Entendendo o Path Tracing com a Disney

A renderização de imagens em softwares 3d é sempre algo que gera dúvidas entre usuários iniciantes, devido a grande quantidade de opções e parâmetros que precisamos configurar para conseguir chegar nos resultados desejados. Entre os métodos mais populares de geração dessas imagens, encontramos o Path Tracing que é usado por diversos renderizadores diferentes, sendo o algoritmo principal do Cycles. Além do Blender Cycles encontramos o Path Tracing também no V-Ray, Octane Render e vários outros softwares. Mas, você sabe exatamente como o algoritmo funciona? Entender o seu funcionamento ajuda muito na formulação das cenas e projetos que usam o sistema.

Nos últimos dias encontrei um guia rápido e muito didático sobre o funcionamento do Path Tracing criado por uma empresa que não tem muita tradição em gerar tutoriais, a Disney. Sim, a empresa que é conhecida pela vasta gama de produção na área de animação criou um tutorial em vídeo explicando como funciona a renderização de imagens, e principalmente a iluminação de projetos 3d usando o Path Tracing.

Infelizmente não existem legendas em português, apenas as automáticas do próprio Youtube. Mas, apesar dessa dificuldade ainda considero um dos vídeos mais didáticos sobre o tema que já tive a oportunidade de assistir.

Quer um resumo sobre o Path Tracing? Se você não tem interesse em assistir ao vídeo, o resumo sobre o funcionamento do Path Tracing é o seguinte:

Método pelo qual os raios de luz são disparados da câmera, e traçam a rota pela cena rebatendo nas superfícies até encontrar uma fonte de luz. Até que o raio de luz encontre uma fonte, a sua contribuição não é considerada para a cena.

Com base nessa descrição, que apresento em detalhes no curso de renderização avançada com Blender Cycles podemos deduzir:

  • Fontes de luz com maior tamanho facilitam o processamento do algoritmo
  • Ambientes fechados apresentam maior dificuldade na resolução da iluminação

Apenas com o entendimento simples do processo, já podemos tirar conclusões interessantes sobre a iluminação de cenas para nossos projetos.

Aprendendo renderização 3D

Quer aplicar o Path Tracing na prática? Recomendo visitar o EAD – Allan Brito para conferir os seguintes cursos online que usam o Path Tracing:

Download gratuito de Light Probes para renderização

As técnicas usadas para iluminar ambientes e cenários digitais variam muito, e existem opções mais simples como o uso de pontos de luz distribuídos pelo cenário, até mesmo a aplicação de algoritmos de tentam simular o comportamento físico da luz, como é o caso do Path Tracing. Entre essas diversas técnicas de iluminação está a vertente do hiper-realismo que foca o seu trabalho na reprodução fiel da luz ambiente em cenários digitais. O objetivo é capturar as informações de luz em ambientes reais, e tentar levar isso para ambientes digitais por meio de imagens HDRI.

E para esse propósito os chamados Light Probes são excelentes, pois nada mais são do que imagens esféricas de um ambiente real que são aplicadas em ambientes virtuais, e permitem ao software reproduzir com muita fidelidade a iluminação no momento exato da captura. Esse artigo explica muito bem o processo de captura dos Light Probes, que são gerados com aquelas esferas cromadas que muitos já devem ter visto em sets de filmagem, exatamente para permitir a reprodução da luz do ambiente nos elementos virtuais que provavelmente devem ser inseridos na pós-produção.

Download gratuito de Light Probes para uso comercial

Bem, mas chega de explicar o que são os Light Probes. Quer fazer o download de alguns desses arquivos com permissão para uso comercial? Basta visitar esse endereço, para conferir alguns Light Probes gratuitos, que podem ser aplicados nas mais variadas situações. É possível renderizar imagens com praticamente qualquer software 3d ou renderizador externo. O web site que oferece os arquivos para download, é na verdade uma loja que comercializa pacotes com esses arquivos, e o link a seguir oferece sempre cinco Light Probes de maneira gratuita que segundo o proprietário da loja podem eventualmente mudar ao longo do tempo.

light probes

Quer um uso muito útil para os Light Probes, mesmo que você ache que eles não servem para você? Reflexões! Sim, o uso de materiais reflexivos em objetos 3d exige um ambiente ao seu redor para que seja possível refletir alguma coisa. Sempre que abordo o uso de materiais com algum nível de reflexão nas minhas aulas, reforço a necessidade de que sem um ambiente para gerar reflexos, os materiais tendem a ficar com aparência péssima!

Download gratuito de mapas HDRI para render de estúdio

O melhor ambiente para exibir objetos ou modelos 3d apenas é o que simula em todos os aspectos um estúdio fotográfico, em que os elementos são dispostos de maneira a criar um fundo infinito e também controlar de maneira minuciosa a iluminação e reflexões dos elementos. Para criar esse tipo de ambiente existem diversos tutoriais que orientam o artista a criar um objeto poligonal no plano de fundo, dobrado de maneira a simular um tecido posto sobre uma parede ou anteparo, e simular o fundo infinito. Na criação desse tipo de ambiente para exibir apenas objetos ou modelo 3d, é extremamente importante posicionar alguns pontos de luz em locais estratégicos para gerar reflexões na direção da câmera. É isso que vai fazer com que os materiais cromados fiquem com o aspecto de espelho.

Outra maneira de conseguir reflexões bem produzidas com um pouco menos de esforço na configuração de iluminação em qualquer cena, é usando o que chamamos de mapa HDRI para gerar a iluminação de uma cena. Essa é uma imagem especial em formato esférico que pode armazenar informações de iluminação do ambiente no momento em que o mapa foi gerado. Com isso, podemos selecionar esse tipo de imagem para usar como fonte de iluminação em projetos que façam uso de renderizadores avançados como o YafaRay, LuxRender, mental ray, VRay e outros.

