Produção de Texturas em 3D

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TEXTURIZAÇÃO 3DTEXTURIZAÇÃO 3D
PRODUÇÃO DE TEXTURASPRODUÇÃO DE TEXTURAS
Autor: Me. Gustavo Vitarell i de Queiroz
Revisor : Graz ie l le De L ima Cianfa
IN IC IAR
introdução
Introdução
O processo de produção de texturas, embora complexo, tem sido trabalhado
e otimizado na última década. O que era antes algo muito individualmente
desenvolvido em cada estúdio, virou um processo mais universal. Tanto os
artistas quanto o mercado está cada vez mais direcionando as linhas de
produção para algo mais universal. Embora cada projeto tenha a sua
individualidade e sua direção artística, a linha de produção se mantém
relativamente inalterada.
Esta uniformidade na linha de produção incitou a criação de vários software
focados em etapas especí�cas. A maioria das ferramentas de manipulação de
imagens, como Photoshop ou Gimp, seguem um padrão de interface e de
estrutura semelhante. O entendimento do uso de camadas e suas vantagens
são essenciais para a criação de texturas, sejam elas em ambientes
tridimensionais (3D) ou em ferramentas bidimensionais (2D) de manipulação
de imagens
Os padrões de representação e renderização de materiais também se
tornaram padrão de mercado. Texturizadores detém agora a função de
representar corretamente esses materiais em tempo real. Desta forma temos
que estudar essas ferramentas e padrões essenciais e compreender o
impacto de cada parâmetro.
Vamos falar sobre os principais softwares usados hoje em dia no processo de
pintura de texturas. Veremos também algumas vantagens e desvantagens de
cada software. É importante frisar que os softwares evoluem constantemente
e que o mercado é altamente dinâmico. Novos softwares surgem todos os
dias e os existentes estão em constante evolução.
Softwares de Pintura.
Entender as ferramentas usadas pela indústria é uma parte essencial no
processo de aprendizado para a texturização. Embora cada estúdio, ou
pro�ssional, desenvolve sua própria linha de produção, é importante
entender as ferramentas existentes e suas vantagens.
3D vs. 2D Softwares
Existem vários métodos de produção de texturas. Durante muitos anos as
texturas eram produzidas em softwares de pintura ou manipulação de
imagens como Adobe Photoshop ou Gimp. Esses softwares ainda são usados
Pintura de ModelosPintura de Modelos
em larga escala no mercado, mas servem mais como ferramentas de ajuste
ou manipulação. Alguns artistas ainda preferem usar essas ferramentas, mas
o avanço tecnológico nos proporcionou a possibilidade de trabalhar
diretamente na pintura. Pintar diretamente no modelo, além de aumentar a
produtividade, nos ajuda a ver o resultado imediatamente e alinhar o
processo produtivo de acordo. Mas isso não descarta o uso destes softwares,
principalmente Photoshop (Figura 2.1), no processo de produção da textura.
Adobe Photoshop é largamente usado no mercado por  ser a ferramenta que
muitos artistas se acostumaram a suar.. Além disso a maioria dos softwares
de pintura 3D tentar copiar o modo como os artistas trabalham no
Photoshop.
Figura 2.1: Pintura em Software 2D (Photoshop)
Fonte: (ARL, 2020)
Existe uma tendência na especialização dos softwares. Photoshop muitas
vezes é ferramenta muito complexa e destinada a �ns diversos. Já o
Substance Painter tem essa única �nalidade.
Substance Painter
Painter é um dos softwares mais usados na linha de produção de texturas na
atualidade. Esse software tem como foco único a pintura de texturas em
modelos. O processo de produção é totalmente focado em uma estrutura
não-destrutiva. Devido ao fato de ser um produto extensamente usado ele
possui diversas integrações com motores grá�cos (Unity, Unreal e outros),
além de possuir integração com diversas ferramentas de apresentação
(Marmoset Toolbag, Sketchfab, etc).
O artista pode usar diversas ferramentas, dentre elas pincéis de pintura, para
pintar materiais pré-programados diretamente nos canais de textura. Essa
ferramenta está preparada para a produção direta de texturas PBR, então já
reflita
Re�ita
Recentemente (em 2019), a Adobe comprou a empresa que
criou o software mais usado no mercado de pintura
diretamente no modelo, o Substance Painter. A gigante Adobe
tem a tendência de incorporar as empresas de software que
compra na sua vasta gama de produtos.
Por um lado, a compra pode gerar uma boa quantidade de
investimento para o software que outrora não teria. O que
será que vai acontecer com o Software ao entrar em uma
empresa grande e com um software concorrente? Muito
investimento ou esquecimento?
possui os canais de textura separados e preparados para serem trabalhados
individualmente, como podemos ver na Figura 2.2.
A �exibilidade no formato de produção e na exportação dos mapas de textura
garantem a essa ferramenta o primeiro lugar no uso para produção de
texturas para jogos.
