Tudo que você precisa saber sobre renderização baseada em física.

Para artistas de texturas, entender como raios de luz interagem com superfícies é importante, pois seu trabalho é criar texturas que imitam uma superfície. As texturas e os materiais que você cria interagem com a luz em mundos virtuais. Quanto mais você entender como a luz se comporta, melhor ficarão suas texturas. 

A renderização baseada em física (PBR), às vezes chamada de sombreamento baseado em física (PBS), é um método de sombreamento e renderização que fornece uma representação mais precisa de como a luz interage com as propriedades de um material. Dependendo do aspecto do fluxo de trabalho de modelagem 3D sendo discutido, geralmente o termo PBS é usado para conceitos de sombreamento, enquanto PBR se refere à renderização e à iluminação. Os dois termos descrevem o processo de representar ativos com fidelidade às leis da física.

Se você trabalha com um sistema de renderização em tempo real em computação gráfica ou produção de filmes 3D, adotar um método de sombreamento com renderização baseada em física pode aprimorar seu fluxo de trabalho. 

• Ativos de aparência realista. A PBR elimina o processo de tentativa e erro da criação de atributos de superfície como transparência, uma vez que sua metodologia e os algoritmos têm como base fórmulas com precisão física e lembram materiais do mundo real.
• Ambientes coesos. Independentemente dos sistemas de iluminação usados, outros ativos sempre funcionarão em um ambiente de PBR.
• Fluxo de trabalho sustentável. A PBR é um fluxo de trabalho amplamente adotado para criar artes consistentes, mesmo entre artistas diferentes. “Ela reduz o tempo de produção”, afirma Wes McDermott, produtor criativo da Adobe, “permitindo focar mais na criatividade e menos na ciência do que você está fazendo”. 

Ao trabalhar em um fluxo de trabalho de PBR, o artista deve observar a reflexibilidade básica ou a quantidade mínima de cor e luz refletida.

“Reflexão especular” se refere à luz refletida por uma superfície. O raio de luz é refletido pela superfície e enviado para outra direção. Ela segue a lei da reflexão, que diz que, em uma superfície perfeitamente plana, o ângulo de reflexão é igual ao ângulo de incidência.

No entanto, a maioria das superfícies é irregular, e a direção refletida varia com base na rugosidade da superfície. Isso altera a direção da luz, mas sua intensidade permanece constante.

Superfícies mais irregulares apresentam áreas luminosas maiores e mais difusas. Em superfícies mais lisas, os reflexos especulares continuam concentrados e parecem mais brilhantes ou intensos quando vistos do ângulo certo.

Os termos difusão, luz difusa ou dispersão subsuperficial descrevem o efeito da luz que foi absorvida ou espalhada internamente. Quando a luz é espalhada, a direção dos raios muda aleatoriamente, e a quantidade de desvio depende da rugosidade da superfície do material, pois superfícies rugosas espalham a luz. A difusão torna a direção da luz aleatória, mas não muda sua intensidade. Às vezes, a luz espalhada pode reaparecer na superfície, tornando-se visível novamente.

Materiais que possuem alta dispersão e baixa absorção são às vezes chamados de meios participantes ou materiais translúcidos. Alguns exemplos são fumaça, leite, pele, jade e mármore.

Ao atravessar materiais translúcidos, a luz pode ser absorvida ou espalhada. Quando a luz é absorvida, a intensidade diminui, pois ela se transforma em outra forma de energia, como calor. A cor é alterada dependendo do comprimento de onda, mas a direção do raio não muda.

Se não há dispersão e a absorção é baixa, os raios atravessam diretamente a superfície, como no caso do vidro. Imagine mergulhar em uma piscina limpa. Você poderia abrir os olhos e enxergar através da água clara. Entretanto, se essa mesma piscina estivesse suja, as partículas de sujeira espalhariam a luz, diminuindo a claridade da água e a visibilidade.

Quanto maior a distância percorrida pela luz em um material como esse, mais absorvida e/ou espalhada ela é. Por isso, a espessura do objeto tem um papel fundamental em quanto a luz é absorvida ou espalhada.

O efeito Fresnel, como observado pelo físico francês Augustin-Jean Fresnel e citado pelo professor de computação gráfica Wenzel Jakob, afirma que a quantidade de luz refletida de uma superfície depende do ângulo em que ela é observada.

Novamente, imagine uma piscina. Se você olhar direto para baixo, perpendicular à superfície, conseguirá enxergar o fundo. Observar a superfície dessa maneira significa um ângulo de zero grau ou incidência normal, aqui entendido como o normal da superfície. Ao olhar para a piscina em uma incidência rasante, mais paralelo à superfície, os reflexos especulares na superfície da água se tornam mais intensos e você não consegue enxergar abaixo da superfície.

Conforme se avança no trabalho com texturas, é importante expandir seu conhecimento sobre esses conceitos-chave de iluminação 3D. Eles aprofundam sua compreensão de como a PBR funciona de uma perspectiva técnica, e você pode apreciar os resultados de uma perspectiva artística. “Ela cuida de boa parte do trabalho pesado”, acrescenta McDermott, que frequentemente adota a metodologia de PBR. “Posso passar mais tempo sendo criativo e criando coisas legais.”

Para saber mais sobre PBR, confira o The PBR Guide, escrito por Wes McDermott e publicado pela Allegorithmic.