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1.14 Materiais 01.
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A par da iluminação, a correcta definição das características dos materiais é extremamente importante para que se obtenham imagens de qualidade fotográfica. Aliás, como veremos, os dois temas têm uma forte ligação entre si: a percepção que temos dos diversos materiais presentes no nosso dia a dia não é mais do que a percepção do modo como estes tratam a luz que os rodeia.
O número de parâmetros existentes no Blender para definir as características dos materiais é bastante elevado. Por agora, para além de vermos como associar um material a um objecto, falaremos apenas de alguns dos parâmetros básicos. Fa-lo-emos no enquadramento da apresentação de exemplos de definição das características de materiais de propriedades muito distintas uns dos outros, ou seja, que dão à luz um tratamento muito diferente. Num próximo módulo abordaremos a questão em todo o seu detalhe, analisando cada um dos parâmetros presentes nos painéis associados à caracterização de materiais. |
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Cor.
A luz é uma onda electromagnética com comprimentos de onda aproximadamente entre os 400 e os 800 nano metros (nm=10-9 m), figura 1.14.1. Ao incidir sobre uma superfície, parte da energia da onda
electromagnética é absorvida e parte é reflectida, sendo que diferentes comprimentos de onda são absorvidos em diferentes quantidades, resultando daí a nossa percepção da cor do material. Por exemplo, um material sobre o qual incide luz branca, ou seja, com todas as componentes de cor, é percepcionado como vermelho quando
reflecte uma significativamente maior
percentagem da componente vermelha da luz incidente relativamente às restantes componentes.
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Figura 1.14.1
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Cor difusa.
À escala do comprimento de onda da luz, muitos materiais tem uma superfície extremamente irregular, de onde resulta que a percentagem da luz incidente que é reflectida se dispersa, isto é, é re-radiada a partir da superfície com igual intensidade em toda as direcções, figura 1.14.2, dando ao material uma cor uniforme, sem brilho, figura 1.14.3, como por exemplo temos no caso de uma folha de papel, e de superfícies
plásticas, tintas e vernizes com acabamento mate. Dá-se a este fenómeno o nome de Reflexão Difusa (Diffuse Reflection). É à luz assim reflectida, que percepcionamos como cor, que associamos o conceito de cor do objecto. Em computação gráfica esta cor é designada por Cor Difusa (Diffuse Color), sendo calculada por algoritmos designados por Sombreadores Difusos (Difuse Shaders) |

Figura 1.14.2

Figura 1.14.3
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Cor especular.
Nos materiais de superfícies mais lisas (em termos de comprimento de onda da luz), como sejam metais, plásticos polidos e tintas e vernizes de acabamento brilhante, grande parte da energia proveniente de uma determina direcção é reflectida segundo uma direcção (ou pelos menos dentro de um ângulo sólido de pequena dimensão em torno dessa direcção) que faz o mesmo ângulo com a normal à superfície (ângulo de reflexão) que a direcção da luz incidente (ângulo de incidência), figura 1.14.4. Dá-se a este fenómeno o nome de Reflexão Especular (Specular Reflection). Resultam dai pequenos pontos brilhantes (highlights) sobre a superfície do material, que correspondem a imagens das fontes de luz presentes no ambiente, figura 1.14.5. A luz é reflectida sem interagir significativamente com o material, pelo que a sua cor corresponde, na maioria dos materiais, à cor da fonte luminosa embora para alguns materiais assim não seja. Em computação gráfica esta cor é designada por Cor Especular (Specular Color), sendo calculada por algoritmos designados por Sombreadores Especulares (Specular Shaders).
A cor difusa e a cor especular resultam do mesmo processo físico de reflexão da luz pela superfície do objecto, sendo a reflexão difusa dominante nos materiais em que a luz é dispersa em resultado da
rugosidade da superfície, à escala dos nm, e a reflexão especular dominante nos materiais de
superfícies lisas. A figura 1.14.5 resulta da sobreposição dos dois fenómenos, calculados separadamente por modelos de sombreamento difuso e especular. |

Figura 1.14.4

Figura 1.14.5
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Espelhamento e transparência.
Nos materiais de superfícies excepcionalmente lisas à escala do comprimento de onda da luz, como sejam espelhos, metais polidos (nomeadamente superfícies cromadas), etc., a luz incidente praticamente não se dispersa, sendo a reflexão especular totalmente dominante. Para estes materiais, praticamente toda a luz envolvente, ou seja, não só a proveniente das fontes de luz propriamente dita, mas como toda aquela re-radiada pelos objectos próximos, é reflectida pelo material segundo um ângulo de reflexão igual ao ângulo de incidência dando origem a uma imagem
de toda a cena envolvente sobre a superfície do objecto , figura 1.14.6. Este fenómeno de espelhamento é tratado em computação gráfica por algoritmos independentes dos sombreadores difusos e especulares, como, por exemplo, os RayTracers. Através destes mesmos algoritmos é
possível o tratamento da componente da luz incidente que penetra no material, dita componente refractada, e que é responsável pelo aspecto transparente e translúcido de alguns materiais, figura 1.14.7. |

