O termo Shaders ficou confuso para os usuários mais novos de 3ds max desde a versão 6, porque o Mental Ray foi incorporado ao programa e usa este termo com significado completamente diferente. Ele adicionou diversos recursos novos no Material/Map Browser e todos são conhecidos por Shaders. Qualquer rotina que interfira no render é chamado de Shader pelo Mental Ray. No 3ds max é diferente, Shader é um conjunto de recursos para configurar como a luz vai se comportar na superfície do material, você não pode chamar um recurso de lente como Shader no 3ds max, mas no Mental Ray é um Shader. Nesta matéria eu pretendo explicar os recursos dos Shaders do 3ds max, que surgiram na versão 3 do programa, quando recebeu a lista Drop Down com todos os Shaders disponíveis e passou a permitir que qualquer empresa desenvolva Shaders para o Max como plug-in. Mas levando em conta que o Mental Ray tem total compatibilidade com o 3ds max e traduz os materiais padrões na hora de renderizar, você pode usar estes recursos para criar materiais mais reais e renderizar com o Mental Ray ou com o Scanline, eles serão aceitos por ambos sem problemas.

Os Shaders definem a forma como o material vai tratar a luz que incidir na superfície do objeto, adicionando ou modificando recursos do material padrão para oferecer o que você precisa, o material é um conjunto de configurações que permitem simular um determinado material real. Entre os recursos que o material dipõe estão o brilho, o realce, a opacidade, a auto-iluminação, a rugosidade, o reflexo, a refração, entre muitos outros. Essa gama de recursos está baseada no Shader escolhido para usar no material, dependendo do Shader, estes recursos mudam ou outros são adicionados.

Lista de Shaders
Nos testes eu vou usar sempre a cor vermelha no Diffuse e vou modificar apenas os recursos que controlam ação da luz, assim, fica bem mais fácil identificar a diferença na superfície e no brilho de cada Shader.

Vamos começar falando sobre o Shader Blinn, que é o mais usado, ele é um Shader genérico, ou seja, serve para quase todos os materiais, pode ser usado para criar desde pástico até metal, basta ajustar corretamente. Veja nas figuras abaixo como o Blinn permite aspéctos bem variados no tratamento da luz na superfície. Na figura 1 eu coloquei 0 em Specular Level e Glossiness, assim, temos um material onde a luz não cria o ponto Specular, usamos esta configuração em materiais porosos ou sem polimento nenhum, materiais rústicos, sujos ou envelhecidos. Na fugura 2 eu desliguei a Backlight, para visualizar melhor a esfera de exemplo e o efeito desejado, depois, coloquei 50 em Specular Level e 5 em Glossiness, deixando o material com alto realce e quase nenhum brilho. Este tipo de configuração pode ser usada para alguns tipos de tecido, espuma, materiais polidos envelhecidos ou sujos, borracha, materiais acetinados e cerâmica. Na figura 3 eu peguei o mesmo material da figura 1 e coloquei 50 em Specular Level e Glossiness, assim, temos um material mediamente polido, por exemplo, plásticos, piso cerâmico, piso de madeira, piso de ardósia, pituras a tinta látex, tinta óleo e tinta plástica.

Figura 1 (Blinn) / Figura 2 (Blinn) / Figura 3 (Blinn)

Na figura 4 eu troquei os valores para 100 em Specular Level e 80 em Glossiness, veja como o ponto Specular fica bem agudo. Este é um material altamente polido e muito raro na natureza, é mais facilmente encontrado em produtos manufaturados. Este tipo de configuração é usada em metais de jóias, espelhos, acrílicos, vidros e água. Na figura 5 eu diminui o valor de Glossiness para 25, criando um material de alto realce, também pouco comum, essa configuração é usada em vidro jateado, aço galvanizado e qualquer material com brilho difuso. Na figura 6 eu coloquei o valor 60 em Specular Level e 15 em Glossiness, mas modifiquei o valor de Soften, mais abaixo, para 1, em vez de 0.1 como é originalmente. Isso deixa a mesclagem entre o ponto specular, a cor ambiente e a cor difusa muito mais suave, assim, temos um material menos polido mas com alto realce, como acontece em mutios plásticos, tecidos sintéticos, alguns vegetais, plantas e objetos polidos envelhecidos, como um móvel de madeira mais antigo. Vale lembrar que isso tudo não é uma lei, não é uma regra, é uma tentativa de dar um caminho para quem deseja conhecer melhor a criação de materiais. É importante que você leia também os dois tutoriais sobre o Material/Map Browser aqui no site www.tresd1.com.br, neles eu explico as funções de todos os mapas procedurais do 3ds max, muito úteis na composição de materiais reais.

