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Tutoriais - Texturização

O que é HDRI e como usar

Uma imagem RGB consegue guardar todas as cores da cena fotografada, mas não faz distinção dos diferentes níveis de brilho em cada área da foto, por exemplo, a parte mais clara da imagem só pode ser branca no padrão de cores RGB, sendo assim, se você fotografar o sol, sairá uma área branca na imagem com o valor RGB = 255, que é o tom mais claro possível neste padrão. Se você fotografar uma luz luz comum, também sairá branco 255 na imagem, e se você fotografar uma parede branca bem iluminada, também sairá branco 255 na imagem.
Só que há uma diferença muito grande entre estes brancos na cena real, o branco do sol é muito mais forte e intenso do que o branco da luz e do que o branco da parede.
Se você pegar a imagem RGB do sol e abrir no PhotoShop para retirar brilho, a área branca do sol ficará cinza, porque RGB só tem 24 bits e guarda branco com apenas uma intensidade, os tons mais escuros do que branco são cinzas claros no padrão RGB.
A única forma de retirar brilho dessa foto seria fotografando novamente com uma exposição menor do filme a luz, assim, toda a imagem ficaria mais escura, mas o sol continuaria bem claro e altamente brilhante.
Se a imagem fosse RGBA, ela teria 32 bits e guardaria o canal Alpha, mas as cores continuam tendo apenas 256 tons.

O formato HDRI (High Dynamic Range Imagem) permite guardar todas as cores da imagem fotografada e também a intensidade luminosa de cada área, pois é uma imagem RGBA-E de 64 bits, assim, você pode ajustar o brilho com perfeição como se tivesse fotografando novamente com menor exposição do filme a luz, pois as áreas de alto brilho não ficarão cinzas.
A diferença é que a imagem HDR não vai apenas até 255, ela permite valores absurdamente altos, por exemplo, a fotografia do sol poderia ser ser um branco com valor 10 000 000, enquanto que a fotografia da luz teria um branco 1500 e a fotografia da parede teria um branco 255. Você pode ver isso facilmente se abrir a imagem HDR no 3ds max pelo File>View Image File, clicando com o botão direito sobre ela, aparece as propriedades dos pixeis selecionados, veja como os valores são muito maiores do que 255 nas áreas claras, e numa área que é completamente branca, pode haver variações grandes de valor, pois a intensidade costuma ser maior no centro da área luminosa.
Figura 1 - Comparação ilustrativa entre RGB e HDRI


Essa propriedade de guardar a intensidade real da luminosidade nas imagens não é novo, no Max 1 já havia o recurso de Non Clamped Colors, também conhecido por Real Pixel Format, mas só era possível em cenas renderizadas em 3D e não havia controle da exposição. A tecnologia HDRI é um avanço sobre este antigo sistema e abriu uma grande gama de possibilidades, porque permite a captura da intensidade luminosa numa fotografia real, permite controlar a exposição dessa iluminação e permite usar essa imagem para iluminar um ambiente, reproduzindo fielmente a iluminação real da cena original. Mesmo num render sem o recurso de Global Illumination, é possível usar uma imagem HDR como Environment para gerar reflexos mais realistas do ambiente, pois como a imagem RGB só chega até branco, os reflexos das áreas de alto brilho ficam desbotados quando a imagem é RGB.
Figura 2 - Exemplo de variação de exposição a luz na imagem HDR

O 3ds max passou a aceitar HDRI a partir da versão 5, quando teve o plug-in de importação deste formato integrado do programa, mas é possível usar HDRI para criar reflexos realistas nas versões 3 e 4 com o plug-in de importação disponível na seção Plug-ins aqui do site www.tresd1.com.br.
Para iluminar com HDRI é necessário o cálculo de iluminação global, que não era possível no render padrão do 3ds max até a versão 5, quando ele ganhou os recursos Radiosity e LightTracer derivados do antigo e famoso LightScape. A partir dessa versão é possívelo iluminar com uma imagem HDRI usando um destes dois módulos de render. A partir do Max 6 foi integrado o Mental Ray, que permite gerar todos os recursos modernos de iluminação, inclusive HDRI.

Sabendo o que é essa tecnologia, vamos fazer alguns exemplos para você ver na prática como funciona. A aplicação da imagem HDR para gerar reflexos realistas é bem simples e similar em todos os renderizadores.
No Final Render, no Brazil Render, no render padrão (Scanline) e no Mental Ray, basta aplicar a imagem como Environment, tanto no fundo como no material RayTrace, da mesma forma que sempre foi feito com imagens RGB no 3ds max. No V-Ray tem uma pequena diferença, porque ele possui seu próprio recurso de Environment e seu próprio mapa para abrir imagens HDR, nele é necessário usar o mapa VRayHDRI e aplicar essa imagem no Reflections do menu Environment, que se encontra na janela Render Scene entre os menus de configuração do V-Ray.
Figura 3 - Reflexo de imagem RGB / Figura 4 - Reflexo de imagem HDR

Agora, para iluminar com uma imagem HDR, o processo é bem diferente em cada renderizador, pois cada um tem seu próprio esquema para fazer isso.
No Scanline o no Mental Ray é bem parecido, basta aplicar a imagem HDR como mapa na SkyLight, lembrando que no Scanline é necessário habilitar o LightTracer e no Mental Ray é necessário habilitar o Final Gather, só assim a iluminação proporcionada pela SkyLight é calculada, com ou sem imagem HDR aplicada.
Já no Final Render e no Brazil Render, basta aplicar a imagem no Environment para ela gerar a iluminação quando os cálculos de Global Illumination forem efetuados, o Final Render aceita a imagem HDR na SkyLight também.
No V-Ray é necessário usar o mapa VRayHDRI para abrir a imagem HDR e depois você deve aplicá-lo no Environment próprio do V-Ray, que está dentro do menu Environment entre os menus do V-Ray na janela Render Scene.