Figura 1.14.6

Figura 1.14.7
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Associação de um material a um objecto.
Quando abre o Blender, o cubo presente em cena tem já associado um material com uma cor difusa correspondente a um tom de cinzento (RGB:[0.8 0.8 0.8]). Todos os novos objectos que inserir não ficam com qualquer material associado. No entanto, e por comodidade de manipulação, são representados no mesmo tom cinzento difuso, apenas com ligeiras variações conforme o Modo de Sombreamento seja Solid, Shaded ou Textured (apenas a esfera é representada com brilho para facilitar a percepção da sua tri-dimensionalidade), figura 1.14.8.
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Seleccione um objecto e em seguida seleccione [Shading] na barra da Janela de Botões, figura 1.14.9, ou pressione [F5]. |
Se o objecto não tiver nenhum material associado verá surgir na Janela de Botões o painel da figura 1.14.10. Pressione o botão [Add New]. O objecto passou a ter um material associado.
Surgirão na janela de botões diversos painéis, entre os quais o painel Material, figura 1.14.11. O objecto passou a ter associado um material de cor difusa (RGB:[0.8 0.8 0.8]), Col no painel. Se desejar pode modificar a cor difusa do objecto editando os valores RGB, [SHIFT> [LB ], movendo os sliders, [LB ], ou ainda, pressionando, [LB ], o rectângulo colorido à esquerda e fazendo a selecção de cor a partir do painel que surge, figura 1.14.12.
Em qualquer altura pode ter acesso aos Painéis de Materiais pressionando [F5] e seleccionando Material Buttons, figura 1.14.13 (ou pressionando sucessivamente [F5] até que Material Buttons fique seleccionado).
No painel Links and PipeLine, figura 1.14.14, surgiu um novo conjunto de botões. Editando o campo MA pode alterar o nome padrão e dar um nome específico ao material criado, de modo a facilitar a sua identificação, por exemplo, para que possa ser facilmente identificado quando se pretender fazer a sua associação a outros objectos.
• Abra o Blender, insira duas esfera, um toroide e um cubo, e faça um enquadramento semelhante à figura 1.14.15. (esfera1: xyz[-2 -2 1]; esfera2: xyz[-0.5 -1.5 0.5], DxDyDz[1 1 1]; cubo1: xyz[0 0 1], RxRyRz[0 0 70]; torus: xyz[0.75 -2 1], RxRyRz[60 0 35].camera: xyz[0 -10 7] RxRyRz[60 0 0]; cubo2: xyz[-1.5 -1 -0.1] DxDyDz[3.7 5 0.2];
• Elimine a fonte lamp e insira uma fonte Hemi e uma fonte Spot. Hemi: xyz[0 0 20], Dist[10]; Spot: xyz[-20, -10 10], RxRyRz[50 0 -50]. Dist[30].
• Em TopView insira um plano sob os objectos que ocupe todo o enquadramento da câmara. plano1: xyz[0 0 -0.1], DxDyDz[50 50 0].
• Seleccione a esfera1, atribua-lhe um novo material, e modifique a Cor Difusa para
Col[1.0 0.85 0.5].
• Seleccione a esfera2, atribua-lhe um novo material, e modifique a Cor Difusa para
Col[1.0 0.85 0.5].
• Seleccione o toroide, atribua-lhe um novo material e mantenha a cor padrão Col[0.8 0.8 0.8].
• Seleccione o cubo2, atribua-lhe um novo material e mantenha a cor padrão Col[0.8 0.8 0.8].
• Seleccione o plano, atribua-lhe um novo material, e modifique a Cor Difusa para
Col[0.75 0.4 0.1].
• Pressione [F12] para observar a imagem resultante, figura 1.14.15.
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Figura 1.14.8

Figura 1.14.9

Figura 1.14.10

Figura 1.14.11

Figura 1.14.12

Figura 1.14.13

Figura 1.14.14

Figura 1.14.15
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Difuse shaders.
A Cor Difusa pode ser calculada no Blender por diversos Algoritmos de Sombreamento Difuso (Difuse Shaders), Lambert, Toon, etc., que podem ser encontrados no painel Shaders, figura 1.14.16. Embora o número de parâmetros seja dependente do método, todos têm como parâmetros comuns a cor difusa, Col (como vimos especificada no painel Materials, figura 1.14.11), e a percentagem da energia incidente que é reflectida (coeficiente de reflexão), Ref, figura 1.14.16. Analisaremos cada um dos métodos, as suas diferenças e o significado dos seus parâmetros numa próxima abordagem do tema materiais.
Na imagem anteriormente obtida, figura 1.14.5, foram utilizados os valores padrão (Lambert, Ref[0.8]). Não há necessidade de caracterizar diferenciadamente os objectos presentes em cena relativamente à reflexão difusa pelo que vamos manter o coeficiente de reflexão padrão Ref[0.8]. |