Figura 4 (Blinn) / Figura 5 (Blinn) / Figura 6 (Blinn)


Para conseguir obter uma cena realista em 3D depende de vários aspectos, os materiais são muito importantes nesta questão, mas a iluminação é tão importante quanto e pode alterar o ajuste dos materiais. Com um bom conhecimento de materiais e iluminação, certamente chegará num resultado foto-realista. Aqui no site www.tresd1.com.br tem tutoriais explicando os recursos das luzes Standard, das luzes Photometrics e também das sombras do 3ds max.

Continuando o estudo, agora eu modifiquei o Shader dos três primeiros materiais mostrados nesta matéria para Phong. Este é o Shader mais antigo e era muito usado no 3D Studio para DOS, o antecessor do 3ds max, o nome vem da pessoa que criou o algorítimo do Shader. O Phong é muito parecido com o Blinn, ele também é um shader genérico, pode ser usado da mesma forma que expliquei no Blinn e pode ser aplicado nos mesmos materiais que descrevi acima.

Figura 7 (Phong) / Figura 8 (Phong) / Figura 9 (Phong)

A diferença entre o Blinn e o Phong é muito tênue, ela está na luz refletida ou Backlight, aquela que aparece na silueta do objeto. Perceba como a luz refletida muda no exemplo da figura 9, criada com o Phong, em relação a figura 3, criada com o Blinn, que tem as mesmas configurações e apenas o Shader diferente. Fica mais perceptível quando o ponto specular for mais difuso, comparando as figuras 4, 5 e 6, criadas com o Blinn, em relação as figuras 10, 11 e 12, criadas com o Phong, fica bem nítida a diferença, principalmente nos materiais mediamente polidos ou com alto realce, o Phong deixa o ponto especular da Backlight mais anisotrópico.

Figura 10 (Phong) / Figura 11 (Phong) / Figura 12 (Phong)

Agora eu peguei os mesmos exemplos e troquei o Shader para Metal, se estiver fazendo isso no seu 3ds max, perceberá que não ficou parecido com metal, para criar metal precisa de outros mapas aplicados no material, como RayTrace para criar reflexos e Falloff para criar Fresnel. Neste teste eu estou mostrando o comportamento do brilho do metal, o reflexo é independente, você pode ler sobre isso no tutorial Reflexos aqui no site www.tresd1.com.br. Este Shader foi criado para fazer materiais metálicos, mas pode ficar muito exagerado ou esquisito dependendo da configuração, com valores altos de Specular Level e Glossiness você consegue um bom material metálico, mas se não tomar cuidado com a cor de Diffuse, o ponto especular fica muito estourado ou a superfície do metal fica muito escura, como mostra a figura 16. Usando valores variados para testar as propriedades do Shader, você perceberá que ele não tem comportamento metálico dependendo da configuração, com zero no Specular Level e no Glossiness ele fica igual o Blinn ou o Phong, como mostra a figura 13. Usando valores medianos nos dois, para criar um brilho mais difuso, igual fizemos com o Blinn e o Phong, você consegue obter materiais acetinados, como mostram as figuras 14, 15 e 17. Usando valore mais baixos no Specular Level e altos no Glossiness, você consegue um material com brilho metálico, adequado para metais rústicos, como mostra a figura 14. O Shader Strauss também é muito bom para criar metais, como veremos mais abaixo, mas o ideal mesmo é usar um material RayTrace em vez do material Standard quando se tratar de metais.

Figura 13 (Metal) / Figura 14 (Metal) / Figura 15 (Metal)

Figura 16 (Metal) / Figura 17 (Metal) / Figura 18 (Metal)

O Strauss é bem melhor para criar metais do que o próprio Shader Metal, porque ele permite uma variação mais homogênia entre o ambiente, o Diffuse e o Specular. Basta definir a cor, o valor do brilho e a metalicidade do material. Usando 0 no valor de Metalness, o material não fica metálico, como mostra a figura 19. Com o valor 100 no Metalness, o material fica totalmente metálico, mas a metalicidade depende do brilho (Glossiness), então, você precisa de pelo menos um pouco de brilho para poder transparecer a metalicidade do material. Quanto maior for o valor de Glossiness, mais brilho terá o material e mais metálico ficará, como mostram as figura 22 e 24. Com valores mais baixos no Glossiness você consegue obter metais menos polidos, igual metal galvanizado ou escovado, como mostram as figuras 21 e 23. Com valores mais baixos no Glossiness e no Metalness, o material fica parecido com plástico, como mostra a figura 20.

