Olá a todos!

Neste tutorial iremos falar sobre o método de Renderização Baseada em Física (ou “paradigma”), em particular no Substance Painter.

O Substance Painter permite-nos definir Materiais que aderem ao modelo de Renderização Baseada em Física (PBR; por vezes irá encontrar também PBS, o que significa Sombreamento Baseado em Física, referente a superfícies de objetos, como é óbvio).

Um Material PBR é feito de algumas Texturas (imagens mapeadas em objetos 3D); aqui, iremos ver apenas o que são e, acima de tudo, como combinam umas com as outras para definir um Material PBR no Substance. É necessário perceber estas coisas para sermos capazes de criar e personalizar os nossos Materiais com confiança, sem adivinhar.

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Para evitar que este tutorial seja muito teórico, irei falar sobre os elementos fundamentais do PBR e como eles se traduzem em Substance, usando um modelo 3D texturizado com Materiais já fornecidos neste programa; contudo, não precisa de ter este modelo para aprender a partir deste tutorial.

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O paradigma da Renderização Baseada em Física, como o nome sugere, é baseado na abordagem física: o que acontece no mundo real.

Pode especificar os Materiais com dois métodos de trabalho: Metallic e Specular.

No primeiro caso (Metallic), devemos distinguir as superfícies entre o metálico e o não metálico e, a partir dessa distinção, todos os outros canais têm comportamentos diferentes.

Pelo contrário, no segundo caso (Specular), definimos a intensidade e a matiz da cor de reflexos especulares para determinar como a luz que interage com a superfície do objeto se irá comportar.

Em particular, no fluxo de trabalho em PBR Metallic (o que foi usado neste exemplo), o aspeto de uma superfície é dado por algumas características, as mais importantes das quais são:

  • A sua natureza: metálica ou não metálica (ou “dielectric”);

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  • A sua “Base Color”, que num objeto metálico indica a intensidade de reflexos de luz, enquanto que em objetos não metálicos indica a cor de base de uma superfície, sem efeitos de iluminação;

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  • O nível de shininess / smoothness (“Glossiness”; o oposto de “Roughness”) da superfície, nos seus pontos variados.

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A estas características, observadas no mundo real, adicionam-se algumas que são convenientes no mundo virtual; por exemplo, através de imagens especiais de Texturas, como “Normal Maps” ou “Height Maps”, é possível simular a presença de detalhes sem os modelar nas geometrias (para manter o baixo número de vértices, bordas e faces – e, por isso, para usar menos recursos informáticos na fase de renderização, em particular em videojogos e outras aplicações de tempo real).

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O barril de madeira que estou a usar neste vídeo permite-nos examinar, num único objeto, como esta informação básica se traduz em Texturas e as combina num Material no Substance.

Para ver a previsualização do Material completo aplicado no objeto na janela 3D, pressiono a tecla M (Material, de fato), ou escolho Material no menu suspenso na parte superior direita na janela 3D.

Como podem ver, temos ambos os elementos metálicos (ferro) e não metálicos (madeira), o que nos irá permitir apreciar as diferenças com que estes dois tipos de materiais são tratados, na definição da sua cor de base e as cores dos reflexos especulares, no paradigma PBR.

Para ver os canais da informação individual (que são traduzidos em tantas imagens de Textura aplicadas na superfície do objeto), podemos pressionar a tecla C várias vezes ou escolher o canal que nos interessa no menu suspenso no canto superior direito na visualização 3D.

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Vamos começar com o canal Metallic, que define quais partes do Material são para ser tratadas como metal e quais não são, em particular usando uma imagem em escala de cinzas, onde o branco é usado para um metal puro e o preto para um não metal puro; no caso do barril, nós também temos cinzas porque o material usado para as partes de metal, “iron old”, deve representar – como o nome sugere – o velho, ferro usado, talvez com pó ou ferrugem que diminui a “metallicity” da superfície.

Por outro lado, as partes de madeira aparecem absolutamente pretas, ou melhor, não metálicas, como deve ser.

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Vamos prosseguir para o segundo canal fundamental do PBR: a Base Color.

Como pode ver, este canal de informação apresenta a cor básica do objeto através de uma Textura de Cor, sem efeitos de iluminação ou sombreado: estas são as Texturas “flat”.

