

Designing and Textures - Design e texturas

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Técnicas Avançadas de Lighting e Rendering 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. Na maioria dos casos, uma boa pratica para manter os valores Figura 54. Uma esfera com um mapa de cor básica.

do vermelho, verde e azul na sua textura de mapas é entre os 15 e os 85 por cento. 31

Técnicas Avançadas de Lighting e Rendering

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

Figura 55. Um mapa especular

que são visíveis sobre uma superfície.

aplicado à esfera.

Mesmo nas áreas sombreadas, não é preciso uma fonte de luz para as iluminar. Figura 56. Aplicação um mapa

Mapas de incandescência são perfeitos para adicionar luzes que

de incandescência à esfera.

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. 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.

32 Figura 57. Aplicação de um mapa de transparência a uma esfera.

Técnicas Avançadas de Lighting e Rendering

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. Figura 58. A forma da esfera é alterada por um mapa de deslocamento.

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.

Figura 59. Este mapa simula umas linhas ao longo da

Normal Mapping

esfera, mas sem nunca alterar

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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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 Figura 60. O modelo de grandes polígonos (à esquerda) pode ser substituído por um modelo de baixos polígonos (centro), se for feito para

modelo parece quase como se fosse feito com muito mais polígonos.

parecer com uma resolução superior com um mapa normal (à direita).

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.

Figura 61. Formas simples de texturas

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.

Figura 62. Mapas de cor para a renderização já contêm sombreamento e sombras.

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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. Figura 63. A camada do fundo (o planeta), e plano camada (a nave) formam apenas uma só imagem.

Estes efeitos aplicados em camadas diferentes dão-

nos mais controlo sobre o que irá ser o resultado final da nossa aplicação. 35

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

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).

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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, Figura 65. Difusão, especulação de luz e reflexão são adicionados todos juntos no final da criação da cena.

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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

Figura 66. A cena com várias luzes sobrepostas (esquerda) poderia produzir um

especulares, sombras, ou

incontrolável número de sobreposições de sombras (direita).

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.

Figura 67. Um ambiente passes é uma reprodução de

Global Illumination Passes

uma superfície plana e sombreada.de sobreposições de

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. Figura 68. A iluminação global mostra apenas a luz indireta.

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Técnicas Avançadas de Lighting e Rendering

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

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.

Figura 70. Ex de simulação de profundidade

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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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