O software ainda oferece uma série de ferramentas que ajudam na
produtividade e qualidade de produção de texturas. Ele possui   uma
biblioteca customizável de materiais, além de mapas HDR, sistemas de
iluminação, �ltros e muito mais. Sua estrutura baseada em camadas oferece
todo as funcionalidades que sistemas de manipulação de imagens oferece.
Camadas, Blending Modes e Camadas de Ajuste são apenas alguns dos
elementos usados.
Mari
Mari é uma ferramenta usada de forma extensa na produção de modelos
para TV, �lmes e cinema. Trata-se de uma ferramenta que tenta eliminar
problemas de limitação de resolução de texturas. Muitas das ferramentas e
estratégias são focadas em ampliar as capacidades de apresentação das
texturas.
Figura 2.2: Substance Painter
Fonte: Elaborada pelo Autor.
Além de usar UVs padrão, ela usa um sistema de UV múltiplos chamados de
UDIM no qual se pode trabalhar com centenas de texturas em alta-resolução
para texturizar o modelo.
Além disso tem sistemas de projeção de texturas no modelo que simpli�cam
o uso de imagens reais aplicados nos modelos digitais. Uma das formas de
projeção muito usadas na ferramenta, é a projeção tri-planar. Neste tipo de
projeção a textura é projetada no modelo de forma tridimensional e isso
facilita a aplicação de texturas reais em modelos realistas (Figura 2.3).
Outra tecnologia usada são as texturas PTEX. Esse tipo textura foi
desenvolvida pela Walt Disney Animation Studios. Neste formato, cada
polígono tem uma textura associada e não necessita de UVs ou UDIMs. Ele
possui um formato especí�co de arquivo e, devido ao fato de necessitar de
muito processamento para sua visualização por completo, normalmente tem
foco somente em projetos que não necessitam de renderização em tempo
real.
Embora seja uma ferramenta excelente para texturização, seu uso acaba
sendo limitado a �lmes, pois a maioria das suas estratégias de produção são
baseadas em tecnologias que exigem muito processamento. Sendo assim
Figura 2.3: The Foundry Mari
Fonte: (FOUNDRY, 2020)
perfeitas para as telas grandes do cinema, mas ruim para jogos e simulações
em tempo real.
Zbrush
Zbrush é uma ferramenta focada em escultura digital 3d. Toda sua
arquitetura, interface e ferramentas tentam simular o processo de criação de
uma escultura tradicional e no mundo real. Apesar disso ela pode ser usada
como ferramenta de pintura, pois conseguimos usar as mesmas ferramentas
de escultura para alterar a cor e material dos modelos. Além disso diversos
mapas podem ser gerados diretamente dos modelos. Zbrush exporta,
baseado nos modelos de alta poligonagem, mapas de relevo, mapas de
oclusão de luz ambiente (AO) e muito mais (Figura 2.4).
Apesar de possibilitar a pintura de modelos, o foco da ferramenta é na
escultura. Diferentes materiais e texturas podem ser aplicadas no modelo,
mas muitas vezes as nuances de material e textura são trabalhadas em
softwares externos. O sistema de layer para pintura ainda é um pouco
rudimentar e difícil de trabalhar, mesmo para quem trabalha bastante com a
ferramenta.
Zbrush possui integrações com ferramentas 2D como Adobe Photoshop.
Nestas ferramentasde integração o Zbrush consegue exportar diferentes
Figura 2.4: Pixologic Zbrush
Fonte: (CARPIO,2020)
materiais em camadas variadas. Essas camadas contem o que chamamos de
“Render Passes”. São renderizações isoladas de materiais diferentes ou
iluminações diferentes. Essas camadas podem ser trabalhadas nas
ferramentas de manipulação (ex: Photoshop) para conseguir o efeito
desejado.
Apesar de ser uma ferramenta excelente para a criação de esculturas e
inclusive de pintura no modelo, o processo de exportar e preparar esses
mapas para motores grá�cos é um pouco oneroso. Muitas vezes usa-se
ferramentas como o Painter para a extração de mapas de relevo e da camada
de pintura (albedo) direto do modelo de alta poligonagem. Depois de serem
trabalhadas na ferramenta, então são integradas aos motores grá�cos.
Mudbox
Mudbox surgiu como uma concorrente da gigante Autodesk. Existem
diferenças evidentes entre as duas concorrentes, mas vamos focar no
processo de texturização. Ela também possui as mesmas características do
Zbrush, mas tem como objetivo integrar aos outros softwares de produção da
empresa.
Mudbox possui uma vantagem quanto ao processo de texturização, pois se
baseia no sistema de camadas. Desta forma, para artistas acostumados com
ambientes de manipulação de imagens, a ferramenta pode ter uma curva de
aprendizado menor .