Figura 1.14.16
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Specular shaders.
A Cor Especular pode ser calculada no Blender por diversos Algoritmos de Sombreamento Especular (Specular Shaders), Phong, Toon, etc., que, tal como os Difuse Shaders podem ser
encontrados no painel Shaders, figura 1.14.17. Embora o número de parâmetros seja dependente do método, todos têm como parâmetros comuns a cor especular, Spe, especificada no painel Materials, figura 1.14.11, e a intensidade ou luminosidade do ponto brilhante correspondente à imagem da fonte de luz, Spec, figura 1.14.7. O valor de Spec varia na gama [0 2.0], o que fisicamente não faz sentido, já que permite que a energia reflectida seja superior à incidente, mas permite obter efeito gráficos interessantes.
Vamos utilizar o sombreador padrão CookTorr. Na imagem anteriormente obtida, figura 1.14.5, foram utilizados os valores padrão (CookTorr, Spec[0.5], Hard[50]). O parâmetro Hard do sombreador CookTorr permite controlar a
dimensão da mancha luminosa. Varia na gama [1 511], sendo a zona brilhante de raio tão mais pequeno quanto mais elevado for o valor de Hard. Vamos agora caracterizar diferenciadamente os objectos presentes em cena relativamente à reflexão especular.
• Seleccione a esfera1 e faça: Spec[0.9]; Hard[25]. Ou seja, aumente o brilho e a dimensão do reflexo luminoso. Altere a cor especular para Spe[0.75 0.5 0.1].
• Seleccione a esfera2 e faça: Spec[1.5]; Hard[414].
• Seleccione o toroide e faça: Spec[1.1]; Hard[347].
• Seleccione o cubo1 e faça: Spec[2.0]; Hard[511].
Ou seja, aumente o brilho e diminua a dimensão do reflexo luminoso em cada um destes 3 objectos.
• Pressione [F12] para observar a imagem resultante, figura 1.14.18.
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Figura 1.14.17

Figura 1.14.18
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Raytraced reflections.
Vamos agora ver como obter efeitos de espelhamento e transparência. Existem
vários modos de obter estes efeitos no Blender. Vamos ver como o podemos fazer recorrendo ao algoritmo de RayTracing utilizando apenas os parâmetros básicos. Veremos mais tarde todos os detalhes dos parâmetros disponíveis, assim como os outros algoritmos existentes.
Active o painel Mirror Tansp, figura 1.14.19, pode ver à esquerda o conjunto de parâmetros associados ao espelhamento e à direita os parâmetros associados à transparência.
Para obter qualquer efeito de espelhamento active o botão Ray Mirror. O parâmetro RayMir controla o grau de reflectividade do material, variando no intervalo [0.0 1.0]: 0.0 para uma reflectividade nula e 1.0 para um espelho perfeito. Alguns materiais alteram a cor da imagem por eles reflectida, transmitindo-lhe características da sua própria cor. No painel Materials, figura 1.14.11, este efeito pode ser activado modificando o valor RGB da cor de espelhamento, definida pelo parâmetro Mir.
Para obter qualquer efeito de transparência active o botão Ray Transp. O parâmetro IOR (índice de
refracção), variando no intervalo [1.0 3.0], determina o ângulo que a luz refractada faz com a luz incidente, e daí o grau de distorção das imagens vistas através do material (os índices de
refracção dos materiais estão tabelados. Procure-os na net ou num livro de física). Para obter um material transparente é ainda necessário alterar o valor do parâmetro A (Alpha) no painel Material. O parâmetro A varia na gama [0.0 1.0]: 0.0 para um material completamente transparente e 1.0 para um material totalmente opaco.
• Seleccione a esfera1. No painel Mirror Transp active Ray Mirror e faça: RayMir[0.4]. No painel Material altere a cor de espelhamento para Mir[0.75 0.5 0.1].
• Seleccione o toroide. No painel Mirror Transp active Ray Transp e faça: IOR[1.38]. No painel Material faça Alpha[0.0].
• Seleccione o cubo1. No painel Mirror Transp active Ray Mirror e faça: RayMir[0.4]. No painel Material altere a cor de espelhamento para Mir[0.75 0.5 0.1].
Ou seja, aumente o brilho e diminua a dimensão do reflexo luminoso em cada um detes 3 objectos.
• Pressione [F12] para observar a imagem resultante, figura 1.14.20.
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Figura 1.14.19

Figura 1.14.20
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Explore os conceitos básicos sobre caracterização de materiais que aqui foram apresentados até se familiarizar com a
sua utilização. Procure caracterizar materiais específicos. Reproduza a cena descrita no texto e salve-a num ficheiro.
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