Iluminação e sombra em CAD

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PROJETO AUXILIADO 
POR COMPUTADOR 
Jaqueline Ramos Grabasck
Luz e sombra
Objetivos de aprendizagem
Ao final deste texto, você deve apresentar os seguintes aprendizados:
  Listar as configurações de iluminação de cena e tipos de luzes no 
programa de CAD.
  Identificar a configuração de sombras nos objetos 3D.
  Montar cenas com as opções de iluminação, tipos de luzes e sombras 
em modelos 3D.
Introdução
Neste capítulo, você vai aprender a importância da iluminação adequada 
em um ambiente, os tipos de luzes e as suas formas de configuração, 
assim como a utilização de sombras para gerar profundidade e realismo 
às imagens geradas por meio de sistemas CAD. Mediante a configura-
ção adequada, ambientes fotorrealísticos podem ser classificados como 
eficientes energeticamente, além de garantir a perfeita compreensão 
daquilo que o profissional tem em mente.
Modelos tridimensionais permitem que dúvidas sejam sanadas e 
facilitam correções nas etapas de projeto, evitando desgastes e desperdí-
cios durante a obra. Já o uso da iluminação adequada configura a forma 
volumétrica de maneira correta, mostrando detalhes que muitas vezes 
só seriam observados após o modelo ser executado.
Iluminação de cena e tipos de luzes no CAD
A iluminação natural e a artifi cial estão diretamente ligadas, sendo possível 
projetar a iluminação artifi cial sem levar em consideração a natural; porém, 
para projetar a natural é essencial pensar na artifi cial. O projetista sempre 
deve considerar o espaço sendo projetado, determinar a quantidade de luz 
necessária, escolher os sistemas mais adequados e trabalhar com elementos 
de proteção solar, utilizando critérios para economia de energia. Desta forma, 
é possível obter um projeto de qualidade e com baixo consumo de energia 
(TAVARES, 2007).
Projetos de iluminação que passaram por simulação computacional apre-
sentam estudos de viabilidade quantitativos e qualitativos da luz disponível 
no ambiente projetado. Assim, por meio de representações fotorrealísticas, 
é possível visualizar o ambiente projetado antes de realizar a obra em si. E 
para se obter conforto visual, o que é fundamental para garantir qualidade em 
um projeto, deve-se atentar para as seguintes variáveis: nível de iluminação, 
contraste, acuidade visual, ofuscamento e controle da luz.
Em simulações de iluminação natural, determina-se o tipo de céu e a 
localização, em termos de latitude e longitude, obtendo-se assim o cálculo 
da disponibilidade de luz natural e a quantidade de luminosidade nos am-
bientes, conforme as formas geométricas do objeto e as características de 
suas superfícies.
Existem dois métodos principais para calcular as iluminâncias e luminâncias 
com programas de simulação interna: o método da Radiosidade (Radiosity) 
e o método do Raio Traçado (Ray Tracing). No método do Raio Traçado, 
investiga-se um número limitado de raios luminosos em uma cena, com duas 
variações: Forward Ray Tracing, ou Raio Traçado Progressivo, e Backward 
Ray Tracing, ou Raio Traçado Recursivo. No raio traçado progressivo, tem-
-se os raios traçados a partir da fonte luminosa em direção à cena. Já no raio 
traçado recursivo, tem-se os raios traçados a partir de determinado ponto de 
vista, com limitação de quantidade conforme a sua importância para cena 
(STOUTZ, 2017). 
No métodode Radiosidade, divide-se um ambiente em um número definido 
de parcelas, bem como seus respectivos vértices, ocorrendo todas as trocas 
luminosas entre estes vértices. As trocas luminosas são descritas entre dois 
nós, relacionando-a diretamente a luminosidade emitida por uma superfície 
àquela que chega a outra superfície.
Luz e sombra2
O Ray Tracing foi desenvolvido com a finalidade de gerar uma visualização bidimensional 
para uma cena tridimensional, sendo esta a primeira técnica criada para cálculo de 
iluminação. Já o Radiosity foi criado para realizar o cálculo de trocas térmicas por radiação 
entre duas superfícies, e somente depois começou a ser utilizado para simulação 
computacional (STOUTZ, 2017).