Além disso, o Mudbox tende a seguir a mesma estratégia de produção dos
outros softwares da Autodesk. Autodesk é dona dos famosos Maya e 3D
Studio Max. Ferramentas altamente usadas no mercado.
Blender
Blender é a opção mais barata da lista que apresentamos. Esse software é
open source e tem evoluções constantes desenvolvidas por uma comunidade
bem engajada. É um software de produção 3D e possui sistemas de
modelagem e apresentação de materiais em diversos formatos e
renderizadores. Por ser um software que foca em atender diversos usos, sua
interface e usabilidade pode gerar uma curva de aprendizado um pouco
maior que seus concorrentes. Em contrapartida a mesma comunidade que
mantém o seu desenvolvimento, entrega uma suporte no aprendizado.
Em versões mais recentes o software tem focado em entregar ferramentas de
escultura semelhantes ao Zbrush e Mudbox. Por isso também está
oferecendo e melhorando o processo de pintura diretamente no modelo. A
interface do software foi melhorada em sua última grande atualização e a
experiência de pintura foi largamente melhorada (Figura 2.5).
Apesar de não ser um software largamente usado na indústria de
entretenimento, os resultados gerados por ela são extremamente
pro�ssionais e não devem ser ignorados. Seguem padrões de mercado e
processos bem difundidos de produção de modelos, texturas e muito mais.
Além disso a empresa responsável pela Unreal, Epic, investiu uma boa quantia
na ferramenta. Em um futuro próximo poderemos ver grandes mudanças e
integração entre o software e as ferramentas da empresa
Pintura em Camadas
Uma das ferramentas mais interessantes, que os software de pintura usam, é
a camada. Com camadas de pintura podemos isolar propriedades da luz,
Figura 2.5: Blender
Fonte: (BLENDER, 2020)
áreas de pintura (fundo, meio e frente) ou até isolar efeitos. O surgimento
desta importante “arma” na produção de texturas ajuda a criar um processo
de criação não-destrutivo.
Camadas são níveis de informação com regiões transparentes de modo a
somar e formar uma imagem �nal (ESSENTIALS,2020). Esses níveis retém
informações em pixel, ajustes ou parâmetros que ajudam a separar
elementos de uma imagem em seções lógicas como na Figura 2.6. Essa
separação nos leva a criar uma lógica de produção e um ambiente de criação
não-destrutivo, otimizando assim o processo de produção e correção de
erros.
Isso gerou enormes mudanças no processo produtivo de artistas. Essas
unidades lógicas também servem para separar etapas de produção. Gerou,
então, a possibilidade do artista voltar para corrigir os erros sem que se perca
as outras partes do progresso.
Processo Destrutivo vs. Não-Destrutivo
O termo “Destrutivo” em processos de produção artística, se refere a
mudanças de�nitivas nos pixels de uma textura. Assemelha-se a um processo
de pintura a óleo. Quando se usa a tinta em uma tela ela altera a pintura e
destrói ou altera o que está em baixo de forma irreversível.
Figura 2.6: Exemplo de Camadas
Fonte: Elaborada pelo Autor.
Trabalhar de forma destrutiva pode ser muito mais rápido as vezes, mas pode
gerar muito retrabalho caso tenhamos que voltar a produção para corrigir
erros ou simplesmente ajustar alguma etapa. Em grandes projetos muitas
vezes temos que voltar algumas etapas e recriar as texturas para atender a
direção artística de�nida.
Ao isolarmos mudanças em níveis e regiões do modelo usando camadas,
conseguimos trabalhar na textura sem destruir o processo de criação. Trata-
se de uma paradigma diferente de produção que,   no início, pode gerar
bastante trabalho. Quando o artista consegue trabalhar nesse paradigma, no
longo prazo é um processo bem otimizado. Principalmente pelo fato de
absorver mudanças sem gerar um retrabalho grande.
No processo de produção handpainted, o uso de camadas é de extrema valia.
Softwares de pintura 3D, ou mesmo os de manipulacao, podemos isolar as
propriedades da luz, oclusão (AO) e qualquer outra característica de modo a
manipular todos individualmente.
Camadas, além de serem formas de isolar mudanças e propriedades, podem
ser usadas como camadas de ajuste. Ao invés de serem somente mudanças
diretas nos pixels, podem ser usadas como ferramentas de ajuste, cor,
iluminação e muito mais.
Para isso mudamos o modo como as camadas afetam as camadas mais
inferiores. Uma forma que podemos fazer isso é através dos blending modes
e das camadas de ajustes.
Modos de Mesclagem (Blending Modes)
Blending modes são propriedades das camadas. Elas basicamente indicam o
modo como os pixels da camada inferiores será afetado pela camada
superior. São usados modelos matemáticos para realizar essa mesclagem de
pixels. Em sua essência, Blending Modes são divididos em seis (6) categorias
(Figura 2.7):
1. Modos de Mesclagem básicos;
2. Modos de Mesclagem usados para escurecer: todos os pixels brancos
dessa camada, e suas variações, �cam transparentes. Os pixels
escuros irão, desta forma, in�uenciar as camadas inferiores.
