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1 Tutorials 3ds Max básico - Ray Trace Shadows e Shadow Map em Dom Jan 23, 2011 8:52 am

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Autor: André Luiz Buttignoli Vieira - e-mail/Site: [Você precisa estar registrado e conectado para ver este link.]

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Neste tutorial vamos continuar os estudos de luzes e iluminação iniciados no tutorial Light Parameters, aqui no site [Você precisa estar registrado e conectado para ver este link.]
onde eu expliquei em detalhes todos os parâmetros das luzes, menos as
opções de sombras, agora, veremos a geração de sombras do tipo Ray
Trace Shadows e Shadow Map, muito importantes para a iluminação de uma
cena.



Estou continuando o tutorial anterior, Light Parameters, aqui no site [Você precisa estar registrado e conectado para ver este link.]
portanto, vou usar os mesmos objetos, um Plane e uma esfera com
material cinza padrão e uma luz Spot apontada para a esfera, como pode
ver na última imagem ao lado.

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Após o Max 5

Até o Max 4



A partir do Max 4, eu uso a interface Discreet Dark, isto modifica
as cores dos ícones e da interface, mas as janelas são as mesmas. Se
quiser colocar a mesma interface, você deve clicar no menu Customize
> Load Custom UI Scheme e escolher o arquivo discreet-dark.cui, até
o Max 7, a partir do Max 8 o arquivo se chama AME-dark.cui. Leia os
tutoriais sobre interface aqui na seção tutoriais do site [Você precisa estar registrado e conectado para ver este link.] para saber mais sobre a interface do 3ds max.



Inicialmente a luz não gera sombras. A partir do Max 5.0 é necessário
habilitar a opção ON, no grupo Shadows do menu General Parameters, como
mostra a primeira imagem ao lado. Veja que, a partir desta versão tem
duas opções ON neste menu, a do grupo Light Type liga e desliga a luz.
No Max 4.0 e 4.2 o General Parameters era diferente, tem que marcar a
opção Cast Shadows para habilitar a geração de sombras. Até o Max 3.1
não havia a opção de ligar as sombras no início do painel, apenas
dentro do menu Shadow Parameters.

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Lista após o Max 6

Lista no Max 5

Menu após o Max 5

Menu no Max 3 e 4



















Menu até o Max 2.5

A
partir do Max 5.0, a lista de tipos de sombras foi colocada logo no
inicio do painel, no menu General Parameters dentro do grupo Shadows,
como mostra a primeira imagem ao lado, onde está também o ON, para
habilitar a geração de sombras dessa luz, que foi excluido do menu
Shadow Parameters, ficando como a única opção de ligar as sombras. As
demais opções para configurar as sombras continuam no menu Shadow
Parameters, como mostra a terceira imagem ao lado.



No Max 4 e 4.2 há duas opções para habilitar a geração de sombras,
dentro do Shadow Parameteres e no General Parameters, como mostra a
quarta imagem ao lado.



Foi no Max 3.0 que surgiu a lista de Sombras dentro do Shadow
Parameters, contendo inicialmente a Shadow Map e a Ray Traced Shadows,
ainda foram adicionadas outras novidades, como o Color e o Density,
explicados no tutorial "Light Parameters", aqui na seção Tutoriais do
site [Você precisa estar registrado e conectado para ver este link.] .



A lista de sombras define o tipo de sombra que essa luz vai gerar.
Quando liga a sombra de uma luz, fica escolhido por padrão a Shadow
Map, até o Max 4.2 havia apenas dois tipos, a Shadow Map e a Ray Traced
Shadows, que vamos estudar neste tutorial básico sobre luz, num próximo
tutorial, mais avançado, irei explicar as sombras Area Shadow e
Advanced Ray Trace Shadows, presentes a partir do 3ds Max 5. É
importante aprender a trabalhar primeiro com essas sombras normais,
porque são muito usadas e úteis, ficando mais fácil aprender as novas
depois. As sombras Ray Trace e principalmente Shadow Map são bem mais
rápidas do que as sombras Adv. Ray Trace e principalmente Area Shadow,
esta última é a mais pesada de todas. Nesta lista ainda pode aparecer
novos tipos de sombras adicionadas por plugins.



A partir do Max 6, o Mental Ray Render foi incorporado ao programa,
sendo assim, aparece mais um tipo de sombra, exclusiva para usar com
ele, é a Mental Ray Shadow Map, mostrada na primeira imagem ao lado. No
Mental Ray só deve usar Ray Trace Shadow ou Mental Ray Shadow Map.



