Universidade Federal do Ma

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1 Universidade Federal do Ma Introdução à Computação Gráfica Prof. Anselmo C. de Paiva Depto de Informática Dispositivos Gráficos

2 Roteiro 1. Dados Gráficos 2. Class. Dos Dispositivos Gráficos 3. Dispositivos de Exibição de Vídeo 4. Tecnologias de Impressão Prof. Anselmo C. de Paiva - DEINF-UFMA 2

3 1 - Formato dos Dados Gráficos Vetorial Coordenadas Pontos, Curvas, Surperfícies (Geometria) Computação N-Vetores Operações de Ponto Flutuante Raster Matriz Pixel / Intensidades (Imagem) Computação Grandes Matrizes Operações com Inteiros Prof. Anselmo C. de Paiva - DEINF-UFMA 3

4 1 - Formato dos Dados Gráficos Objeto Vetorial Objeto Matricial Prof. Anselmo C. de Paiva - DEINF-UFMA 4

5 2 - Classificação dos Disp. Gráficos Formato dos Dados Vetorial Coordenadas Relativas Coordenadas Absolutas Matricial Modo de Utilização Não Interativo (passivo) Interativo Características Funcionais Entrada Processamento Vector SISD MISD Matrix SIMD Hybrid Saída Vetorial Matricial Prof. Anselmo C. de Paiva - DEINF-UFMA 5

6 3. Dispositivos de Exibição de Vídeo Arquitetura Básica Prof. Anselmo C. de Paiva - DEINF-UFMA 6

7 3. Dispositivos de Exibição de Vídeo Somente a controladora de vídeo. Prof. Anselmo C. de Paiva - DEINF-UFMA 7

8 3. Dispositivos de Exibição de Vídeo Processador de Vídeo Roda em hardware: rasterização cópia de pixels janelamento, remoção de superfícies ocultas mapeamento de textura, etc. Processador gráfico possui sua memória local Prof. Anselmo C. de Paiva - DEINF-UFMA 8

9 3. Dispositivos de Exibição de Vídeo Prof. Anselmo C. de Paiva - DEINF-UFMA 9

10 3.1 Monitores de Vídeo Exibição de imagens dinâmicas CRT (mais comun). Planos não emissivos LCD Planos Emissivos Plasma Thin Film Electroluminiscent Dispositivos Estereoscópicos Outros sistemas de visualização Prof. Anselmo C. de Paiva - DEINF-UFMA 10

11 3.1.1 CRT Monocromático Similar à TV. NTSC e PAL-M (525 x 644 pixels) Filamento emite eletrons acelerados por um canhão (15-20KV), com o foco em um ponto na tela. Elétrons excitam o fósforo na tela que emite luz. A tela inteira é refrescada várias vezes por segundo (60 Hz) para dar ilusão de iluminação contínua. Prof. Anselmo C. de Paiva - DEINF-UFMA 11

12 3.1.1 Processo de Emissão da Luz Feixe de elétrons excita fósforo. Emite luz instantaneamente. Resposta luminosa do fósforo decai com o tempo. Redesenho fornece ilusão de imagem estática Taxas de redesenho abaixo de 60Hz, ocasionam flicker (imagem piscando) 100% 0 I I 0 Excitação Simples t (mseg) Excitação Repetida t Prof. Anselmo C. de Paiva - DEINF-UFMA 12

13 3.1.1 Raster Scan Display O feixe de elétrons percorre a tela linha após linha (scan line) Dispara em alguns pontos das linhas para criar um padrão de pontos iluminados Cada ponto é denominado pixel A definição do padrão de pontos iluminados é guardada em uma memória denominada Frame Buffer Prof. Anselmo C. de Paiva - DEINF-UFMA 13

14 3.1.1 Raster Scan Display Prof. Anselmo C. de Paiva - DEINF-UFMA 14

15 3.1.1 Raster Scan Display Tipos de varredura (scan) aleatória: feixe se desloca seguindo o desenho das curvas da imagem regular: feixe se movimenta de acordo com um padrão fixo e.g. esquerda para a direita e de cima para baixo. Varredura regular Varredura aleatória Prof. Anselmo C. de Paiva - DEINF-UFMA 15

16 3.1.1 CRT Colorido três feixes modulados independente. Fósforo está em uma tríade de diferentes cores (triangular ou linear). Pitch : distância entre tríades De.60 mm TV a.20 mm monitores alta resolução Prof. Anselmo C. de Paiva - DEINF-UFMA 16