O que você acharia em unir o ambiente de estúdio com mapas HDRI? Assim teríamos um mapa perfeito para usar em projetos que precisem gerar reflexões realistas, e uma iluminação já pré-configurada no próprio mapa. Caso você tenha interesse, descobri um conjunto de quinze mapas HDRI gratuitos para download nesse endereço. Todos eles foram criados para simular um ambiente de estúdio.

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O material pode ser copiado e usado sem nenhum tipo de restrição, basta respeitar a licença de uso do mesmo que é a Creative Commons 3.0. A única coisa que você deve fazer nesse caso é atribuir a autoria do material ao autor dos mapas HDRI, um usuário do Deviantart chamado zbyg. É só colocar a referência do link para o material original que você estará usando o material de maneira legalizada.

Mesmo com esse tipo de mapa, é importante modelar pelo menos uma estrutura básica no seu cenário 3d e usar a textura apenas para produzir as reflexões e iluminação na cena. Só para lembrar, é possível renderizar cenas com HDRI usando praticamente qualquer software 3d e render. É só aplicar o mapa como textura do seu cenário 3d.

Arion: Mais um renderizador Unbiased baseado em GPU

O ano de 2010 começou com várias notícias sobre softwares aproveitando o poder das modernas GPUs para prover render em tempo real, com velocidade e interatividade até então impensáveis alguns até alguns meses atrás. O mais impressionante disso tudo é que depois do anuncio do Octane Render, parece que outra empresa que estava com planos semelhantes ao da Refractive Software acabou fazendo um anuncio de seu mais novo software chamado de Arion, que usa mecânica de funcionamento muito semelhante ao Octane, aproveitando a GPU para gerar imagens com métodos Unbiased..

A Random Control, empresa que desenvolve e comercializa o renderizador FryRender que usa algoritmos e métodos Unbiased de maneira semelhante ao Maxwell Render, Indigo Render e LuxRender foi a autora do anuncio. Para visitar o web site oficial do Arion e conferir um longo texto de demonstração sobre a tecnologia usada no projeto, visite o link indicado.

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O diferencial do Arion em comparação com outras tecnologias está descrito no texto de apresentação como o uso inteligente da GPU em conjunto com a CPU. O grosso do processamento da imagem é gerenciado pela GPU sendo que um pouco do processo é manipulado pela CPU. Na página do projeto existem diversos vídeo de demonstração que apresentam o Arion em ação, aproveitando a GPU para demonstrar produtos e inclusive ambientes complexos como salas com vários modelos 3d no seu interior. A qualidade e velocidade do render impressionam pela complexidade dos modelos 3d usados no projeto.

Os vídeos foram gerados em computadores com uma GPU GeForce GTX 285 e processadores Core i7.

Além da parte relacionada com a aceleração do render usando GPUs, o mais impressionante do projeto é a promessa de usar as placas de vídeo de vários computadores, mediante distribuição do render por uma rede local. De acordo com o material de divulgação o software será capaz de localizar todos os computadores na sua rede local, aproveitando todos os recursos disponíveis para gerar as imagens usando todas as GPUs e as CPUs.

Ainda não existem informações sobre versões de teste ou mesmo preços praticados com o Arion, mas acredito que se compararmos com os valores do FryRender não deve ser baixo como o do Octane Render prometido por noventa e nove euros. Quando mais informações estiverem disponíveis no web site da Random Control publico aqui no blog.

Octane Render: Renderizador realista baseado em GPU

A renderização por softwares que usam algoritmos ou métodos do tipo Unbiased para gerar imagens são notoriamente mais realistas, pela sua fidelidade em relação ao comportamento da luz com a física real. Apesar da sua fidelidade com o realismo dos ambientes, esse tipo de software demanda longos tempos de render para gerar imagens sem a granulação característica por esse tipo de imagem. Por exemplo, as imagens geradas por softwares como o LuxRender, Indigo Render ou Maxwell Render podem necessitar de várias horas de render para conseguir gerar imagens de qualidade. Uma das maneiras de acelerar esse processo é usando computadores com diversos núcleos ou então render em rede.

Um renderizador chamado Octane Render foi anunciado no início dessa semana prometendo revolucionar a velocidade e maneira com que os renders do tipo Unbiased funcionam. O seu segredo é fundamentar o seu processo de geração de imagens na GPU e não na CPU, aproveitando o poder das modernas placas de vídeo que já apresentam diversos núcleos em paralelo.

Já conheço esse software desde metade do mês passado, pois faço parte dos beta testers convidados a participar dos estudos e testes do renderizador, e posso dizer que é realmente impressionante o resultado e velocidade do software. O vídeo abaixo mostra uma rápida demonstração do software usando uma cena crida no Blender 3D. Com o Octane é possível importar modelos 3d no formato OBJ que pode ser gerado por praticamente qualquer ferramenta 3d.

Como o render é gerado pela GPU, a manipulação e ajustes da cena são feitos em tempo real pelo artista. O software como um todo é baseado em nós, o que pode confundir um pouco as pessoas com pouca experiência nesse tipo de sistema, mas é apenas questão de costume.

Depois de todos esses pontos positivos chegou a hora de falar sobre o que não é muito agradável! O software será pago? Sim, o Octane será um software comercial seguindo os mesmos moldes do Indigo Renderer mas muito mais barato. O seu custo está estimado em 99 Euros no lançamento previsto para Fevereiro desse ano. Mais informações sobre a ferramenta podem ser encontradas no web site da Refractive Software, empresa responsável pelo desenvolvimento do software.

Assim que tiver mais material disponível, publico uma análise mais detalhada sobre a ferramenta inclusive com vídeos.