Até o Max 2.5, o menu Shadow Parameters é bem mais simples, como
pode ver na última imagem ao lado, o Cast Shadow liga as sombras e pode
escolher entre Shadow Map e Ray Trace Shadows.

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Com
o parâmetro Color é possível definir a cor da sombra gerada para todos
os objetos iluminados por essa luz, como mostra a primeira imagem ao
lado.



O Light Affect Shadows Color permite que a cor da luz influencie a
cor definida no Color do Shadow Parameters, por exemplo, se colocar uma
luz amarela, ela não vai afetar a cor definida para a sombra, a não ser
que este parâmetro esteja ligado.



O parâmetro Map permite usar um mapa de textura para modificar a
sombra, pode aplicar uma imagem ou um mapa procedural para controlar o
aspécto dela. Faça um teste simples, clique no botão None na frente da
opção Map, e na janela que se abre, escolha o mapa Dent. Veja na
segunda imagem ao lado o resultado do meu exemplo. Esse recurso pode
ser muito útil para simular uma sombra mais complexa do que o objeto
tem de verdade. O ideal é criar uma imagem específica para isso ou usar
um mapa procedural, neste caso, deve colocar o mapa primeiro no
Material Editor, depois cria uma Instânica dele no Map Shadow,
arrastando para cima do botão None, assim, você pode modificar e até
animar o mapa que controla a sombra da luz. Se você não conhece bem o
Material Editor e os mapas procedurais, leia os tutoriais Material
Editor Basic Parameters, Material/Map Browser 1 e Material/Map Browser
2, aqui no site [Você precisa estar registrado e conectado para ver este link.] Ainda tem o artigo "Shaders, criando materiais reais" na seção Artigos, aqui no site [Você precisa estar registrado e conectado para ver este link.]

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O
parâmetro Dens, abreviação de Density, permite definir a densidade da
sombra, deixando a sombra mais clara ou mais escura. Na primeira imagem
ao lado o Density está com valor 1, na segunda imagem ao lado o Density
está com valor 0.5. Normalmente não mudamos o valor de Density, porque
a Self Shadow, ou seja, a sombra no próprio objeto continua escura,
apenas a sombra projetada por ele (Cast Shadow) fica mais clara, como
pode ver na segunda imagem ao lado.



No render padrão do 3ds max a luz não tem radiosidade ou GI (Global
Illumination), ela bate no objeto e "morre", não reflete ajudando a
iluminar a cena, por isso é comum usar luzes Omni, com ou sem projeção
de sombras, para ajudar a iluminar a cena e atenuar a sombra criada
pelas luzes principais. Mesmo quando tem GI na cena, é comum usar
outras luzes para ajudar na simulação e ganhar tempo de render. Faça um
teste, crie uma luz Omni um pouco mais baixa que a Spot da sua cena, e
por volta de 45 graus da mesma, diminua o seu Multipler para 0.5 e
renderize, ajuste a posição para encontrar o lugar mais adequado e veja
que, a sombra é atenuada levemente, só que de forma mais homogênia,
atenuando também a sobra do próprio objeto, como mostra o exemplo da
terceira imagem ao lado. Colocando mais luzes, ajustando o Multipler e
principalmente a posição, você consegue uma atenuação melhor e por toda
a volta, simulando iluminação global, como mostra a última imagem ao
lado.

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Você
percebe que o piso ficou claro demais e a esfera nem tanto, porque
todas as luzes colocadas ao redor incidem diretamente sobre o piso,
como mostra a primeira imagem ao lado. Veja que coloquei uma Omni
também abaixo do piso, com Multipler bem fraco, para clarear um pouco a
parte inferior da esfera, simulando a reflexão da luz pelo piso. Quando
uma luz não está com a geração de sombra habilitada, ela é infinita,
ela atravessa os objetos que estiverem na frente e ilumina tudo que
encontrar, a não ser que use os parâmetros de Attenuation ou Decay, que
expliquei no tutorial anterior, Light Parameters, aqui na seção
Tutoriais do site [Você precisa estar registrado e conectado para ver este link.]