Figura 19 (Strauss) / Figura 20 (Strauss) / Figura 21 (Strauss)

Figura 22 (Strauss) / Figura 23 (Strauss) / Figura 24 (Strauss)

O Oren-Nayar-Blinn é um Shader muito especial, ele permite criar certos materiais que eram difícies até o 3ds max 3, quando todos estes Shaders foram adicionados no programa, com excessão do Phong e do Blinn. O Oren-Nayar-Blinn é muito parecido com o Blinn, a principal diferença é que você pode controlar o valor de Diffuse Level e de Roughness, estes parâmetros modificam o comportamento da luz sobre o material.

Figura 25 (Oren-Nayar-Blinn) / Figura 26 (Oren-Nayar-Blinn) / Figura 27 (Oren-Nayar-Blinn)

O Oren-Nayar-Blinn é indicado para criar materiais porosos, como tecido, veludo, pele, casca de pêssego e qualquer material que tem o brilho distribuido de forma bem difusa. O valor do Roughness que define essa porosidade do material, se usar zero, o material se comportará igual o Shader Blinn. Mantendo o valor padrão 50 e colocando zero no Specular Level e no Glossiness, você obtém um material poroso, como mostra a figura 25, mas pode melhorar muito isso usando mapas Falloff, como mostro no tutorial Material/Map Browser 1 aqui no site www.tresd1.com.br, que também é muito importante para aprender a criar materiais realistas. Aumentando o valor do Specular Level e mantendo baixo o valor de Glossiness, você cria o brilho difuso sobre a superfície, como mostra a figura 26.

Figura 28 (Oren-Nayar-Blinn) / Figura 29 (Oren-Nayar-Blinn) / Figura 30 (Oren-Nayar-Blinn)

Se modificar o Glossiness e o Specular Level como fizemos no Blinn, o brilho se comportará igual ao Blinn, como mostram as figuras 27, 28, 29 e 30, mas você tem a vantagem de poder controlar o Roughness, que funciona como um Falloff no Diffuse, deixando a superfície mais clara quando vista paralelamente e mais escura quando vista perpendicularmente. Além disso você tem o Diffuse Level, que é um controle de saturação do canal Diffuse, permitindo que você aumente ou diminua a intensidade da \"pintura\" do objeto sem precisar modificar a iluminação, como mostram as figuras 31, 32 e 33, ambas com parâmetros iguais em tudo, menos no valor de Diffuse Level.

Figura 31 (Oren-Nayar-Blinn) / Figura 32 (Oren-Nayar-Blinn) / Figura 33 (Oren-Nayar-Blinn)

Outro Shader muito útil é o Anisotropic, até o Max 2.5 era impossível conseguir o mesmo efeito, sem este Shader só era possível criar materiais com brilho isotrópico (circular), com o Anisotropic você pode criar materiais que formam um brilho alongado, como acontece em muitos metais, vidros e também em pêlos e cabelos. Colocando zero no Specular Level e no Glossiness, ficará igual a todos os outros materiais até agora (figura34), porque sem brilho todos são iguais, exceto o Oren Nayar Blinn, por causa do parâmetro Roughness. Aumentando o valor de Specular Level e Glossiness, o brilho aparece e será alongado, como mostram as figuras 35, 36, 37 e 38. O funcionamento do Glossiness e do Specular Level é idêntico ao do Blinn, o primeiro controla o quanto que o material é polido e o segundo controla a intensidade do brilho, a diferença é que o brilho fica alongado no Shader Anisotropic.

Figura 34 (Anisotropic) / Figura 35 (Anisotropic) / Figura 36 (Anisotropic)

Figura 37 (Anisotropic) / Figura 38 (Anisotropic) / Figura 39 (Anisotropic)

Você pode controlar o alongamento do ponto especular no parâmetro Anisotropy, quanto maior for este valor, mais alongado ele fica, se colocar zero, ficará com o brilho isotrópico igual ao Blinn. O controle da anisotropia é muito importante, porque o material pode variar a anisotropia do brilho de acordo com o ângulo de visão. O Anisotropy permite que você atribua um mapa para fazer este controle, onde for branco, o Anisotropy fica com valor 100, onde for preto, o Anisotropy fica com valor zero. Na figura 39 eu apliquei um mapa Checker em listras para controlar o Anisotropy, onde é branco ficou com o brilho bem alongado e onde é preto ficou com o brilho bem arredondado. O parâmetro Orientation permite que você defina o ângulo do brilho anisotrópico, na figura 40 ele está com zero, na figura 41 ele está com 45 e na figura 42 ele está com 90. Normalmente você vai usar zero ou 90 neste valor.