17 3.1.2 Painéis Planos Classe de dispositivos de vídeo que tem volume, peso e consumo de energia reduzidos São mais finos que os CRT Emissivos: Convertem energia elétrica em luz; Não emissivos: Usam efeitos óticos para converter a luz solar ou de outra fonte em desenhos Prof. Anselmo C. de Paiva - DEINF-UFMA 17

18 3.1.2 Cristal Líquido (LCD) Moléculas de cristal líquido em espiral que torcem a polarização da luz. Aplicação de campo elétrico: Sem campo elétrico aplicado, LC torce a luz e ela passa pelos dois polarizadores. Com campo, a luz não é torcida então aparece um ponto preto. Endereçamento em matriz é usado para ajustar os pontos On/Off Prof. Anselmo C. de Paiva - DEINF-UFMA 18

19 3.1.2 Cristal Líquido (LCD) Prof. Anselmo C. de Paiva - DEINF-UFMA 19

20 Cristal Líquido (LCD) Matriz Ativa um transistor por célula com voltagem variável. imagens mais brilhantes e variações de cor e tonalidade. Vantagens baixo custo e peso plano tamanho pequeno baixo consumo de energia. Prof. Anselmo C. de Paiva - DEINF-UFMA 20

21 Painéis de Plasma Construindo preenchendo a região entre duas placas de vidros com uma mistura de gases (neon e outros); Descarga elétrica na célula gera um plasma de gás e íons; Precisa de refrescamento Diciculdades de geração de cores Prof. Anselmo C. de Paiva - DEINF-UFMA 21

22 Painéis de Plasma Prof. Anselmo C. de Paiva - DEINF-UFMA 22

23 Dispositivos Estereoscópicos Imagem estéreo Obtém efeito 3D apresentando uma imagem diferente para cada olho do observador de modo que as cenas parecem ter profundidade Prof. Anselmo C. de Paiva - DEINF-UFMA 23

24 Dispositivos Estereoscópicos Prof. Anselmo C. de Paiva - DEINF-UFMA 24

25 Dispositivos Estereoscópicos Imagens estéreo em disp. matriciais: Mostrar cada imagem em ciclos alternados Bloquear o acesso de um dos olhos do observador de maneira sincronizada com a exibição da imagem Prof. Anselmo C. de Paiva - DEINF-UFMA 25

26 Outros Sistemas de Visualização Prof. Anselmo C. de Paiva - DEINF-UFMA 26

27 3.2.4.Outros Sistemas de Visualização Prof. Anselmo C. de Paiva - DEINF-UFMA 27

28 4. Memória de Vídeo Armazena os dados que geram a imagem. Dispositivos vetoriais display list é executada ininterruptamente pela controladora de vídeo para manter a imagem visível na tela. Display list: instruções de desenho com as coordenadas de tela dos objetos gráficos. Prof. Anselmo C. de Paiva - DEINF-UFMA 28

29 Dispositivos matriciais: 4. Memória de Vídeo estrutura matricial armazena os valores de cor dos pixels da imagem. resolução de cor e a resolução geométrica Função do tamanho da memoria de vídeo Resolução de cor: 1 bit por pixel: monocromáticos 2 a 12 bits por pixel: pseudo-color - imagens coloridas com auxlio de uma look-up table 24 bits por pixel: true color: 8 bits para cada componentes R (red), G (green) e B (blue). Prof. Anselmo C. de Paiva - DEINF-UFMA 29

30 4. Memória de Vídeo Dispositivos vetoriais Dispositivos Matriciais Prof. Anselmo C. de Paiva - DEINF-UFMA 30

31 4.1. Lookup Tables Associação entre valores dos pixels no frame buffer e no monitor. Uso flexível de cores com memória reduzida. Alteração dinâmica da imagem exibida Animações simples. Tamanhos comuns: 8 x 12; 8 x 24; 12 x 24. Prof. Anselmo C. de Paiva - DEINF-UFMA 31

32 4. Tecnologia de Impressão Aspectos Gerais Resolução: menor espaço em que é possível distinguir uma linha preta de uma branca dot size or spot size são medidas relevantes. Dithering: Processo de aproximação de cores através da variação de densidade de cores básicas. Prof. Anselmo C. de Paiva - DEINF-UFMA 32

33 4.1 Impressoras Matriciais Cabeça com pinos (7-24) comprimida contra uma fita Monocromáticas Cor produzida com fitas coloridas cores primárias, (cyan, magenta, e yellow). Petro puro é adicionado Vantagens: barata, baixa resolução. Desvantagens: lenta, cores limitadas. Prof. Anselmo C. de Paiva - DEINF-UFMA 33