Os parâmetros de Attenuation podem ser muito úteis, principalmente
nesse ajuste da iluminação, eles definem o espaço onde as luzes de
atenuação atuam, leia o tutorial Light Parameters, aqui no site [Você precisa estar registrado e conectado para ver este link.]
se ainda não leu. Muito útil também é o recurso de Exclude, explicado
no mesmo tutorial Light Parameters, ele permite excluir objetos da
iluminação de uma luz. Excluindo o piso da iluminação de algumas Omnis
ou incluindo apenas a esfera na iluminação de algumas delas, você pode
resolver o problema da claridade elevada no piso, como mostra a segunda
imagem ao lado, assim, a cor da sombra projetada no piso fica mais
próxima da cor da sombra na parte inferior da esfera. Estes recursos
são muito importantes na criação de cenas com o render padrão, para
simular GI e oferecer um aspecto mais realista na imagem, essa
simulação é conhecida por Fakeosity.

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Iluminação
é toda uma área de 3D, é uma área complexa e tem muita coisa para
aprender, geralmente é uma das últimas coisas que um usuário aprende a
fazer bem, depende de muita prática e experiência. Veja um exemplo, no
nosso pequeno teste, deu certo colocar essas Omnis de atenuação e
apenas excluir o piso da iluminação de algumas. Mas veja, na primeira
imagem ao lado, como fica se a esfera for mais polida, os pontos
especulares das luzes de atenuação aparecem na esfera e delatam as
diversas luzes existentes. Isso pode ser resolvido desabilitando o
parâmetro Specular, no menu Advanced Effects a partir do Max 5.0, e no
menu General Parameters até o Max 4.2. No exemplo mostrado na segunda
imagem ao lado, o Specular foi desabilitado e os reflexos das luzes não
aparecem mais, apenas o reflexo da luz Spot principal. Estas são apenas
algumas pequenas dicas, somente a prática vai revelar todos os macetes
para iluminar bem em qualquer situação.

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O quadro Atmosphere Shadows surgiu a partir do Max 3.0, ele permite
que as luzes gerem sombras de efeitos de ambiente (Environment), o que
não era possível até a versão 2.5. Se não conhece os efeitos de
Environment, você pode ler o tutorial "Fire Effect", aqui na seção
Tutoriais do site [Você precisa estar registrado e conectado para ver este link.] tem também o tutorial Volume Light, que mostra outro tipo de efeito de Environment.



Para testar este parâmetro, eu criei um Spherical Gizmo do Atmosphere
Aparattus e apliquei um Fire Effect. Mesmo estando com a luz apontada
para ele e com a geração de sombras habilitada, não é criada nenhuma
sombra, tanto com Shadow Map como com Ray Traced Shadows.



A sombra só é gerada depois que habilitar a opção ON do Atmosphere
Shadows, como mostra a primeira imagem ao lado. O parâmetro Opacity
funciona igual ao Density, diminuindo o seu valor, a sombra fica mais
clara, com 0 ela não aparece. O parâmetro Color Amount define o quanto
que a cor do efeito de Environment vai influenciar na cor da sombra.
Com o valor 100, a cor do efeito é considerada na geração da sombra,
como pode ver na segunda imagem ao lado, com o valor 0, a cor do efeito
de Environment não é considerado na geração da sombra, ficando com a
cor definida no Shadow Color, como mostra a última imagem ao lado.

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Por
enquanto, apenas ligamos e trabalhamos com a sombra Shadow Map, usando
seus parâmetros padrões para fazer estes testes, agora, vamos conhecer
os dois tipos principais de sombra e suas configurações. Para estudar
melhor o assunto, vou colocar na cena duas esferas, uma com material
cinza opaco e outra com material transparente, e apenas uma luz Spot
com a sombra Shadow Map. Essa sombra é criada usando uma imagem, é uma
sombra menos precisa, mas permite ajustar a suavidade para obter uma
borda borrada. Este tipo de sombra é bem rápida de renderizar e muito
útil, geralmente é usada em luzes de atenuação e luzes secundárias, mas
a Shadow Map tem uma limitação, não reconhece objetos transparantes.
Isso é muito importante, ela é uma sombra sólida e não respeita o grau
de transparência do material aplicado ao objeto, veja o exemplo na
primeira imagem ao lado, a esfera transparente tem a sombra sólida como
se não fosse transparente.



