Autor: André Luiz Buttignoli Vieira - e-mail/Site: [Tens de ter uma conta e sessão iniciada para poderes visualizar este link]

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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 [Tens de ter uma conta e sessão iniciada para poderes visualizar este link] 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 [Tens de ter uma conta e sessão iniciada para poderes visualizar este link] 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 [Tens de ter uma conta e sessão iniciada para poderes visualizar este link]
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 [Tens de ter uma conta e sessão iniciada para poderes visualizar este link]
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 [Tens de ter uma conta e sessão iniciada para poderes visualizar este link]
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]