Usando Refração

Quando a luz passa de um meio para outro, digamos do ar para a água, a direção para a qual essa luz está viajando é alterada onde os dois meios se encontram. Esse fenômeno de iluminação é conhecido como refração e ocorre porque a velocidade de uma onda de luz pode mudar quando a luz passa para um tipo diferente de material. No Unreal Engine, você pode simular esse fenômeno de iluminação em seus Materiais usando a entrada Refração no Nó de Material Principal.

Refração

Refração é o termo usado para descrever a mudança na direção de uma onda de luz devido a uma mudança em seu meio de transmissão. Em outras palavras, quando a luz entra em contato com certas superfícies, como água ou vidro, a luz é desviada ou redirecionada porque essas superfícies afetam a velocidade com que a luz passa por elas.

Você pode ver um exemplo clássico de refração mergulhando um lápis em uma tigela de água. O lápis parecerá dobrar ou mudar de direção no ponto onde o lápis cruza a água. A ilustração abaixo mostra como funciona a refração.

X mostra a verdadeira posição física do lápis quando ele é mergulhado na água. Os raios de luz da parte submersa do lápis são refratados na interface ar-água, mudando de velocidade e direção. Da perspectiva da câmera, o lápis parece dobrar na superfície da água, com a ponta aparecendo na posição Y em vez de em sua verdadeira posição X.

Índice de Refração ou IOR

Índice de Refração ou IOR é uma medida óptica que descreve até que ponto a luz é curvada ou refratada quando entra em um determinado material. O índice de refração pode ser medido, e os valores do mundo real para superfícies comuns são bem conhecidos. Ao criar materiais refrativos no Unreal Engine, é melhor usar valores de IOR do mundo real para dar aos seus materiais uma melhor sensação de realismo. A tabela abaixo lista os valores de IOR medidos para alguns tipos de superfície comuns.

Usando Refração em Materiais

Siga as instruções abaixo para criar um Material que usa refração.

Este tutorial usa recursos do Conteúdo Inicial do Unreal Engine. Se você não incluiu o Conteúdo Inicial em seu projeto, leia a página Migrando Recursos para saber como migrar o Conteúdo Inicial para seu projeto atual.

1. Clique com o botão direito no Navegador de Conteúdo e selecione Material na seção Criar Recurso Básico no menu de contexto. Renomeie o material RefractionMaterial.

   

2. Clique duas vezes no recurso de Material para abri-lo no Editor de Material.

   

3. No painel Detalhes, altere o Modo de Mesclagem de Opaco para Translúcido. Expanda a seção Translucidez e altere o Modelo de Iluminação de Volumétrico Não Direcional para Volume de Translucidez da Superfície. Alterar essas configurações habilitará o pino Refração no Nó de Material Principal. Quando concluído, as propriedades do painel Detalhes devem ficar assim.

   
4. Pesquise os seguintes nós de Expressão de Material e adicione-os ao seu gráfico nas quantidades listadas abaixo. Seu Gráfico de Material deve se parecer com a imagem abaixo.

   • Constante x 3

   • Parâmetro escalar x 2
   • Lerp x 1
   • Fresnel x 1
   

5. Comece a conectar o material conforme mostrado abaixo. Altere o valor de Constante fluindo em Cor de Base e Metálico para 1. Renomeie um dos parâmetros escalares Opacidade, dê a ele um valor padrão de 0,3 e conecte-o à entrada de Opacidade.

   

6. Renomeie o segundo parâmetro escalar IOR e altere o valor padrão para 1,52 (o IOR do vidro). Termine de conectar o Material conforme mostrado na parte delineada da imagem.

   

   Como o vidro não refrata a luz da mesma maneira de todos os ângulos de visão, uma Expressão de Material Fresnel é usada para mesclar os dois valores no nó Lerp. O vidro não refrata tanta luz quando visto de frente, mas produz uma refração perceptível em ângulos de visão. O nó Fresnel reproduz esse efeito — o valor de Constante na entrada A é mapeado para o centro do Material, e o parâmetro IOR na entrada B é mapeado para as bordas onde a esfera se afasta da câmera.

   Leia a página Usando Fresnel em Materiais para ter uma melhor compreensão de como a Expressão de Material Fresnel funciona.

7. Clique em Aplicar e Salvar na barra de ferramentas para compilar o material e salvar o recurso. Após salvar o material, você pode fechar o Editor de Material.

   

8. Encontre o recurso RefractionMaterial no Navegador de Conteúdo, clique com o botão direito na miniatura e selecione Criar Instância de Material no menu de contexto.