Mude para Ray Traced Shadows na lista de sombras, mostrada logo no
início deste tutorial. Essa sombra é criada por traçamento de raios,
gerando uma sombra bem definida e precisa, essa sombra reconhece
perfeitamente o grau de transparência dos objetos, como pode ver na
segunda imagem ao lado, mas a sombra Ray Traced Shadows é bem mais
lenta para renderizar do que a Shadow Map, devido aos cálculos do
traçamento de raios. Isso pode ser percebido facilmente dependendo do
número de luzes com Ray Trace e dos materiais que estiverem aplicados
na cena, a sombra Ray Trace Shadows não permite suavização das bordas,
ela é sempre uma sombra "seca", chamada de Hard Shadow.

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Shadow Map

Após o Max 5

Menu do Max 3 e 4

Ray Trace Shadows

Após o Max 5

Menu no Max 3 e 4











Menu até o Max 2.5





A partir do Max 3, aparece um novo menu no painel da luz de acordo
com a sombra que você escolher, estando com Shadow Map, aparece o menu
Shadow Map Parameters, estando com Ray Trace Shadows, aparece o menu
Ray Traced Shadow Params. Não houve muita mudança desde então, apenas
foi adicionado o parâmetro 2-Sided Shadows no Max 5, como pode ver na
primeira e na terceira imagem ao lado. Escolhendo outro tipo de sombra,
mesmo as adicionadas por plugins, aparece o seu respectivo menu com os
parâmetros de configuração.



O menu Shadow Map Parameters tem as opções Bias, Size, Sample
Range, Absolute Map Bias, e a partir do Max 5, também tem o parâmetro
2-Sided Shadows.



O menu Ray Traced Shadow Parameters tem as opções Ray Bias, Max
Quadtree Depth, e a partir do Max 5, tem também o parâmetro 2-Sided
Shadows.



O parâmetro Max Quadtree Depth foi colocado no menu Ray Traced
Shadow Params no Max 3, ele define a qualidade do traçamento de raios,
7 é um ótimo valor. Se diminuir, pode ganhar algum tempo de render, mas
corre o risco de ter defeitos nas sombras, principalmente as mais
detalhadas. Se aumentar, não melhora praticamente nada, mas aumenta o
tempo de render.



Até o Max 2.5, os parâmetros de ajuste das sombras estavam todos
juntos no menu Shadow Parameters, como mostra a última imagem ao lado.
O parâmetro Max Quadtree Depth é encontrado na janela de Render até o
Max 2.5.

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O
Bias é um parâmetro comum aos dois tipos de sombra, ele define a partir
de que ponto a sombra começa a ser traçada. Por exemplo, no Bias da
sombra Ray Trace Shadows, o valor padrão é 0.2, ou seja, a sombra Ray
Traced começa a ser traçada a partir de 0.2 unidades do objeto. Na
sombra Shadow Map, o valor padrão é 1, então, o mapa começa a ser
calculado a partir de uma unidade do objeto. Isto não parece bom, mas
é. Ele suprime defeitos que poderiam ocorrer na geração da sombra, se
colocar 0, pode criar artifícios indesejados. Mas em objetos muito
pequenos ou muito detalhados, é necessário diminuir este valor, quando
importar modelos do AutoCAD em escala real, você deve diminuir bastante
este valor, já que o modelo fica muito pequeno em relação a escala
padrão do 3ds max. Na imagem ao lado você pode ver um exemplo, coloquei
30 no Bias e a sombra do Teapot foi traçada com defeito, perdendo
partes do objeto.

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O
2-Sided Shadows foi adicionado ao programa na versão 5, ele também é
comum aos dois tipos de sombra. Seu funcionamento é igual a opção
2-Side do Material Editor, mas aqui ele serve apenas para a sombra,
fazendo a luz identificar o lado oposto das faces, para gerar a sombra
corretamente, mesmo que o material não esteja com a opção 2-Side
habilitada, como mostra a última imagem ao lado. A sombra não
identifica o lado oposto da Face 3D se não estiver com a opção 2-Side
habilitada no Material ou na luz, como mostra a primeira imagem ao
lado.


Mas normalmente você vai querer que os lados opostos das faces sejam
renderizado também. O 2-Sided na luz não faz isso, só corrige a sombra,
não renderiza o lado oposto das faces. Para isso, é necessário
habilitar a opção 2-Side no material. Com essa opção habilitada no
material, a sombra é renderizada corretamente, mesmo que o 2-Sided da
luz não esteja habilitado. Se ainda não conheça o parâmetro 2-Side dos
materiais, leia o tutorial Material Editor Basic Parameters aqui na
seção Tutoriais do site [Você precisa estar registrado e conectado para ver este link.]