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As cores das partes metálicas e das partes de madeira têm intensidades semelhantes: é verdade que a cor é diferente, mas não parecem tão radicalmente diferentes, mesmo pertencendo a substâncias completamente diferentes …

A razão é que a distinção, durante o processo de sombreamento e renderização, é feita pelo Substance usando o canal Metallic (e a sua Textura), que dita que os reflexos da luz devem ser tratados de forma diferente dependendo se são relacionados a uma superfície metálica ou não metálica: de fato, os cinzas da Base Color das partes metálicas definem a intensidade dos reflexos da luz (e a matiz da cor) que devem ser dados a esses reflexos.

O material Iron Old é um material “dirty”, por isso o efeito não é muito apreciado, mas vejam como as coisas mudam, nos vários canais e no resultado final, se insiro um Material “Aluminium Pure” entre o material de madeira e o metálico e se desativo o material Iron Old abaixo:

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  • No resultado final, as partes metálicas aparecem MUITO mais reflexivas que antes;

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  • No canal Metallic, as partes metálicas estão em branco puro: é um metal muito puro;

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  • No canal da Base Color, as partes metálicas são quase brancas: um sinal de que naqueles pontos de intensidade de reflexos especulares estará no máximo e que não existirá matiz de cor.

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Agora, vejam o que acontece ao trazer a zero o valor de Metallic em Aluminium Pure: as “bands” tornam-se brancas, não refletem como antes, parecem objetos de plástico brancos.

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Agora definimos Metallic como 1, mas baixamos o valor da Base Color: as bands mantêm a típica “reflectivity” do metal, mas tornam-se gradualmente mais escuras.

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A questão é: no Fluxo de Trabalho Metallic, como este, a Base Color de um objeto não é suficiente por si só para definir como e quanto uma superfície será reflexiva, porque deve especificar se é um Metal ou não; numa superfície metálica, a intensidade da Base Color é também a intensidade dos reflexos de luz especulares, enquanto se numa não metálica a Base Color define apenas a própria cor da superfície, como acontece nas partes de madeira do barril.

Mantenho o material Aluminium Pure ativado e o Iron Old desativado para vos mostrar os efeitos do terceiro canal fundamental de um Material: Roughness.

A Roughness (que é o oposto de Glossiness) é representada, como no mapa Metallic, com uma imagem em escala de cinzas, onde o branco é o máximo de roughness, enquanto que o preto representa uma superfície completamente brilhante e perfeitamente reflexiva; de fato, um espelho perfeito é implementado no PBR com um material metálico com cor branco puro e Roughness 0, como é visível no vídeo neste momento.

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Aumentando o valor da Roughness, iremos tornar a superfície menos suave e, portanto, isso tornará os seus reflexos mais “diffuse” (desfocados). Isto aplica-se a ambos os metais e não metais.

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Agora vou remover o Material Aluminium Pure e vou ativar o Iron Old para retroceder à configuração original do projeto e ver alguma informação “extra” que, em Computação Gráfica, nos permite adicionar detalhes às superfícies durante o processo de renderização; isto é, sem ter que os modelar fisicamente nas geometrias.

Seleciono “Normal + Height + Mesh” do seletor no canto superior direito na janela 3D.

Esta visualização mostra a combinação de canais de múltipla informação que modificam os detalhes simulados na superfície de um objeto; sem esses detalhes, as superfícies do objeto iriam aparecer planas, nada credíveis, especialmente nas partes de madeira.

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Em particular, no exemplo que estou a mostrar no ecrã, os detalhes da superfície são principalmente implementados, nas partes de madeira, na Camada “Fibers”; para observar as diferenças da aparência na superfície com ou sem essa informação, é suficiente para desativar esses efeitos na aba Camadas, observando as diferenças em ambos os modos “Normal + Height + Mesh” e “Material”, na Visualização 3D.

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As diferenças tornam-se mais evidentes se o objeto está iluminado com iluminação “oblique”, em vez de frontal.

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Estes efeitos existem também nas partes metálicas, nas camadas “Iron” e “Edges” do Material “Iron Old”.

Bem, para este tutorial introdutório sobre os básicos do PBR no Substance Painter, paramos aqui; espero que o considerem interessante e útil.

Até breve!