34 4.1 Impressoras Matriciais Prof. Anselmo C. de Paiva - DEINF-UFMA 34

35 4.2 Plotadoras de Pena Desenha linhas com canetas. De mesa e de rolo Tentam otimizar o movimento das penas, para minimizar por exemplo o tempo de desenho. Vantagens: podem gerar desenhos grandes, alto contraste. Desvantagens: Lentas, cores limitadas, não permitem gerar regiões coloridas. Prof. Anselmo C. de Paiva - DEINF-UFMA Plotadora de rolo 35 Mesa Pena(s) Braço Direção de deslocamento do braço Plotadora de mesa Movimento do papel Rolo Movimentador Braço (Fixo) Pena(s) Rolo Fixador

36 4.3 Impressoras Laser Tecnologia de fotocopiadoras Laser carrega ptos em um cilindro (+) Tinta (-) é fixa no cilindro e transferida Repete para o papel. o processo para cada componente Linguagens de alto nível (e.g. Postscript) Alta resolução: até 1500 dpi Prof. Anselmo C. de Paiva - DEINF-UFMA 36

37 4.4 Jato de Tinta Jato de Tinta Uma cabeça com furos injeta gotículas de tinta sobre o papel. Coloridas ou Monocromáticas. Requerem muita manutenção. Prof. Anselmo C. de Paiva - DEINF-UFMA 37

38 4.4 Sublimação de Tinta A tinta no estado de vapor é exposta ao papel, sublimando e se depositando. Permitem um excelente controle da quantidade tinta em cada ponto (e.g. 256 níveis de ciano, magenta e amarelo). Qualidade próxima do processo fotográfico. Lentas. Caras. Prof. Anselmo C. de Paiva - DEINF-UFMA 38

39 5. Dispositivos de Entrada Usados para: Controlar o cursor Digitalizar Selecionar comandos e funções Manipular objetos (RV) Prof. Anselmo C. de Paiva - DEINF-UFMA 39

40 5. Dispositivos de Entrada Teclado (vetorial) Teclado de funções programáveis ou teclado alfanumérico (vetorial) Caneta luminosa - light pen (vetorial) Identificação de elementos da tela Detecção de luz Spaceballs (vetorial) Prof. Anselmo C. de Paiva - DEINF-UFMA 40

41 5. Dispositivos de Entrada Mouse (vetorial) Mecânico Ótico Touch pad 3D Sem fio Cubic mouse Prof. Anselmo C. de Paiva - DEINF-UFMA 41

42 Trackball (vetorial) Joystick (vetorial) Scanner (matricial) Mesa / Mão Monocromático / Colorido Tridimensional OCR DPI 3D é vetorial 5. Dispositivos de Entrada Prof. Anselmo C. de Paiva - DEINF-UFMA 42

43 Mesa digitalizadora Sensores por pressão: apontador gera potencial de tensão Leitura elétrica: transmite campo magnético que gera tensão em malha de fios Acústicas: cursor emite um sinal de altafreqüência Prof. Anselmo C. de Paiva - DEINF-UFMA 43

44 Mesa digitalizadora Digitalizador de vídeo Digitalizador espacial Touch screen Painel ou mesa sensível ao toque touch panel (vetorial) Prof. Anselmo C. de Paiva - DEINF-UFMA 44

45 Luva eletrônica (vetorial) Dispositivos Especiais Data Glove Luva com esqueletos externos Data suit (vetorial) Prof. Anselmo C. de Paiva - DEINF-UFMA 45

46 5.1 Data Glove Prof. Anselmo C. de Paiva - DEINF-UFMA 46

47 Tracking Devices (vetorial) Captura pontos em movimento Vários tipos Mecânicos Ultra-sônicos Magnéticos Extração de imagens Óticos Prof. Anselmo C. de Paiva - DEINF-UFMA 47

48 Câmeras Digitais Câmaras digitais (matricial) CCD (substituto do filme) Chip semicondutor e sensível à luz usado para transformar a imagem captada em pixels Contêm milhares ou até milhões de resistores ou pontos de amostra Pixels do CCD possuem sensibilidade seletiva para vermelho, azul e verde Prof. Anselmo C. de Paiva - DEINF-UFMA 48

49 Referências: Gattass, M. Notas de Aula do Curso de Computação Gráfica Interativa, Depto de Informática, PUC-Rio, 1 Semestre Maggie Jonhson, Notas de Aula do Curso CS148: Introductory Graphics, Computer Science Dept., University of Stanford. Gomes, J. M., Velho, L. C. P. R., Cavalcanti, P. R. Notas de Aula do Curso Introdução a Computação Gráfica, IMPA - Instituto de Matemática Pura e Aplicada Prof. Anselmo C. de Paiva - DEINF-UFMA 49