Eric Hanson - traduzido por Magno Urbano (Nota do tradutor: Apesar deste tutorial ter sido feito tendo como base a utilização do Maya e/ou Alias PowerAnimator, a teoria aplica-se a qualquer tipo de programa 3D.)

A importância de uma boa iluminação

Dissemos neste artigo, que a iluminação de uma cena é o fator primordial para o sucesso de um trabalho. A sua importância não pode ser subestimada e se seguir algumas regras básicas, conseguirá obter uma iluminação eficiente de forma rápida. Certamente, o ajuste da iluminação pode se dar sem nunca ter fim, mas, seguindo alguns pontos fundamentais, pode conseguir uma maior qualidade sem incorrer em tempos de render muito grandes. Aqueles que lidam com computação gráfica, precisam avaliar a importância de um iluminador, num cenário real, função esta que tem tudo a ver com o 3D, já que as técnicas empregadas, em ambos os casos, são as mesmas. Depois de examinar alguns dos princípios e questões básicas, veremos algumas técnicas de iluminação empregadas pelos iluminadores, seja para a iluminação em exterior, interior ou de produtos específicos.

Iluminação Cinematográfica Clássica

A iluminação é uma arte que tem sido praticada há anos na indústria cinematográfica e, se a tomarmos como modelo, poderemos dela absorver grandes ensinamentos. Realizadores, fotógrafos e Directores de fotografia sabem bem a importância da luz e levam em consideração certos princípios durante as suas decisões:

1. O primeiro factor considerado é o de ser a luz o derivador da emoção presente na cena. Qualquer grande filme, se estudado com cuidado, fornecerá um manancial de técnicas essenciais a qualquer artista que lide com computação gráfica em 2D ou 3D. No cinema, a luz geralmente é empregada para a valorização e para o tratamento dos personagens, ou seja, iluminam-se, geralmente, os personagens, em detrimento do fundo. Por outras palavras: realizadores, fotógrafos e iluminadores vão trabalhar segundo uma gama de qualidade que vai da luz difusa à especular;
2. A luz directa do Sol, num dia claro, é considerada como uma fonte de luz especular, enquanto que a luzes provenientes de direcções perpendiculares à do Sol, são consideradas como luzes difusas;
3. A maioria dos equipamentos de iluminação capazes de simular a luz do Sol, podem ser usados também como fontes de luz difusa, conforme o caso. O uso de folhas de difusão de luz e de reflectores, controla o fluxo de luz, o foco e o espalhamento;
4. Outro factor importante a considerar é o uso da lei do decaimento da luz, que ocorre segundo o inverso do quadrado da distância. Quantificar a iluminação é a chave para saber trabalhar com filmes;
5. Em computação gráfica, felizmente, não temos o problema de "exposição" do filme, que os cineastas têm. Mesmo assim, deverá desenvolver uma certa sensibilidade ao histograma geral das áreas claras e escuras, especialmente, quando estiver a criar cenários virtuais, que irão, posteriormente, ser utilizados para a composição com pessoas ou objectos do mundo real;
6. Um bom entendimento das configurações típicas de luz deverá ser considerado. Primeiro temos a LUZ-CHAVE (KEY LIGHT) como sendo a principal fonte de luz. De seguida, temos a LUZ DE PREENCHIMENTO (FILL LIGHT), a LUZ DE CONTRA-PLANO (BACK LIGHT), a LUZ LATERAL (SIDE LIGHT) e a LUZ DE EIXO (AXIS LIGHT);
7. Um bom fotógrafo como, por exemplo, Allen Daviau, usa a luz como forma de "pintar" objectos em cena para que não pareçam muito vivos. Esta lição certamente também é válida para quem trabalha com computação gráfica, já que, em ambos os mundos, cada elemento presente em cena contribui, de alguma forma, para a iluminação dos outros objectos adjacentes, devido à luz reflectida nas suas superfícies. Este factor, certamente, traz-nos desafios interessantes no ajuste da iluminação dos nossos trabalhos. A única vantagem da computação gráfica em relação ao mundo real, é que as luzes se comportam de maneira mais simplificada, o que facilita a nossa tarefa.

Estratégias de iluminação

No Maya, um dos pontos fortes é, exactamente, a iluminação. Ter a possibilidade de imitar algumas das propriedades ópticas do mundo real, faz com que tenhamos muitas possibilidade de efeitos. Estes efeitos, entretanto, somente poderão ser bem sucedidos se forem executados segundo as técnicas de iluminação tradicional. Vamos examinar algumas estratégias de iluminação para estúdios de gravação e depois cobrir os aspectos específicos do Maya.