Figura 40 (Anisotropic) / Figura 41 (Anisotropic) / Figura 42 (Anisotropic)

Figura 43 (Anisotropic) / Figura 44 (Anisotropic) / Figura 45 (Anisotropic)

O controle do Orientation é muito importante para conseguir determinados efeitos de brilho e você pode ter controle total usando mapas, tanto procedurais como Bitmaps. Se aplicar um Gradient Linear, o brilho será alongado na mesma direção do Gradient, como mostra a figura 43, onde usei um Gradient Linear na direção vertical. Se aplicar um Gradient Radial, o brilho ficará circular, igual mostra a figura 44. Compondo com os diversos mapas procedurais que o 3ds max oferece e ladrilhando, movendo e rotacionando com os recursos do menu Coordinates, você consegue criar uma infinidade de tipos diferentes, como mostra a figura 45. Por isso é muito importante conhecer bem os mapas procedurais do 3ds max, você pode ler sobre isso nos tutoriais Material/Map Browser 1 e 2, ambos na seção Tutoriais aqui do site www.tresd1.com.br. Este Shader também tem o parâmetro Diffuse Level, que permite o controle da intensidade da cor difusa do material, igual expliquei no Oren Nayar Blinn. Nas figuras 46, 47 e 48, todos os parâmetros do material são idênticos, modifiquei apenas o valor do Diffuse Level, deixando a superfície mais clara ou mais escura.

Figura 46 (Anisotropic) / Figura 47 (Anisotropic) / Figura 48 (Anisotropic)

O Shader Multi-Layer é o mais completo do 3ds max e oferece todos os recursos explicados nos Shaders anteriores, exceto os recursos exclusivos dos Shaders de metal e do Translucent. O Multi-Layer ainda tem ferramentas que permitem gerar dois Layers de brilho no objeto, é ótimo para simular uma camada de verniz sobre a pintura e efetios similares. Ele é bem parecido com o Shader Anisotropic, explicado acima, mas o Multi-Layer permite controlar também o Roughness e tem dois conjuntos de configurações para o ponto especular, possibilitando criar materiais com efeitos especulares altamente complexos. Para facilitar o estudo, eu vou usar a cor branca no primeiro Layer Specular e a cor amarela no segundo Layer Specular. Se você colocar zero no Specular Level e no Glossiness dos dois Layers, o material fica sem brilho (figura49) como aconteceu nos Shaders anteriores. Se você aumentar estes valores, o brilho aparece alongado igual aconteceu no Anisotropic, mas no Multi-Layer aparecem dois brilhos juntos. Fica bem fácil de perceber se colocar 90 no Orientation do segundo Layer Specular, assim, um brilho fica na horizontal e o outro fica na vertical. As funções do Specular Level, Glossiness, Anisotropic e Orientation são idênticas as que expliquei no Shader Anisotropic, tanto no primeiro como no segundo Layer de brilho, e você pode controlar cada um deles independentemente.

Figura 49 (Multi-Layer) / Figura 50 (Multi-Layer) / Figura 51 (Multi-Layer)

Figura 52 (Multi-Layer) / Figura 53 (Multi-Layer) / Figura 54 (Multi-Layer)

Com valores baixos no Specular Level e no Glossines dos dois Layers, os dois brilhos ficam mais difusos, como mostra a figura 50, aumentando o Specular Level do primeiro Layer e o Anisotropic do segundo Layer, o brilho branco fica mais forte e o brilho amarelo fica mais alongado, como mostra a figura 51. Se você aumentar o Anisotropic dos dois Layers, os dois brilhos ficam bem alongados, como mostra a figura 52. Controlando o Specular Level e o Glossines dos dois Layers, você aumenta ou diminui os brilhos, igual aconteceu no Shader Anisotropic, mas aqui são dois, como mostra a figura 53. Colocando valores altos no Specular Level e no Glossiness dos dois Layers, os brilhos ficam fortes e agudos, formando uma pequena estrela, como mostra a figura 54.