A iluminação em uma cena pode ser modificada por meio da forma da luz, 
podendo ser definida já no momento em que a cena é inserida ou alterada após 
a sua inserção. As formas de luzes variam conforme o tipo de luz utilizada; 
uma luz de spot, por exemplo, poderá ser aplicada em forma retangular ou em 
forma de disco. Por sua vez, as luzes puntiformes e de rede podem ser do tipo 
linear, retangular, em disco, cilindro ou esfera. Uma forma retangular pode 
ser inserida como um painel em um teto, por exemplo, enquanto uma forma 
linear pode representar uma lâmpada fluorescente tubular.
Ao renderizar uma cena, se o projetista não tiver inserido nenhum tipo de 
iluminação, automaticamente o sistema irá utilizar a iluminação-padrão, que 
corresponde a uma ou duas fontes luminosas distantes, utilizadas para iluminar 
todas as faces do modelo, pois estas fontes seguem o ponto de vista conforme 
o projetista orbita o modelo. Entretanto, ao inserir qualquer tipo de iluminação 
na cena, é imprescindível que o profissional desative a iluminação-padrão.
O uso da iluminação garante uma aparência natural e realista à cena, 
reforçando a clareza e a tridimensionabilidade dos objetos que a compõem. 
Nesse aspecto, as luzes que utilizam valores fotométricos, ou seja, energia 
luminosa, definem a iluminação com maior precisão, de forma similar ao 
mundo real (Figura 1). Como as luzes fotométricas utilizam arquivos de da-
dos Illuminating Engineering Society (IES), que são dados publicados pelos 
fabricantes de iluminação, elas garantem padrões luminosos equivalentes aos 
existentes no mercado. Neste sentido, é possível experimentar diversos tipos de 
luminária, com intensidade de luz e temperatura de cor variáveis, resultando 
assim nos efeitos desejados para o projeto em questão (AUTOCAD..., 2018a). 
3Luz e sombra
Figura 1. Exemplo de iluminação fotométrica.
Fonte: AutoCAD... (2018a, documento on-line).
Parte do fluxo de trabalho fotométrico compreende a luz solar, que é similar 
a uma luz distante, sendo definida pelo projetista a sua localização geográfica, 
a data e a hora, e garantindo a intensidade e a cor emitidas ajustadas conforme 
o horário e as condições atmosféricas. Ao adicionar uma simulação do Sol e 
do céu, é possível configurar as propriedades e a iluminação do céu, que pode 
ser suave e discreta, se for selecionado o recurso “Segundo plano de céu”.
As luzes-padrão garantem maior controle sobre o modelo, criando os 
efeitos desejados por meio de luzes puntiformes, luz de spot e luzes distantes. 
O software permite alterar a intensidade e as propriedades da cor, bem como 
movimentar e rotacionar as luzes, permitindo a visualização dos efeitos em 
tempo real na Viewport.
A representação das luzes de spot e das puntiformes dá-se por meio de 
glifos, que são símbolos que indicam a posição e a direção da luz. Já as luzes 
no infinito não podem ser representadas por glifos, pois sua posição não é 
discreta e afeta toda a cena. O sistema ainda permite que o projetista ative e 
desative os glifos enquanto trabalha, e também que determine se serão plotados 
na imagem, tendo como definição-padrão não serem representado na plotagem. 
As luminárias podem ser representadas por conjuntos de luminárias e 
luminárias independentes. Para executar um conjunto, pode-se embutir lu-
zes fotométricas em blocos que contenham a geometria. Dá-se preferência 
Luz e sombra4
à utilização de materiais autoiluminados (Figura 2), por proporcionarem a 
aparência de brilho aos objetos.
Figura 2. Exemplo de materiais autoiluminados.
Fonte: AutoCAD... (2018a, documento on-line).
Luzes puntiformes
As luzes de ponto geram efeitos gerais de iluminação e podem ser utilizadas 
para representar velas e lâmpadas, simulando a origem da iluminação. Já as 
luzes puntiformes de destino apresentam propriedades de alvo, podendo ser 
direcionadas para um objeto adicionando-se uma luz ou alterando-se uma já 
existente. Na Figura 3, aluz puntiforme é representada pelo elemento formado 
por um círculo com a cruz com eixo central.
5Luz e sombra
Figura 3. Exemplo de luz puntiforme sobre um cone.