3. Modos de Mesclagem usados para clarear: todos os pixels escuros
dessa camada, e suas variações, �cam transparentes. Os pixels claros
irão, desta forma, in�uenciar as camadas inferiores;
4. Modos de Mesclagem usados para contraste: todos os pixels cinzas
dessa camada, e suas variações, �cam transparentes. Os extremos
escuros e claros  irão, desta forma, in�uenciar as camadas inferiores ;
5. Modos de Mesclagem usados para comparação: Cores iguais �cam
escuras e cores diferentes �cam brancas;
6. Modos de Mesclagem usados para composição: Atuam nos canais
que in�uenciam a cor dos pixels: Cor, Matiz , Saturação e Brilho;
Não é objetivo desta unidade ensinar o que cada modo faz. Muito do
aprendizado vem do uso e experimentação das camadas. O importante é
entender que blending modes são ferramentas excelentes em associação
com o uso de camadas. Com elas podemos criar camadas que retém
informações de luz ou sombra usando os modos de mesclagem para
escurecer, clarear ou contrastar.
Camadas de Ajuste
Figura 2.7: Blending Modes no Adobe Photoshop
Fonte: Elaborada pelo Autor
Camadas de Ajuste são camadas especiais que atuam de forma especial nas
camadas abaixo (Figura 2.8). Elas não possuem informações ou pixels
próprios e sim indicam a forma e intensidade em que as camadas são
in�uenciadas por essa camada. Essas camadas de ajuste são excelentes
exemplos de ferramentas não-destrutivas, pois podemos mexer em diversas
características das texturas somente inserindo a camada.
Existem diversos tipos de camadas de ajustes. Elas variam de software para
software, mas segue uma lista dos mais usados:
1. Brilho / Contraste:Ajusta o brilho e contraste da camada abaixo.
2. Níveis: Ajusta os níveis das sombras, tons médios e luz na camada
abaixo.
3. Curvas: Ajusta os tons da camada abaixo através de uma curva,
4. Matiz, Saturação e Brilho
5. Mapa de Gradiente: Ajusta as cores abaixo seguindo um mapa de
gradiente.
6. Exposição: Ajusta a exposição de luz da camada abaixo;
Figura 2.8: Adjustment Layers no Clip Studio
Fonte: Elaborada pelo Autor.
praticar
Vamos Praticar
As camadas são ferramentas poderosas no isolamento de propriedades da luz e
para fazer ajustes �nos sem destruir o progresso já adquirido. Vamos criar um
círculo e simular a iluminação de um ponto de luz em cima desta esfera. Tente
separar as propriedades em, no mínimo, três (3) camadas: A primeira com a cor e
forma a esfera. Segunda com as informações de luz em cor branca. A última  com
informações de sombra em cores escuras. Com isso em mãos podemos
experimentar com os modos de mesclagem e avaliar o resultado de cada um. Não
existe resposta correta no uso destes modos de mesclagem e sim um
representação da luz correta.
O processo de produção de uma escultura digital passou a ser uma
ferramenta essencial para a produção de texturas. A grande maioria das
linhas de produção de grandes estúdios contém essa etapa. Ao criarmos uma
versão mais detalhadas dos modelos, conseguimos controlar de forma mais
precisa as propriedades da luz e como elas reagem a superfície do modelo.
Desta forma, criar modelos com o máximo de informação possível através da
escultura digital deixou de ser uma ferramenta de aprendizado da arte, para
ser uma habilidade essencial de produção. Apesar do texturizador muitas
vezes não criar a escultura, os mapas oriundos desse processo são essenciais
para a geração das texturas do modelo.
Escultura DigitalEscultura Digital
Figura 2.9: Arte Conceitual de um modelo para jogos
Fonte: (SILVA, 2020)
Vamos focar no processo que se relaciona com o trabalho do texturizador,
mas tudo começa com a arte conceitual (Figura 2.9). Ela nos direcionar no
processo de produção dos modelos, texturas e todos as etapas subsequentes.
Processo de Escultura
Vamos entender um pouco do processo de produção de uma escultura
digital. A compreensão deste processo nos auxiliará no entendimento do
resultado gerado por cada etapa. A linha de produção muda de projeto em
projeto, mas podemos simpli�car o processo de escultura nas seguintes
etapas:
o processo
de escultura
A primeira etapa de blocagem geralmente se confunde com a etapa de
escultura, então não vamos entrar em detalhes. A blocagem do modelo
basicamente é criar uma representação da forma do modelo para iniciar a
escultura (Figura 2.10). Muitos artistas nem usam essa etapa e já iniciam o
processo de escultura diretamente de uma forma básica, como uma esfera.