Eu fiz uma cena bem simples para testar, coloquei um Plane como piso e apliquei material de madeira, depois, criei um Chanfer Box e duas esferas sobre ele, aplicando um material cromado no Chanfer Box e numa esfera, na outra eu apliquei um material cinza padrão, para testar o comportamente de um material sem brilho. Tem uma questão importante na iluminação, mesmo que você gere luz com materiais ou imagens HDR nos renderizadores profissionais, é necessário criar pelo menos uma luz na cena e apagá-la, porque o 3ds max não desligará as luzes de serviço até que você crie uma luz na cena. Se estiver usando o V-Ray, ele tem uma opção para desligar as luzes padrões nos menus do render, mas se estiver usando o Final Render ou o Brazil Render, é necessário criar uma luz e colocar zero no Multipler dela. No render padrão e no Mental Ray você vai criar uma SkyLight, que é o caso do meu exemplo, mas além de colocar a imagem HDR na Skylight, também vou coloca-la no fundo para mostrar o ambiente que está iluminando a cena.
Renderizando a imagem você verá o resultado, a iluminação da cena é gerada, inclusive criando sombras e os reflexos são realistas.
Figura 5 - iluminação da cena / Figura 6 - iluminação da cena
Figura 7 - iluminação da cena / Figura 8 - iluminação da cena
Figura 9 - Probe Light usada nas cenas

Você pode modificar a intensidade da iluminação facilmente, existem várias formas para fazer isso, mas cada renderizador trabalha de forma diferente, no V-Ray e no Final Render você deve ajustar a intensidade nos próprios parâmetros do mapa que abre o HDRI
No render padrão, Brazil Render e Mental Ray, você modifica os valores de exposição no gráfico da janela que aparece quando abre o HDRI. Você pode chamar essa janela de novo clicando no nome da imagem dentro do mapa Bitmap, como se fosse carregar outra imagem, na janela do Browser aparece o botão Setup do lado esquerdo, clicando nele você pode configurar a exposição da imagem HDR novamente. Conforme modifica o valor do gráfico, aparecem áreas rosas na imagem de exemplo, as áreas rosas são as áreas de alto brilho que emitem bastante luz, quanto mais áreas rosas tiver na imagem, maior será a exposição e a iluminação que ela vai gerar, normalmente deve-se manter as áreas rosas apenas onde tem fontes luminosas, mas aqui estamos testando, então, modifique bastante o gráfico e renderize para você ver.
Outra forma de modificar a intensidade da imagem HDR nestes renderizadores é usando o menu Output do Bitmap, se aumentar o valor do RGB Level ou do RGB Output, a imagem fica mais intensa.
Agora, veja como é simples modificar totalmente a iluminação do ambiente, apenas troque a imagem HDR por outra e renderize a cena novamente.
Figura 10 - Iluminação da cena/ Figura 11 - Probe Light usada
Figura 12 - Iluminação da cena/ Figura 13 - Probe Light usada
Figura 14 - Iluminação da cena/ Figura 15 - Probe Light usada
Figura 16 - Iluminação da cena/ Figura 17 - Probe Light usada
Figura 18 - Iluminação da cena/ Figura 19 - Probe Light usada
Figura 20 - Iluminação da cena/ Figura 21 - Probe Light usada

Esse formato esférico das imagens HDR é bem comum, é conhecido como Porbe, porque normalmente as imagens HDR são geradas tirando foto de esferas cromadas, você pode desenvelopar e transformar numa imagem panorâmica usando o programa gratuito HDRShop, listado na seção de softwares aqui do site www.tresd1.com.br. Existem outros formatos também, como cúbico e cilíndrico.
Você pode criar imagens HDR no 3ds max, qualquer imagem renderizada pode ser salva como HDR e guardará a intensidade luminosa. Você pode transformar uma imagem comum em HDR usando um subterfúgio, basta criar um mapa de Self-Illumination para definir as áreas de brilho e aplicar o material numa esfera ou no Background, pode até ser a mesma imagem copiada no canal Self Illumination, depois, é só salvar o render no formato HDR.

Muita gente quer saber como criar sua própria imagem HDR a partir de um ambiente real. Não é fácil, mas existem duas formas, uma é comprar a câmera Spheron HDR que custa uma fortuna. A outra forma é mais artesanal, mas permite que qualquer pessoa capture uma imagem HDR do ambiente. Você precisa tirar várias fotos do mesmo ambiente com diferentes exposições do filme a luz, assim, terá várias fotos do ambiente que vai desde uma imagem escura pela falta de exposição até uma imagem estourada devido a grande exposição, todas essas imagens compostas no PhotoShop CS 2 ou superior, permite montar a imagem HDR. Normalmente é necessário uma imagem panorâmica para aplicar no ambiente e englobar a cena, então, a foto é tirada de uma esfera cromada que permite capturar uma parte maior do ambiente, essa imagem é chamada de Probe.

André Buttignoli Vieira

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Andre Vieira Comentou em 06/08/2011 17:31 Ver comentário

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