Fonte: AutoCAD... (2018b, documento on-line).
Uma luz puntiforme pode ter a sua intensidade alterada por meio do seu 
posicionamento ou de seu quadrado inverso, e pode ser atenuada pela prede-
finição-padrão, que corresponde a opção “Nenhum”.
Propriedades fotométricas podem ser alteradas em luzes puntiformes ao se 
utilizar a variável Lighting Units com unidades americanas, definidas como 
“1” (numeral um), ou com unidades do Sistema Internacional, definidas como 
“2” (numeral dois), conforme as seguintes definições: 
  Intensidade da lâmpada – responsável por especificar o brilho inerente 
da luz e a intensidade, fluxo ou luminosidade da lâmpada.
  Resulting intensity – reporta o brilho final da luz.
  Cor da lâmpada – especifica a cor da luz mediante a definição da 
temperatura Kelvin ou padrão.
  Cor resultante – determina a cor final da luz, por meio da combinação 
de filtro e lâmpadas de cores.
A propriedade do tipo de atenuação é desativada em unidades fotométricas, 
pois estas luzes apresentam atenuação fixa, ou seja, a chamada quadrada 
inversa (AUTOCAD..., 2018b).
Luzes de spot
A projeção da luz de spot é representada por um feixe de luz, como se fosse 
uma lanterna ou um spot direcional. Por emitir um cone de luz direcional, é 
possível controlar a direção e o tamanho deste cone. Este tipo de iluminação 
Luz e sombra6
tem por fi nalidade realçar elementos e áreas específi cas do modelo. Na Figura 
4, o spot corresponde ao elemento aramado direcionado para o cone.
Figura 4. Exemplo de luz de spot sobre um cone.
Fonte: AutoCAD... (2018c, documento on-line).
A intensidade da luz de spot será sempre controlada utilizando como base 
o ângulo relativo ao vetor-alvo, por meio de spot quente e ângulos de enfra-
quecimento da luz. A atenuação da uma luz de spot pode ser definida para 
o quadrado inverso se apresentar propriedades de distribuição fotométrica. 
Assim como nas luzes puntiformes, as luzes de spot podem ter as propriedades 
definidas por meio da variável Lighting Units ao se utilizar “1” (numeral um) 
ou “2” (numeral dois) para a luz fotométrica, que será definida por meio das 
seguintes propriedades:
  Intensidade da lâmpada – especifica o brilho inerente da luz, ao indicar 
a intensidade, fluxo ou luminosidade da lâmpada.
  Resulting intensity – apresenta o brilho final da luz, devido à intensidade 
da lâmpada e do fator de intensidade.
  Cor da lâmpada – cor inerente da luz, representada pela temperatura 
Kelvin ou padrão.
  Cor resultante – determina a cor final da luz, pela combinação da cor 
do filtro e da cor da lâmpada.
As luzes fotométricas apresentam uma atenuação fixa, que no enfraque-
cimento do spot quente irá renderizar diferentemente da iluminação padrão, 
por utilizar uma base matemática diferente.
7Luz e sombra
Luzes de rede
A luz de rede corresponde à distribuição da intensidade da luz, ao utilizar 
uma origem luminosa. Pode ser utilizada para representar uma iluminação 
não uniforme, também chamada de luz anisotrópica, advinda de dados reais de 
fabricantes de luzes. Desta forma, garante uma luz renderizada mais precisa, 
tomando como base as luzes de ajuste e a puntiforme. 
A distribuição de luz direcional é armazenada em um arquivo-padrão de 
dados fotométricos, em formato IES. Esta distribuição deve-se à emissão 
de luz por uma fonte, onde uma luz puntiforme, que se encontra no centro 
fotométrico, se aproxima da fonte, e mediante esta aproximação, a distribui-
ção dá-se apenas na direção de saída. Com um conjunto pré-determinado 
de ângulos horizontais e verticais, há a possibilidade de o sistema calcular a 
intensidade luminosa ao longo de uma direção arbitrária, por meio de inter-
polação (AUTOCAD..., 2018d).