   

9. Solte alguns objetos em sua cena para testar o Material. O exemplo abaixo usa recursos da pasta Formatos no Conteúdo Inicial, mas qualquer objeto é adequado. Arraste o recurso RefractiveMaterial_Inst do Navegador de Conteúdo para as malhas em sua cena. Observe como a esfera parece refratar a luz nas bordas, mas não no centro onde a geometria está diretamente na frente da câmera. Este é o resultado da lógica de Fresnel descrita acima.

   

10. Clique duas vezes em RefractionMasterial_Inst para abri-lo no Editor de Instância de Material. Habilite o parâmetro IOR marcando a caixa ao lado do nome do parâmetro. Uma vez habilitado, você pode definir o IOR para valores diferentes para simular diferentes interações de superfície. O vídeo abaixo mostra como a refração muda quando o valor é definido como 1,0 (ar), 1,33 (água), 1,52 (vidro) e 2,42 (diamante).

Dicas e Truques de Refração

Esta seção apresenta algumas maneiras de usar a refração em combinação com outros aspectos do Editor de Material para criar superfícies refrativas complexas e interessantes.

Refração e Mapas Normais

Adicionar uma opção para usar um mapa normal com seu material refrativo produzirá alguns resultados muito interessantes, especialmente em áreas onde o mapa normal tem muitos detalhes interessantes. Siga as etapas abaixo para modificar o RefractiveMaterial criado acima para que funcione com mapas normais.

1. Primeiro encontre um mapa normal para usar. Para este exemplo, T_Water_N do Conteúdo Inicial foi usado, porém qualquer textura normal funcionará. Abra o recurso RefractionMaterial e arraste a textura normal do Navegador de Conteúdo para o Gráfico de Material.

   

2. Clique com o botão direito no mapa normal Amostra de Textura e selecione Converter para Parâmetro. Renomeie o parâmetro Mapa Normal e conecte-o à entrada Normal no Nó de Material Principal. Ao parametrizar a textura, você oferece aos artistas uma maneira de substituí-la em uma [Instância de Material] (desenho visual, renderização e gráficos/materiais/instâncias de material) sem editar o material-pai.

3. Clique em Aplicar e Salvar na barra de ferramentas e feche o Material.

   

4. No Editor de Instância de Material, agora você deve ver o parâmetro Mapa Normal listado em Valores Globais de Parâmetros de Textura. Você pode substituir o mapa normal habilitando o parâmetro e escolhendo uma textura diferente no menu suspenso.

   

5. Ao alterar o Mapa normal, você pode alterar a refração do Material de maneiras interessantes. Aqui estão alguns exemplos usando apenas os mapas normais que você pode encontrar na pasta Texturas do conteúdo inicial.

   

Refração e Movimento

Combinar refração com movimento é um componente chave em muitos tipos de Materiais. Ondulações na água são um exemplo, mas a técnica é igualmente útil em muitos materiais de efeitos especiais, como névoa de calor, distorção de uma grande explosão ou efeitos de energia.

O gráfico abaixo mostra uma maneira de adicionar movimento de aparência orgânica às normais. Duplique o mapa normal e conecte-os às entradas A e B em um nó Lerp. Adicione duas Expressões de Material Panner ao gráfico e conecte-as aos UVs das texturas do mapa normal.

Altere os valores nos nós Panner para adicionar movimento às texturas. Tornar negativos alguns dos valores move a textura na direção oposta e é uma boa maneira de criar um movimento de aparência orgânica e aleatória. Aqui estão os valores usados para os dois Panners neste exemplo.

O resultado é mostrado no vídeo abaixo. Em seu estado atual, ele se assemelha a um fluido oleoso de aparência metálica, mas com algumas modificações pode ser a base para um material de água.

Polarização de Profundidade de Refração

Polarização de Profundidade de Refração é uma maneira de impedir que objetos mais próximos sejam renderizados na superfície distorcida em ângulos de visão agudos. No entanto, isso pode aumentar a desconexão entre a superfície e onde a refração começa. Você pode ajustar Polarização de Profundidade de Refração nos dois locais a seguir.

• Editor de Material — você pode encontrar o Polarização de Profundidade de Refração no painel Detalhes na seção Material. Você precisará pressionar o triângulo branco (destacado em verde) para expor esta propriedade.

  

• Editor de Instância de Material — você pode encontrar o Polarização de Profundidade de Refração na seção Geral do painel Detalhes.

  

Conclusão

Adicionar refração aos seus materiais é uma ótima maneira de obter resultados realistas para materiais translúcidos, como vidro e água. Lembre-se de consultar o gráfico na parte superior do documento e usar os valores de IOR corretos para o tipo de superfície que você está tentando simular. Os valores de IOR vêm de medições do mundo real, portanto, aumentar ou diminuir o IOR do que deveria ser não é recomendável se você estiver buscando o realismo. Nos efeitos especiais e em outras aplicações mais flexíveis de refração, é claro que você pode experimentar e usar valores que se adéquem à sua estética desejada.