Exterior

As técnicas de iluminação, basicamente, dividem-se de acordo com o local de gravação: exterior ou interior. Cada qual, certamente, requer a sua própria metodologia. Para exteriores, as luzes, geralmente, são empregadas para mostrar a grandeza dos elementos ou para atingir grandes espaços, de forma ampla, enquanto que na iluminação de interiores, geralmente, tem-se em mente a valorização do espaço e da escala. Num exterior, geralmente, usa-se uma combinação de luz ambiente, direccional e de reflectores. A luz ambiente é ajustada para um nível mais subtil, em tom ligeiramente azul, o que causará uma leve tonalidade azulada nas sombras. Então, uma luz direccional é empregada na mesma orientação do Sol. Esta luz, normalmente, branca ou "ligeiramente quente", deve ser intensa e produzir sombras. Outras luzes direccionais devem ser aplicadas em ângulos opostos ao do Sol, com cores complementares. Este arranjo de luzes quentes e frias causará um aumento na percepção de profundidade e na presença dos objectos em cena, sendo muito útil para destacar produtos ao ar livre. O uso de cores complementares vai produzir brilhos brancos com rastos azuis nas sombras e realçar o destaque dos objectos. Outra consideração que se deve ter em mente, envolve a colocação correcta da luz, de forma a posicionar, apropriadamente, as sombras, do mesmo modo que o Sol faria. Em projectos de Arquitectura este, geralmente, é um ponto fulcral para destacar a estética da construção. Por exemplo: observar a posição das sombras dos prédios adjacentes e a luz que invade os interiores. Neste caso, o exacto posicionamento do Sol há de ser conseguido e passado à luz direccional. Em trabalhos destinados ao entretenimento (como jogos, por exemplo) é importante estabelecer os ângulos mencionados no parágrafo anterior, para que haja uma perfeita hamonia entre as fachadas das construções e dos planos de fundo. Para resultados mais fiés, precisará de fazer render em raytrace, apesar do maior tempo de render que isso trará. O uso do render em raycast (que é utilizado, por definição, na maioria dos programas 3D), produz sombras suaves, sendo mais adequado a objectos que sejam iluminados por lâmpadas comuns ou que recebam luz indirecta do Sol. Se morar no hemisfério Norte, e estiver a olhar para a fachada Norte de um prédio, saberá que a luz que atinge esta fachada é indirecta, uma vez que esta encontra-se "de costas" para o plano do Sol e, portanto, recebe uma luz mais suavizada, o que também produzirá sombras suavizadas. O raciocínio é igual para a fachada Sul de um prédio, se viver no hemisfério Sul do planeta. A última preocupação com os exteriores é a de tentar igular as "temperaturas de cor" do sol ao longo do dia.O olho humano ajusta-se a estes desvios de cor e percebe as cores aproximadamente iguais tanto ao nascer quando to pôr do sol.Os fotógrafos profissionais sabem bem disso e geralmente valem-se de filtros para tentar cancelar esta coloração. Para os nossos propósitos é util conhecer esses valores em graus Kelvin e utilizá-los nas cenas que envolvam o nascer ou pôr do sol.

Interior

Para os interiores a estratégia de iluminação muda, sensivelmente. Neste caso, não temos a intenção de revelar bordas e formas nítidas. Pelo contrário. A ideia é a de equilibrar a iluminação de forma a revelar todos os lados dos objectos, para sugerir que existe interacção entre estes, no que se refere à luz reflectida. Em computação gráfica, podemos conseguir resultados idênticos se usarmos as técnicas de radiosidade. Este tipo de render, calcula a contribuição de todas as superfícies em cena no que se refere à distribuição da luz, captando as nuances das sombras e das cores reflectidas. A radiosidade, infelizmente, não está disponível no Maya. Porém, é possível fazer uma simulação daquilo que seria o render por radiosidade, pelo uso de fontes pontuais de luz (point light) . Para tal, siga as seguintes etapas:

1. Primeiramente, crie uma grelha de luzes, exactamente, acima dos objectos. Todas as luzes devem estar ao mesmo espaço entre si. Coloque cerca de 20 a 30 luzes com uma fraca intensidade, de forma a que a soma de todas as intensidades dê, aproximadamente , 1. Poderá tentar fazer o mesmo com a utilização de uma luz do tipo área (area light). A ideia é a de criar um tipo de iluminação distribuída ao longo do cenário, uma espécie de luz ambiente, só que muito mais rica em nuanças;
2. Se puder fazer com que cada uma destas luzes gere sombra, terá um visual muito próximo ao que teria com radiosidade;
3. Poderá utilizar luzes direccionais (spotlights) para aumentar ou diminuir a temperatura da luz, destacando ou não um objecto em particular;
4. Uma luz direccional fraca também pode ser utilizada para destacar uma parede que deva ser ressaltada em relação a outras;
5. Ao fazer isso tudo, não esqueça de desligar a luz ambiente do software, que normalmente está ligada.