Os dados fotométricos são indicados com a utilização de um diagrama 
goniométrico, que representa a intensidade luminosa de uma fonte, podendo 
variar no ângulo vertical, mas sendo fixo no horizontal, exceto se a distribui-
ção for simétrica no eixo. Há ainda a possibilidade da utilização de mais de 
um diagrama para apresentar de forma completa a distribuição. Na Figura 5, 
é possível observar um diagrama goniométrico de uma distribuição de teia.
Figura 5. Diagrama goniométrico de uma distribuição de teia.
Fonte: AutoCAD... (2018d, documento on-line).
Luz e sombra8
A distribuição de luz é representada tridimensionalmente pela teia fotomé-
trica, que estende o diagrama goniométrico por três dimensões, de maneira 
que seja possível examinar a intensidade luminosa nos ângulos vertical e 
horizontal simultaneamente, sendo que o centro do objeto de luz é considerado 
o centro da teia fotométrica. 
A intensidade luminosa é proporcional à distância da teia ao centro foto-
métrico, medido ao longo de uma linha, em qualquer direção. A distribuição 
pode ser classificada em isotrópica ou elipsoidal. No caso da distribuição 
isotrópica, todos os pontos no diagrama são equidistantes do centro, fazendo 
com que a luz seja emitida igualmente em todas as direções, representada por 
uma esfera centrada ao redor da origem. Já no caso da distribuição elipsoidal, 
os pontos correspondentes na direção Z, positiva e negativa, encontram-se 
na mesma distância da origem, de forma que haverá o mesmo montante de 
luz para cima e para baixo. Não há qualquer ponto em X ou Y muito grande, 
independente se for positivo ou negativo, garantindo que haja emissão reduzida 
de luz lateralmente à fonte. A Figura 6 apresenta exemplos de distribuição 
isotrópica e de distribuição elipsoidal, com as indicações dos eixos X, Y e Z.
Figura 6. Exemplo de distribuição isotrópica (esquerda) e de distribuição elipsoidal (direita).
Fonte: AutoCAD... (2018d, documento on-line).
Luz do Sol e do céu
Para simular a luz solar ou da Lua, há uma luz especial que pode ser utilizada 
em conjunto com a simulação do céu, a fi m de trabalhar o plano de fundo, 
mostrando as sombras projetadas do objeto. A luz solar é calculada utilizando 
dados reais, como posição do Sol, data, hora e localização do modelo, o que 
9Luz e sombra
infl uencia diretamente no ângulo de incidência da luz solar, estando os raios de 
luz paralelos e possuindo a mesma intensidade a qualquer distância. Os raios 
do Sol possuem uma luz amarelada, enquanto a luz projetada na atmosfera 
possui uma cor azulada e vem de todas as direções.
O plano de fundo do céu só encontra-se disponível para fluxos de trabalho 
de iluminação fotométrica. Já a iluminação do céu garante luz extra à cena, 
ao gerar um efeito de luz esparsa entre a atmosfera. 
Neste link, você encontra comandos e variáveis do sistema para iluminar cenas.
https://qrgo.page.link/4DX3q
Configuração de sombras nos objetos 3D
A sombra produzida pelo objeto sobre si mesmo chama-se sombra própria, 
enquanto a sombra projetada sobre outra superfície chama-se sombra projetada, 
ou simplesmente sombra. Estas sombras projetadas revelam aspectos da forma 
tridimensional do objeto, que não seriam visíveis de outra maneira.
Andaló, Vieira e Merino (2010) definem a iluminação tradicional em 3D 
como aquela que considera apenas a iluminação direta, sem considerar a 
luz refletida dos objetos, bem como o uso da intensidade arbitrária, que não 
apresenta relação com as intensidades reais de iluminação.
Em qualquer etapa do projeto, é possível realizar uma simulação da sombra. 
Para isso, porém, os objetos devem estar apoiados sobre uma superfície, na 
qual será projetada esta sombra. Estes objetos podem ser modelados como 
sólidos ou superfícies.
A geração de sombras compreende um processo simples, no qual o projetista 
deve modelar o objeto e, em seguida, definir os dados referentes às coorde-
nadas geográficas, orientação, data, hora, tipo de luz incidente, fuso horário 
em relação ao Meridiano de Greenwich, latitude, longitude e a localidade 
(ROCHA; AMORIM, 2003).