Modelo “High-poly”
Uma das primeiras etapas no processo de uma escultura digital para a
geração de mapas de relevo, é a produção de um modelo de alta
nas
seguintes
etapas:
Blocking (Blocagem): Criação da forma
básica que será usada para esculpir o
modelo;
Figura 2.10: Blocagem da Forma do Modelo
Fonte: (STATION, 2020)
poligonagem. Esse modelo, que chamamos de “High-poly”, é um modelo
focado em detalhamento. O artista que cria essa escultura preocupa apenas
em criar os detalhes para representar o modelo de acordo com a direção
artística do projeto. Na Figura 2.11 vemos como o artista esculpiu os detalhes
baseados no conceito e usando como ponto de partida a blocagem do
modelo anterior.
Esse modelo, geralmente, não é usado no motor grá�co ou na animação, pois
detém uma quantidade enorme de polígonos (Figura 2.12). Tanto em jogos
quanto em �lmes tentamos otimizar o máximo possível os modelos para
gerar tempos de render. Essa próxima etapa de otimização chamamos de
retopologia.
Figura 2.11: Escultura do Modelo
Fonte: (STATION, 2020)
Como vemos, a escultura retém uma grande quantidade de informação que
outrora seria perdida. Com as etapas posteriores de produção, conseguirmos
extrair esses detalhes e aplicar em um modelo com menor quantidade de
polígonos. Modelo esse que é produzido na fase da retopologia.
Retopologia
O processo de otimização basicamente foca em diminuir a quantidade de
polígonos para criar renders mais rápido, sejam eles em tempo real ou para
�lmes animados. Geralmente as premissas para a produção do modelo
otimizado são de�nidas pelo projeto. Essas premissas podendo ser relativas a
orcamentos de polígonos de�nidos para cada modelo no jogo (ou projeto),
ajustes para animação ou simplesmente para melhor representação do
modelo no mídia no qual o projeto irá rodar (Figura 2.13).
Figura 2.12: Detalhes da Escultura do Modelo
Fonte: (STATION, 2020)
Nesta etapa é importante se ater às premissas do projeto e tentar capturar as
principais formas do modelo. Manter a forma do modelo também ajuda no
processo de geração dos mapas que serão usados na produção de  textura.
Umas das tarefas realizadas também durante o processo de topologia é a
criação do mapa de UV do modelo. O mapa UV (Figura 2.14) indica como as
informações tridimensional (3D) serão representadas em uma textura
bidimensional (2D) (ANDALÓ, 2015).
Figura 2.13: Retopologia do Modelo
Fonte: (STATION, 2020)
Figura 2.14: Mapa de UV
Fonte: (STATION, 2020)
A disposição  do UV vai impactar em todas as etapas posteriores. Os mapas
usam essas disposição para gerar todos os mapas usados. Dependendo da
resolução da textura e da disposição dos polígonos no UV, isso pode afetar o
resultado visual.
Geração dos Mapas
Muitas vezes essa geração dos mapas é feita pelo texturizador. Os
Modeladores criam a escultura e modelo otimizado e cabe ao texturizador
retirar as informações que precisa para a produção das texturas que o projeto
exige.
Os mapas são gerados basicamente através da projeção dos detalhes do
modelo “high-poly” para o modelo criado na etapa de retopologia (Figura
2.15). A projeção produz, como resultado, os mapas que seguem a disposição
de�nida pelo mapa UV. A maioria dos softwares apresentados em tópicos
anteriores, geram esses mapas.
Figura 2.15: Mapas gerados usando o Modelo High Poly  no Substance Painter
Fonte: (STATION, 2020)
Esses mapas, são a base que o artista pode usar para criar o resultado �nal.
Ferramentas como o Substance Painter, nos possibilitam modi�car esses
mapas. de modo a controlamos os resultado.
Mapas de Relevo
Mapas de relevo são ferramentas importantes na representação de
informações adicionais em modelos com poucos polígonos (CHAVES JUNIOR,
2015). Eles têm a função básica de representar as variações de altura (relevo)
na superfície do modelo (Figura 2.16). Essa informação, como aprendemos
anteriormente, origina-se do modelo de escultura .
Existem diferentes modelos de relevo usados hoje em dia. Eles podem ser
usados em conjunto, mas o seu uso varia de projeto em projeto.
Bump Maps
O Bump map ( mapa de relevo) é uma das técnicas mais antigas de
representação de volume. Os detalhes geralmente criados por este tipo de
modelo são falsos. Eles não realmente geram nenhuma resolução, nem
alteram diretamente as normais que re�etem nas superfícies do modelo.
Bump Maps geralmente são mapas em preto e branco e indicam para o
software informações de altura. Cores brancas indicam pontos acima da
posição atual e cores escuras abaixo. Cinza (50%) já indica que nenhuma
mudança (Figura 2.17).
Figura 2.16: Projeção do Mapa de Relevo na Superfície Otimizada
Fonte: Elaborada pelo Autor.