Uso de Incandescência

O canal de incandescência de um material de algum objecto, pode, em alguns casos, evitar o uso de luzes adicionais para conseguir o mesmo efeito. Esta técnica pode ser utilizada para diversas superfícies, principalmente, se utilizar o Photoshop para criar pintar os seus mapas de incandescência e, assim, conseguir o seu objectivo. Um material com incandescência não aumenta o tempo total de render, enquanto que utilizar uma luz extra, aumenta. Tenha isso sempre em mente.

Glows, Fog e Flares

No Maya, (assim como no Alias) as luzes tem a habilidade de simular propriedades ópticas como glows, fog e flares. Estas habilidades são de facto úteis para a simulação de condições atmosféricas e a própria presença da cena. O uso do fog para produzir o aparecimento dos raios de luz, combinado ao uso do flare radial pode aumentar em muito o realismo das cenas. Usar estas propriedades de forma adequada não é tão simples, pelas armadilhas que se fazem presentes no caminho. Destacamos, de seguida, algumas dicas que poderá seguir:

1. Deve, sempre que possível, utilizar o fog em vez do glow, nomeadamente porque este é um processo adicional posterior ao render (pós-produção), ou seja, primeiro o programa calcula o rendering como se não houvesse glow e ao terminar, inicia outro render para calcular o glow, o que aumenta, em muito, o tempo total de render;
2. O glow tem um grande problema de flickering (tremulação) ao longo dos fields (problema que vinha do Alias e não foi corrigido no Maya - nota do tradutor);
3. Evite usar o glow, pois é um efeito que usa muita memória;
4. O glow, quase sempre, não desaparece, correctamente, quando o objecto emissor é bloqueado por outro, o que vai exigir a animação da sua intensicade para corrigir o problema;
5. Se utilizar fog em vez de glow terá os seus problemas resolvidos. Com o ajuste certo, pode conseguir a simulação de glow pelo uso do fog. Além disso, o fog é um efeito tridimensional, em comparação com o glow, que é bidimensional;
6. Pode combinar o fog com luzes destinadas à produção de flare e terá um aspecto realista nas suas cenas.

Uso de luzes "em link"

Outra técnica útil é a de utilizar luzes em link (light linking). Estas luzes permitem iluminar apenas um objecto ou grupo de objectos, sem interferir noutros. Entretanto, deve usar essa técnica com critério, pois pode tornar uma cena irreal.

Raycasting - o ajuste das sombras

Os ajustes das sombras em raycasting é outro ponto que, raramente, é entendido como deveria, apesar de ser um factor fulcral no processo. De seguida, compilamos algumas dicas para facilitar o processo de compreensão:

1. Lembre-se de que as luzes direccionais não produzem sombra em raycasting, então as luzes do tipo spot;
2. No Maya, por defeito, as luzes do tipo spot produzem sombras suaves com baixa precisão, o que faz o render ser rápido;
3. Para estabelecer bordas de sombra bem definidas (aumentar a qualidade) deve ajustar o espalhamento (spread), a resolução da sombra e a qualidade da borda (edge quality). Tipicamente, comece por restringir o espalhamento ao menor possível. Então, aumente a resolução do mapa de sombra e a qualidade da borda;
4. Verifique a quantidade de memória RAM e de swap que o Maya utiliza durante o render, para não atingir valores que inviabilizem o trabalho;
5. Para uma maior qualidade, tente um valor pequeno no campo minimum depth;
6. Para sombras menos irregulares, tente valores pequenos para o blend offset. Depois de algumas tentativas é possível conseguir valores ideais.

Dicas para os mapas de cor (color mapping)

Por último, temos de destacar um outro aspecto muito útil nas luzes disponíveis no Maya: a habilidade de inserir um mapa no canal de cor. Esta funcionalidade, simplesmente, realiza uma troca na secção ortográfica dos pixels do plano da luz com um mapa rectangular ou sólido da sua preferência. Fazer isso, possibilita a criação de inúmeros efeitos, como o de penumbra, que pode ser criado se aplicar um degradé circular, de branco a cinza, no canal de cor da luz. Outra possibilidade é a de adicionar um mapa fractal, com níveis suaves, ao canal de cor da luz, para criar uma irregularidade de iluminação e enriquecer a cena. O mais óbvio uso da técnica de color mapping é o de utilizar uma luz para projectar uma imagem. Muitas luzes podem ser substituídas por um mapa de cor, se utilizarmos um grid, um bulge ou uma rampa complexa, o que criará o efeito de uma luz que tenha atravessado uma grade ou um difusor.

Agradecimentos especiais a Eric Hanson que permitiu a tradução de seus tutoriais para a inclusão neste site. Eric Hanson é um produtor de efeitos visuais de Hollywood, em cujo curriculum estão filmes como Hollow Man, Mission to Mars, Day After Tomorrow e outros. Special thanks to Eric Hanson who allow the translation of his tutorials like this one, present on this site.

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