Assombras denotam maior profundidade e realismo às imagens renderiza-
das, podendo ser geradas com o mapeamento de sombras ou com o tracejamento 
Luz e sombra10
de raio, por meio de um agente de renderização. O mapeamento de sombras 
gera sombras com arestas mais suaves e, consequentemente, menos precisas; 
no entanto, requer do sistema menor tempo de cálculo (Figura 7). Na etapa 
de pré-renderização cria-se um bitmap de sombras, com tamanho padrão de 
256×256 pixels. A qualidade deste tipo de sombra é regida pelo tamanho do 
mapa; por exemplo, quando a imagem está granulada demais, o aumento do 
tamanho do mapa acaba melhorando a qualidade da imagem.
Este tipo de sombreamento não é indicado quando há alguma luz brilhando 
através de uma superfície transparente. Na Figura 7, por exemplo, fez-se 
necessário retirar os vidros, para que os caixilhos projetassem sombras no chão.
Figura 7. Exemplo de mapeamento de sombras.
Fonte: AutoCAD... (2014a, documento on-line).
Já as sombras de tracejamento de raio acompanham os raios gerados pela 
fonte de luz, aparecendo onde houve bloqueio por objetos. Consequentemente, 
este tipo de sombreamento gera arestas mais duras e mais precisas (Figura 8), 
mas exige maior tempo de cálculo do sistema.
11Luz e sombra
Figura 8. Exemplo de sombras de tracejamento de raio.
Fonte: AutoCAD... (2014a, documento on-line).
O tracejamento de raios não requer ajuste de resolução, pois as suas sombras 
são calculadas sem o uso de mapas. Este método transmite as cores dos objetos 
transparentes e translúcidos. Quando as sombras estiverem desativadas, o 
projetista pode selecionar dentre as configurações de modo de sombra, que 
podem ser classificadas em:
  Simples – este é o modo-padrão para sombras, em que o agente de 
renderização habilita os projetores de sombra em ordem aleatória.
  Classificado – a sombra é habilitada seguindo a ordem do objeto para 
a luz.
  Segmento – os projetores de sombras são habilitados em uma ordem, 
seguindo ao longo do raio de luz, emitido pelos projetores de volume, 
até os segmentos de raio de luz, ou seja, entre o objeto e a luz (AUTO-
CAD..., 2014a).
As sombras só serão exibidas no modelo se a iluminação já tiver sido 
estabelecida, ou seja, se o projetista tiver adicionado alguma luz à cena. Caso 
o projetista deseje visualizar a sombra na Viewport, precisará ativar estilo 
Luz e sombra12
visual. Entretanto, se desejar que as sombras apareçam apenas na imagem 
renderizada, deverá ativar as sombras e escolher o seu tipo nas “Configurações 
de renderização avançada”.
Montagem de cenas 
A iluminação deve ser disposta de maneira uniforme, para que não haja di-
ferenças excessivas de luz e sombra, sendo essencial que haja contraste para 
que os elementos sejam percebidos. Entretanto, este contraste não deve ser 
excessivo para não gerar ofuscamento.
Lima (2003) e Tavares (2007) afirmam que devem ser seguidos os seguintes 
estágios para realizar uma simulação de iluminação: formular o problema, 
construir o modelo, determinar os dados de entrada e saída, implementar, 
verificar a eficiência do modelo, experimentar, analisar os resultados e do-
cumentar. Todas estas etapas devem ser cumpridas para que os resultados 
sejam confiáveis e completos.
Além disso, para realizar uma simulação de iluminação faz-se necessário 
a apresentação dos seguintes critérios: geometria do modelo, informações 
referentes ao observador e câmera sintética; propriedades óticas dos materiais 
(reflexão, refração e transmissão da luz); fontes luminosas; e informações 
sobre o entorno, como vegetações e edificações vizinhas.
Assim os resultados gerados e as respostas que a ferramenta apresenta são 
considerados os dados de saída, que podem ser: imagens sintetizadas, como 
extensão TIF, JPG, BMP, GIF ou PIC; imagens analíticas, do tipo falsecolor 
ou curvas isolux; informações numéricas e gráficas referentes à distribuição 
de iluminância e luminância; e a previsão de conforto visual, que compreende 
a análise de prováveis ofuscamentos.
