Modelos de Iluminação computacionais 3D

O desenho de projetos de iluminação foi praticado por séculos e muito antes do advento da computação gráfica, em campos como o teatro, a fotografia, a cinematografia e a pintura. Os artistas da computação gráfica 3D têm muito a ganhar com o aprendizado da iluminação nestas artes tradicionais.
No mundo real, várias fontes de luz afetam a aparência dos objetos em um ambiente. Os modelos de iluminação tentam reproduzir estes efeitos. Um modelo de iluminação é uma representação matemática que aproxima os efeitos de interação entre os objetos sólidos e as fontes de luz. Para cada ponto da superfície do sólido, a fórmula computacional calcula o valor da cor usando as fontes de luz no modelo, a orientação e posição do objeto e o tipo de superfície.

Iluminação Global

Iluminação global(Global Illumination) é qualquer algoritimo de renderização que simula a inter-reflexão da luz entre as superficies presentes na cena. Quando renderizamos com algoritimos de iluminação global, não precisamos incluir outras fontes de luz para simular a iluminação indireta, pois o algoritimo já calcula a luz indireta, baseado na iluminação direta que chega a cada objeto. A técnica de iluminação global torna a luz no 3D muito mais similar a luz convencional utilizada na cinematografia.
Um fenomeno de luz conhecido com vazamento de cor (color bleeding)é encontrado em muitas cenas renderizadas com iluminação global. No nosso mundo real, o fenomeno de vazamento de cor sempre está acontecendo em nossos ambientes. Uma situação em que se vê mais facilmente este fenomeno é por exemplo em ambientes em que se encontram superficies de cor muito mais brilhantes que os objetos do seu entorno, tais como objetos brancos ou cinzas. Na imagem abaixo, percebe-se o vazamento da cor vermelha sobre o piso branco.

Direito autoral da imagem: www.homedosh.com/pt

Algumas vezes as renderizações em GI geram uma quantidade ireal de vazamento de cor, tal como aconteceu na imagem abaixo. O problema pode ser esolvido alterando os parametros da GI.




No caso do renderizador interno do Blender 3D, do qual faço uso nos meus trabalhos, a GI não está presente. Para se alcançar um resultado similar, podemos fazer uso de uma técnica que aproxima o resultado de um algoritmo com GI. Essa técnica é conhecida com Sky Dome e resulta de numa distribuição luminosa que consegue aproximar o efeito da luz solar na atmosfera. Para realizar o setup da iluminação, inclui-se uma mesh do tipo icosphere que servirá de base para realizar duplivert de um ponto de luz do tipo spot.

Para configurar a iluminação da sua cena, siga os seguines passos:

1- Incluir o mesh icosphere e escale-o para envolver a cena
2- Incluir uma luz do tipo spot.
3- Selecione a luz spot e a icosphere e parentei-os (CTRL +P)
4- No painel Object(F7) slecione as opções DUPLIVERTS e ROT
5- Certifique-se de que o os spots lights estão apontando para dentro dod domo, iluminando a cea.
6 - Caso estejam apontando para fora, no painel editing (F9), selecione FLIP NORMALS.
7 - Selecione o spot principal e configure da seguinte forma.
No painel Shadow and Spot :

•Habilite Buf.Shadows
•SpotSi= 70.0
•SpotBl= 0.4;
•ClipSta and ClipEnd values = 5 eand 30 respectivamente.
•Samples= 6.0
•Soft = 12
No painel lamp:

•Energy = 0.02

Esses valores podem ser ajustado, dependendo do número de vertices escolhidos para a icosphere.

Segue abaixo render obtido com esse setup descrito acima.



Radiosidade

O algoritmo de Ray Tracing é uma técnica sofisticada para o calculo da iluminação em ambientes reflexivos. A radiosidade, por outro lado, é uma técnica sofisticada para o calculo da iluminação em ambientes difusos. Muito mais do que apenas calcular raios de luz, o algoritmo de radiosidade executa cálculos computacionais do efeito da energia luminosa no ambiente. Esta energia chega das fontes de luz e das superfícies que são afetadas por estas fontes.

Para a realização destes cálculos, todas as superfícies no ambiente são divididas em minúsculas partes e cada uma delas interage com todas as outras. Cada superfície é tratada como emissor ou refletor. Este método de calculo inclui dois passos. O primeiro passo calcula as interações da energia luminosa entre todas as minúsculas partes e determina a percentagem de influencia que cada parte tem sobre a outra. O segundo passo calcula as cores da superfície que resulta das interações luminosas calculadas no primeiro passo.
Assim, a radiosidade pode ser calculada progressivamente, pois a luz salta várias vezes, redefinindo com maior precisão a simulação de uma iluminação real.
A radiosidade foi um dos primeiros métodos de iluminação Global a se tornar disponível nas primeiras ferramentas de render comerciais.