Figura 2.17: Mapa de Relevo (Bump Map)
Fonte: Wikimedia Commons / Brion VIBBER, McLoaf.
O problema com esse tipo de mapa de relevo é que o fato de ser não
funcionar muito bem em todos os ângulos. Como todos detalhes são falsos, a
silhueta se mantém inalterada.
Normal Maps
Normal Maps (Mapa de normais) trata-se de uma versão melhorada da
estratégia de relevo anterior. Assim como o Bump Map, os detalhes criados
são falsos e não altera a resolução do modelo. A diferençado normal map é
que ele mapeia o ângulo das normais na superfície. Basicamente os canais
RGB (Vermelho, Verde e Azul) de uma textura são usados para representar o
X, Y e Z das normais. Cada canal contém um mapa preto e branco indicando
os valores da coordenada associada a esse canal. Com essa informação os
shaders podem emular o comportamento da luz. A junção das cores dos
canais RGB acabam criando esse tom de cor característico dos normal map
(Figura 2.18).
Normal maps são largamente usados na produção de jogos e em motores
grá�cos. A capacidade de representar detalhes manipulando as normais, em
conjunção com uma boa topologia, podem gerar um modelo com bastante
detalhamento.
Existem dois (3) tipos de normal maps: Object, Tangent e World Space Normal
Maps (DISPLACEMENT, 2020). No modelo de espaço de objeto (Object space) o
cálculo das normais está relacionado ao espaço do objeto. O mesmo acontece
com o modelo de espaço do mundo (World Space), so que usando o mundo
como referência para o cálculo das normais. Isso signi�ca que a direção da
normal está indicada pelo mundo e a posição do objeto em relação ao
mundo. O modelo de espaço de tangent (Tangent Space) já trata a superfície
como a base de cálculo da normal. A diferença de estratégia na representação
das normais acaba mudando as características do mapa de normais.
Desta forma a normal é calculada baseado na tangente da superfície. O
primeiro representa melhor objetos que não deformam, enquanto o segundo
modelo acaba funcionando melhor para personagens, já que a tangente da
superfície é que dita a direção da normal.
Displacement Maps
Figura 2.18: Mapa de Normais (Normal Map)
Fonte: Wikimedia Commons / Banlu Kemiyatorn.
Os mapas de deslocamento (Displacement Maps), diferente dos seus
predecessores, alteram a �sicamente a posição dos polígonos e dos modelos.
Para que isso aconteça o modelo tem que ser subdividido ou qualquer outra
técnica para aumentar a quantidade de polígono no modelo. Alguns softwares
e motores grá�cos usam o método de “Tesselation”, que, em resumo,
subdivide o modelo em locais onde a informação é necessária.
Assim como no Bump Map, o Mapa de Deslocamento usa uma textura preto e
branco para representar os detalhes. Só que nesse caso os motores grá�cos e
ferramentas 3D geram maior resolução no modelo para que os polígonos
sejam realmente deslocados baseado no mapa (Figura 2.19).
Figura 2.19: Tipos de Mapa de Normais (Normal Map)
Fonte: Wikimedia Commons /  Nicola L.K.
Esse tipo de mapa exige maior processamento devido ao aumento da
resolução do modelo, mas produz melhores resultados. Existem estratégias
atualmente no uso de tais mapas em ambientes de renderização em tempo
real, mas ainda não é largamente usada.
praticar
p
Vamos Praticar
Com vimos os mapas de relevo exercem um papel extremamente importante no
principalmente em motores grá�cos de renderização em tempo real. Essa
informação vem, na maioria das vezes, da escultura digital. Embora a produção da
escultura não faz parte necessariamente das tarefas de um texturizador, a criação
dos mapas são de sua responsabilidade.
Vamos criar duas (2) esferas de mesmo tamanho: A primeira com alta resolução e a
segunda com poucos polígonos. A maioria dos softwares de produção como Zbrush,
Blender, Mudbox, etc, possuem ferramentas que recebem como entrada este dois
modelos. Vamos criar detalhes na primeira esfera e usá-la para gerar os mapas de
normais  e de oclusão de luz ambiente.
PBR é uma abreviação para “Physically Based Rendering” (Renderização
Baseada na Física). PBR é uma coleção de técnicas para renderizar imagens
baseados no comportamento real (físico) da luz. Ela não só produz um melhor
resultado, mas comparados com modelos mais antigos, não se baseia em
artifícios para controlar o comportamento da luz na superfície do modelo.
Para tentar capturar o comportamento da luz ,O PBR se baseia em 3
princípios básicos (MCDERMOTT, 2018):
1. Superfícies micro-facetadas: Toda superfície, por mais que ela pareça
ser lisa a olho nu, quando analisada em um microscópio, possui
imperfeições.
2. Lei da conservação de energia: Todo material absorve parte da luz
que incide sobre ele. As cores de um objeto na verdade é de�nida
pelo espectro de luz que é absorvido pelo material.
