Iluminados pela natureza

Iluminados pela natureza

Baseados na interação de raios brilhantes com partículas das nuvens, pesquisadores norte-americanos desenvolvem um programa que identifica novos usos da luz em animações. A criação, segundo eles, trará efeitos mais realistas e criativos para futuras produções

Gabriel Bandeira*
postado em 24/12/2018 00:00


Quem assiste aos sucessos do estúdio Pixar nem imagina que, por trás de toda a composição gráfica dos filmes, existem inúmeras fórmulas matemáticas que sustentam toda a produção. Criados a partir da observação de fenômenos físicos e químicos da vida real, são esses cálculos que determinam, muitas vezes, a qualidade visual de um longa animado. Contudo, menos esperado ainda seria encontrar novas equações para a produção de desenhos ao observar o comportamento das nuvens no céu. Mas foi o que fizeram pesquisadores da Faculdade de Dartmouth e da Universidade de Cornell, ambas nos Estados Unidos, e dos estúdios Disney.

Apresentado na 11; Conferência e Exibição em Computação Gráfica e Técnicas Interativas, no Japão, o trabalho dos pesquisadores norte-americanos se baseou na relação das micropartículas de nuvens com a luz para a criação de um novo software para animadores. Ao analisar a dispersão de raios luminosos em objetos com composições variadas, o grupo desenvolveu uma ferramenta que permite que profissionais da área criem animações mais reais, ao demonstrarem como, de fato, a luz se comporta em diferentes situações. O principal objetivo por trás da invenção é aumentar a liberdade criativa dos animadores.

;A razão pela qual algumas produções animadas parecem tão realistas, com sombreamento 3D e outras técnicas, é porque o computador simula um processo físico que acontece na natureza;, afirma Wojciech Jarosz, professor de ciências da computação na Faculdade de Dartmouth e líder do estudo. No caso do trabalho de Jarosz, os envolvidos observaram como os fótons ; pequenas partículas que compõem um raio luminoso ; interagem com diferentes estruturas internas de materiais. As nuvens foram o grande foco dos pesquisadores pela disposição diversificada de suas micropartículas, o que possibilitou a observação do comportamento da luz tanto em momento de concentração de partículas, quanto de espalhamento.

Simplificações
Os animadores gráficos têm à disposição ferramentas que controlam a dispersão da luz. Entretanto, por tentarem simplificar o processo, elas podem ser limitadas. É o que lembra o supervisor de Animação da Monostudio, Rodrigo Augusto. ;Com o que temos de programação hoje, indicamos para um software a densidade de um objeto específico que queremos iluminar, e, com isso, o computador determina como a luz passa por todo o objeto, sem variação;, diz o animador.

De acordo com o líder do estudo dos Estados Unidos, essa abordagem pode facilitar o trabalho de produção, mas não aproxima o resultado final ao que é observado na realidade. ;Essas simplificações podem causar um descompasso entre o que a natureza produziria e o que a simulação mostra, ou podem impedir que os artistas consigam obter determinados visuais virtualmente, que seriam possíveis no mundo real. Além disso, muitas vezes, é útil permitir aos artistas irem além do que é fisicamente possível para propósitos criativos;, destaca Wojciech Jarosz.

Na percepção de Augusto, o melhor detalhamento do comportamento da luz abre novas portas para a criatividade nas animações. ;Poderemos indicar a composição ou a distribuição das partículas do material e montar como a luz passará por cada parte do objeto. Isso facilitará bastante na animação da pele humana, ou de outros objetos orgânicos, como frutas, porque elas têm essa relação complexa com a luz;, opina.

Complexidade
As soluções para uma aproximação com a realidade podem ser bem complicadas, porque a relação da luz com objetos volumétricos em um mesmo espaço não segue um padrão e varia de situação para situação, como explica Bruno Feijó, diretor do Laboratório ICAD Vision Lab da Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro (PUC-Rio) e especialista em efeitos especiais. ;Os fótons têm um comportamento bastante complexo. Quando um feixe de luz é emitido sob a pele de alguém, por exemplo, cada uma das partículas viaja e interage de forma diferente com o órgão. Algumas entram na pele, outras são refletidas para longe, outras ficam ricocheteando até que, enfim, são absorvidas ou refletidas. Então, transferir todas essas possibilidades para uma animação e, ao mesmo tempo, trazer a sutileza da imagem é muito difícil;, afirma.

Segundo Feijó, essa dificuldade faz com que a iluminação das cenas em desenhos animados 3D seja pouco explorada. ;Se você for prestar atenção nas animações atuais, boa parte das cenas se passam em ambientes parcialmente iluminados. Isso acontece porque tratar um espaço completamente exposto à luz é muito difícil. Fica bem mais tranquilo tratar a luz em espaços de sombreamento;, ressalta.

Para oferecer uma alternativa ao problema, os pesquisadores norte-americanos utilizaram, como ponto de partida, teorias das ciências atmosféricas para compor os cálculos do novo software, uma vez que elas ajudam a entender o comportamento das micropartículas de uma nuvem. As equações criadas foram transferidas, então, para o computador, a fim de se montar dois espaços diferentes: um com partículas espalhadas, e outro, com concentração em determinadas partes. Para analisar e registrar o comportamento dos fótons nessas duas possibilidades, simulou-se, virtualmente, a emissão de feixes luminosos sobre as diferentes disposições de partículas.

Ao fim das observações, constatou-se que os fótons têm maior alcance em estruturas com partículas aglomeradas. O efeito inverso foi registrado em objetos com disposição mais regular. ;Especificar como os fótons se organizam em relação uns aos outros abre um número infinito de aparências que antes não eram possíveis;, afirma Jarosz. ;Fazer filmes de animação é um equilíbrio entre criar uma representação realista da realidade e permitir a estilização. Nossa pesquisa permitirá que os artistas considerem a física da luz real com mais precisão, mas, o mais importante, ela permitirá que esses profissionais experimentem uma variedade maior de aparências visuais;, acrescenta.

O grupo de Jarosz tem em mente futuras alterações no software. Uma delas é a possibilidade de calcular e determinar o percurso de um fóton quando existem diversos objetos ligados um ao outro em uma mesma cena. ;Sempre há algo para ser melhorado, e há muitas questões que precisaremos resolver antes que a abordagem seja prática para cenas típicas de filmes. Ainda estamos tentando produzir experimentos físicos melhores. Também não sabemos como lidar

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