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Certifique-se
que está com a sombra Shadow Map selecionada e abra o menu Shadow Map
Params, o campo Size define o tamanho, em pixeis, da imagem que vai
gerar a sombra. Usando valores baixos, a sombra fica borrada e tem
menos precisão, usando valores maiores, a sombra fica mais definida e
mais precisa. Este valor pode variar muito de acordo com a área
iluminada e o nível de detalhe na mesma.


Em Sample Range você define quantos mapas de sombra serão usados, se a
sombra está muito "pixada", por ter usado um valor baixo no Size, você
pode corrigir aumentando o valor de Sample Range, assim, a borda da
sombra fica borrada.



Quando desejar mais definição na sombra Shadow Map, você deve
aumentar bem o valor de Size e manter o Valor de Sample Range em torno
de 4, como mostra a primeira imagem ao lado. Se deseja gerar sombra com
as bordas suaves (Soft Shadow), você deve diminuir bastante o valor de
Size e aumentar um pouco o valor de Sample Range, como mostra a segunda
imagem ao lado. Esta técnica cria uma boa Soft Shadow em diversas
situações e seu tempo de render é bem baixo. Todas as outras formas de
criar Soft Shadow são muito mais demoradas, apesar de serem mais
precisas e realistas.
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Usando
certos artifícios, é possível criar Soft Shadows com sombra Ray Traced.
Por exemplo, colocando diversas luzes com Ray Traced apontada para o
objeto, todas com o Multipler bem baixo, para não estourar a
iluminação, você consegue sombra suave.



Na realidade, as sombras suaves são criadas porque uma área de luz
ilumina o objeto, e não apenas um ponto. Como os raios de luz chegam de
diversas posições, a sombra é gerada com as bordas suaves, ficando mais
borrada conforme aumentar a distância entre o objeto que gera a sombra
e o objeto que recebe. Veja um exemplo ao lado, configurei uma Spot com
Multipler 0.02 e sombra Ray Traced Shadows, depois, criei um espiral
com a Helix. Leia o tutorial Shapes aqui no site [Você precisa estar registrado e conectado para ver este link.]
se não conhece a Helix. Usando a ferramenta Spacing Tool, que está no
menu Tools do 3ds max, eu distribui instâncias dessa Spot por toda a
linha do espiral, somando 50 luzes. Na segunda imagem ao lado você pode
ver o resultado do render, onde foi gerado Soft Shadow. Em objetos
detalhados, você perceberá que essa técnica oferece mais qualidade do
que a Shadow Map, mas o tempo de render é bem superior. Usando a mesma
técnica, você pode criar Omnis em torno de um círculo sobre o objeto
para simular iluminação global, como a do céu. A partir do Max 5,
existem dois novos tipos de sombra para criar Soft Shadow, elas são
geradas por traçamento de raios também, oferecendo grande precisão e
realismo, mas são bem mais demoradas para renderizar, principalmente a
Area Shadow.

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Por fim, quero dar mais algumas dicas sobre este assunto minucioso que é a iluminação de uma cena 3D.



Objetos transparentes geram a sombra de acordo com a cor definida
no parâmetro Filter do material. A partir do Max 3.0, a cor de Filter
está dentro do menu Extend Parameters, até o Max 2.5, a cor de Filter
está junto com as cores Ambient, Diffuse e Specular no menu Basic
Parameters. Se não conhece este recurso, leia o tutorial Material
Editor Basic Parameters, aqui no site [Você precisa estar registrado e conectado para ver este link.]
Se tem um material azul transparente, a sombra será gerada na cor
cinza, se não modificar o cor de Filter para azul. A cor de Filter
também ajuda muito na aparência realista de um material colorido e
transparente. Veja o exemplo na segunda imagem ao lado, as duas esferas
transparentes tem o mesmo material vermelho aplicado, a diferença é
que, na esfera que projeta sombra vermelha foi definido um tom de
vermelho na cor de Filter.



Até o Max 2.5, não é adequado usar apenas luzes com Shadow Map na
cena, pois pode surgir um gradiente no sombreado quando a luz estiver
quase paralela ao objeto, é muito comum acontecer isso nas paredes, os
passos do degradê ficam bem visíveis, use pelo menos uma luz com sombra
Ray Trace junto das luzes com Shadow Map. Nas versões mais recentes,
não acontece este problema, mesmo assim, as sombras Shadow Map são mais
indicadas em luzes secundárias.


André Luiz Buttignoli Vieira]

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