3. Distribuição de Re�ectância bidirecional (BRDF): É usado a fórmula de
BRDF para o cálculo da re�ectância de uma objeto.
PBRPBR
A complexidade dos cálculos, encapsulado na simplicidade da
implementação, torna o PBR uma método altamente difundido. Os resultados
visuais são complexos devido ao fato de ser baseado no comportamento da
luz, mas conseguimos controlar isso com apenas 3 parâmetros. Com os
 mapas de Cor, Metal e Suavidade, conseguimos representar uma quantidade
enorme de comportamentos e materiais.
Shaders PBR
Shaders são basicamente a representação dos materiais nos motores
grá�cos. Shaders podem ser criados através de sistemas de script ou editores
dependendo do software que será usado para a renderização do modelo.
Cada motor grá�co trabalha com diferentes mapas para representar as
propriedades da luz, mas shaders PBR precisam ter estes mapas:
1. Albedo / Di�use / Base Color: Cor da luz ao re�etir no modelo
2. Normal: Ângulo de incidência da luz no modelo
3. Metallic / Re�ectivity : Nível de propriedade metálica no modelo
4. Roughness / Smoothness / Microsurface: Suavidade do material.
5. Ambient Occlusion (AO): Sombras causadas por Oclusão.
Esses mapas ajudam a identi�car shaders que usam como a base o PBR.
Geralmente são acrescentados mapas auxiliares dependendo to tipo de
resultado que se quer atingir como material. Vamos avaliar somente a base,
mas os mapas que enumeramos em tópicos anteriores podem ser gerados e
usados em ambientes PBR.
Cada motor grá�co possui sua implementação do modelo PBR. Não se trata
de regras rígidas de implementação e sim de um modelo de tratamento dos
materiais. Na  Figura 2.20 vemos o modelo usado pelo motor grá�co Unreal
da Epic. Ele possui um sistema baseado em nodos.
Já o motor grá�co da Unity possui outro formato de criação de Shaders. Os
Mapas são inseridos em slots no material. No caso do Metal e “Smoothness“
(Suavidade) a Unity pede que se use o mapa de suavidade no canal de alpha
do mapa de Metal.
A Unity possui uma variedade de shaders, inclusive customizados, portanto
nem sempre segue o padrão da Figura 2.21. Com o novo sistema de Nodos
para Materiais a disposição destes mapas podem existir de formas diferentes.
Os shaders mudam a cada motor grá�co, mas os mapas são os mesmos. Isso
também possibilitou a artistas produzirem uma vez a textura e ela poder ser
Figura 2.20: Shader PBR da Unreal
Fonte: Elaborada pelo autor.
Figura 2.21: Shader PBR da Unity
Fonte: Elaborada pelo Autor.
usada independente da escolha do motor grá�co para o projeto.
Albedo
O mapa de Albedo também pode ser conhecido como Di�use Map (Mapa de
Difusão) ou Base Color (cor base). Esse mapa especí�ca a cor do material na
superfície. Para criar simulações realistas esse mapa não deve conter
informações de sombra. Como vemos na Figura 2.22 a cor base retém
somente as cores e nao nao informações de sombra, suavidade ou metallica.
O Albedo retém somente a informação da cor difusa. A composição da
informacao do metal com a informação de cor é que gera o resultado do
material. As ferramentas de produção possibilitam o isolamento de cada
mapa.
Normal
O Mapa de relevo é usado normalmente em motores grá�cos em tempo real.
O Normal Map   vai ser a principal fonte de informação para melhor
representar materiais complexos.
Propriedades com re�exao e refracao são de�nidas pela normal no ponto
onde a luz atinge a superfície. Isso a torna uma ferramenta essencial para a
Figura 2.22: Exemplo de Mapa de Albedo e Resultado no Material
Fonte: Elaborada pelo Autor.
representação detalhes em motores grá�cos. Muitos dos outros mapas usam
a direção da normal para cálculo dos efeitos deluz.
Metallic
O mapa de Metallic (Metal) controla o quanto a superfície do material assume
propriedades de Metal. A cor preta, ou o valor 0, indica objetos não-metálicos.
Ja  objetos metálicos apresentam valor 1 ou cor branca no mapa . Geralmente
objetos puros se mantém nestes extremos, e usamos as variações para
indicar imperfeições, variações, sujeiras ou até corrosão nos metais.Quando
usamos uma mapa com toda a complexidade de uma textura, podemos gerar
as variações de propriedade que todo material tem.
Roughness
O mapa de Roughness indica o quão suave é uma superfície. Muitos motores
grá�cos, ou invés de usarem mapas de Roughness, usam Mapas de
Smoothness (Suavidade). Efetivamente o Smoothness Map é o inverso do
Mapa de Roughness.