Figura 55 (Multi-Layer) / Figura 56 (Multi-Layer) / Figura 57 (Multi-Layer)

Fazendo configurções diferentes para cada Layer de brilho, você consegue obter pontos especulares muito variados, como mostram as figuras 55 e 56. Como você tem dois Layers especulares e pode controlar cada um deles usando mapas diferentes, é possível criar uma infinidade de combinações. Você pode mesclar o efeito gerado pelo mapa Gradient Linear com o efeito gerado pelo mapa Gradient Radial no Orientation, mostrados nas figuras 43 e 45 do Anisotropic, assim, o brilho ficará igual a figura 57. Normalmente as pessoas configuram o material usando apenas o primeiro Layer de brilho, definindo assim a superfície do objeto, depois, configuram o segundo Layer de brilho, para simular a camada de verniz. O Multi-Layer também oferece o controle do Diffuse Level, que permite ajustar a intensidade da superfície sem modificar a iluminação, igual mostrei nas figuras 46, 47 e 48 do Shader Anisotropic.

Figura 58 (exemplo do Shader Translucent do 3ds max)

O Shader Translucent é mais novo, ele foi adicionado no 3ds max 5, e serve para simular materiais translúcidos em algumas situações, mas não em todas. A translucência acontece quando o material permite a passagem da luz, de acordo com a sua espessura, mas não permite ver nitidamente os objetos que estão atrás, porque a luz sofre muitas refrações para conseguir atravessar esse tipo de material. Existem muitos materiais assim, como cêra, acrílico leitoso, uma folha de papel e a própria pele humana. Se você colocar a mão atrás de uma folha de papel contra a luz, conseguirá ver o contorno da sua mão, este tipo de translucência é possível simular no render padrão com o Shader Translucent sem problemas, como mostra a figura 58.

Figura 59 (exemplo de translucência Shader do Mental Ray)

Mas em muitos casos, o Shader Translucent do 3ds max não vai obter o resultado adequado, porque ele faz a translucência apenas da sombra e não da luz, isso ele simula com um tipo de Self-Illumination, identificando as diferenças de espessura, mas a luz não atravessa de verdade. Imagine uma vela de 7 dias quase no final, a chama está bem no fundo e forma uma casca em volta, você consegue identificar onde está a chama pela luminosidade que atravessa a parede da vela, ou então, imagine uma luz forte dentro de um cano de PVC, ou mesmo um abajur. O Shader Translucent do 3ds max não vai conseguir simular essas situações adequadamente, porque a luz não vai atravessar de verdade esses materiais. Este tipo de efeito só poderá ser reproduzido usando renderizadores profissionais, perceba como a luz realmente atravessa o objeto na figura 59, tanto que até gera a sombra do outro objeto, de forma bem difusa, como deve ser neste caso. Essa imagem foi renderizada com Shaders do Mental Ray usando uma luz Omni na parte inferior do Tube.

Figura 60 (Translucent) / Figura 61 (Translucent) / Figura 62 (Translucent)

O Shader Translucent do 3ds max também tem os parâmetros Specular Level e Glossiness, funcionam da mesma forma que nos outros Shaders, mas ele tem ainda o grupo Translucency contendo os parâmetros Translucent Clr (Color), Filter Color e Opacity. Normalmente é usada a mesma cor do Diffuse no Translucent Clr e no Filter Color, as vezes em tons diferentes, mais claros ou mais escuros, para controlar o efeito, você pode aplicar mapas procedurais para ter mais controle. Todo material translúcido tem algum grau de transparência, normalmente é mínima, mas tem, se deixar muito transparente fica parecido com vidro, como mostra a figura 60. Com valores mínimos de transparência e brilho difuso você consegue um material com aspecto translúcido, como mostra as figuras 61 e 62.

Por fim, gostaria de lembrar que a criação de materiais reais depende muito da sua observação do mundo, depois que começa a trabalhar com 3D você passa a ver o mundo de forma diferente, reparando em detalhes de luz, de sombra, de materiais que antes passavam desapercebidos. É a prática nessa observação e o conhecimento dos recursos do renderizador que você está usando que permite chegar ao fotorealismo em 3D. Mas lembre-se, se está iniciando, o ideal é aprender tudo do render padrão antes de partir para renderizadores profissionais, porque é muito mais fácil, muito mais rápido e praticamente tudo que aprender será usado no renderizador que escolher.

Andre Buttignoli Vieira