Utilizando o mesmo modelo 3D, é possível gerar novos pontos de vista, 
por meio da utilização de técnicas baseadas em reconstrução explícita do 
modelo da cena. Estas técnicas se dividem em passivas e ativas. Nas técnicas 
ativas, há algum elemento da cena que é controlado, podendo ser alguma 
fonte de luz especial, por exemplo. Já as técnicas passivas compreendem as 
demais técnicas, que não têm a capacidade de controlar a cena de algum modo 
(APOLINÁRIO; TEICHRIEB; KELNER, 2006).
Jean-Yves Bouguet criou uma técnica ativa que compreende o lançamento 
de sombras sobre a cena com um lápis ou uma vareta e a deformação da 
imagem da sombra com a finalidade de estimular a forma tridimensional em 
cena. Existem duas variações desta técnica. Na primeira, há dois planos de 
13Luz e sombra
referência e a fonte de luz encontra-se descalibrada, enquanto na outra, há 
apenas um plano de referência, juntamente com uma fonte de luz calibrada. 
A vantagem da primeira técnica é que a localização da fonte de luz pode ser 
desconhecida, enquanto na segunda há menor instabilidade numérica no 
cálculo dos planos de sombra.
Objetos sombreados em uma Viewport podem exibir dois tipos de sombras, 
as de chão e as de objeto mapeado. Nas sombras de chão, as sombras são pro-
jetadas no chão pelo objeto. |Já nas de objeto mapeado, chamadas também de 
sombras completas, as sombras são projetadas por objetos em outros objetos. 
Vale ressaltar que sombras sobrepostas aparecem mais escuras no desenho. 
Para que as sombras sejam exibidas no desenho, é essencial que a iluminação 
na Viewport seja composta por luzes criadas pelo projetista ou pelo Sol. Na 
Figura 9, há exemplos de sombras de chão geradas pelos objetos e também 
de sombras de objeto mapeado, que além das sombras dos objetos, apresenta 
as sombras dos volumes adjacentes.
Figura 9. Sombras de chão (esquerda) e sombras de objeto mapeado (direita).
Fonte: AutoCAD... (2018e, documento on-line).
A fim de criar reflexões e refrações realistas, o projetista pode utilizar o 
tracejamento de raio, que limita os raios pela profundidade de tracejamento, 
indicando o número de vezes que um raio pode ser refletido, refratado ou ambos. 
Este comando é indicado em “Configurações de renderização avançadas”.
A Figura 10 apresenta o uso de tracejamento de raio para conferir alto 
índice de realismo à cena, na qual indicou-se a profundidade máxima de 8 e 
o máximo para reflexões e refrações, sendo o índice 4.
Luz e sombra14
Figura 10. Exemplo de reflexão e refração de raio de forma a deixar a imagem da cena 
com alto índice de realismo.
Fonte: AutoCAD... (2014b, documento on-line).
A profundidade de tracejamento indica basicamente o número de vezes 
que o raio é refletido e refratado. Consequentemente, elevando-se esse índice, 
aumenta-se a complexidade e o realismo da imagem renderizada, resultando 
também em um tempo maior de renderização. A Figura 11 é uma versão da 
Figura 10 com o tracejamento de raio desativado.
Figura 11. Exemplo de modelo com tracejamento de raio desativado.
Fonte: AutoCAD... (2014b, documento on-line).
15Luz e sombra
É fundamental o projetista ter em mente que os programas de software 
de iluminação servem para ajudar na elaboração e desenvolvimento de ideias 
de projetos, bem como para testá-los e aprimorá-los, e não para dar respostas 
diretas aos problemas arquitetônicos (TAVARES, 2007).
Um projeto com renderização fotorrealística transmite ao cliente a ideia 
de como ficará o modelo após a sua execução, mas é essencial que suas 
configurações sejam exequíveis, para evitar desapontamentos futuros aos 
usuários. Nesse contexto, estudo da iluminação e das projeções de sombras 
proporciona dados para a realização de um projeto de qualidade, que garanta 
conforto visual, e que ainda gere eficiência energética nas edificações.
ANDALÓ, F.; VIEIRA, M. H.; MERINO, E. Iluminando objetos 3D: iluminação tradicional 
versus iluminação realista. Design e Tecnologia,Porto Alegre, v. 1, n. 10, p. 44-54, 2010. 
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