Materiais com forte propriedades de “Roughness” espalham as luz re�etida
em mais direções, ja objetos suaves (smoothness) tendem a produzir re�exos
mais unidirecionais.
Assim como no mapa de metal, no mapa de Roughness, 0 indica suavidade
máxima como um espelho e 1 re�exos super espalhados. Esse mapa, em
conjunção com os mapas de propriedade metálica, nos possibilita criar a os
comportamentos de re�exão de luz da maioria dos materiais existentes na
natureza. Outros mapas nos ajudam com a translucência e transparência.
Ambient Occlusion
O mapa de Oclusão de Ambiente ( Ambient Occlusion ou AO) tornou-se
também outro mapa importante, principalmente em motores grá�cos. Ajuda
a criar um pouco mais de realismo com as sombras de oclusão da luz
ambiente. Desta forma o motor gra�co nao precisa computar as sombras com
esse nível de detalhamento. Se atendo somente a sombras maiores e sem
levar em conta a luz rebatendo no ambiente.
Usando o PBR
Shaders PBR estão sendo usados em uma larga escala de projetos. Eles não
somente está um projetos realistas, mas também usados em objetos
estilizados, como vemos na Figura 2.23
O correto uso destes mapas podem gerar uma série de estilos e resultado
diferentes. Trata-se de uma ferramenta excelente e �exível para a produção
de texturas. Com a maestria desses parâmetros de luz e consequente mapas
conseguimos representar qualquer material e consequentemente modelo.
Figura 2.23: Modelo Estilizado usando PBR
Fonte: (STATION, 2020)
O uso correto destes mapas possibilitam ao artista representar uma gama de
estilos. Não somente modelos realistas, mas como vimos anteriormente,
projetos altamente estilizados. Cabe ao artista compreender o impacto de
cada mudança e adaptar a sua linha de produção para o estilo do projeto.
praticar
Vamos Praticar
Como vimos, materiais PBR são formados por uma série de mapas. Usando os
mapas de relevo, metal, suavidade e de oclusão de luz ambiente, podemos recriar
uma série de materiais. Uma das vantagens do uso do shaders PBR é a possibilidade
e mesclar diferentes propriedades em um mesmo material. Usando uma das
ferramentas apresentadas, vamos criar um material  estilo medieval que mistura
saiba mais
Saiba mais
Nesse vídeo o autor demonstra sua linha de
produção de objetos estilizados. O artista usa
o Substance Painter para criar um modelo
para jogos em um estilo semelhante ao
hand-painted. Conseguimos ver nessa linha
de produção como os mapas são criados.
ASS I ST IR
metal e madeira. Não precisamos criar modelos complexos para reter o material,
pois o foco é na produção da textura.
indicações
Material
Complementar
FILME
DOOM Resurrected - To Hell and Back
Ano: 2017
Comentário: O Filme DOOM Resurrected (2017)  está
disponível de graça no Youtube. Ele é um documentário
composto por 3 partes e fala sobre a ressurreição da
franquia DOOM. Doom é, apesar da temática violenta, é
um dos jogos clássicos que ajudaram a de�nir o
mercado de jogos que existe hoje.
TRA ILER
LIVRO
Manual de Produção de Jogos Digitais
Heather M. Chandler (Autor), Aldir José Coelho Corrêa
da Silva (Tradutor), João Ricardo Bittencourt
Editora: Bookman; Edição: 2 (6 de julho de 2012)
ISBN: 978-8540701830
Comentário: Este livro é um guia bem completo para a
produção de jogos digitais. Tem uma visão bem geral
do processo de produção, desde o conceito à pós-
produção. Possui também depoimentos de
especialistas da indústria, que  discutem experiências
na área e dão exemplos que ocorreram em projetos
nos quais trabalharam.
conclusão
Conclusão
Vimos as etapas e ferramentas essenciais para a produção de de texturas em
um linha de produção moderna. Cada vez mais esse processo tem se tornado
padrão para os mais diversos campos do entretenimento. O entendimento
completo destas etapas, em conjunto como o uso correto das ferramentas,
garantem uma produção otimizada e de qualidade.
O PBR tornou-se um destes padrões e é extensamente implementado nos
motores grá�cos mais avançados e usados no mercado. Atualmente
conseguimos representar com realismo uma quantidade enorme de
materiais. Com um impacto menor na performance em ambientes de
renderização em tempo real, o PBR se mantém como o formato padrão de
mercado.
O processo de criação de texturas, assim como toda a linha de produção de
modelos, está em constante evolução. O mercado gera inovações que são
aderidas ao processo produtivo todo ano. Um artista que trabalha no
mercado de entretenimento precisa se atualizar sempre. Estudo e
treinamento são elementos que irão acompanhar sempre essa jornada em
busca da criação de texturas e modelos de alta qualidade.
referências
Referências
Bibliográ�cas
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http://arl.cs.washington.edu/tutorials/uvtut/photoshop.htm Acesso em: 03 01
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