Aula #1: Fundamentos, Origens e Objectivos da. Computação Gráfica.

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1 Aula #1: Fundamentos, Origens e Objectivos da Computação Gráfica. MSc. Tomás Orlando Junco Vázquez ISUTIC

2 O professor Nome: Tomás Orlando Junco Vázquez. Graduado de: Ciencia da Computação Categoria docente: Assistente. Matérias: Computação Gráfica, Compiladores, Estructura de Dados, Interface Homen-Máquina, Inteligência Artificial, ACM-ICPC.

3 A Matéria Nome: Computação Gráfica. Site: Carga Horária: 60. Avaliações: Primeira Prova de Frequência: Setembro. Segunda Prova de Frequência: Outubro. Avaliações contínuas: Aulas (escritas, orales, seminário, tarefas, trabalho prático).

4 Principais conteúdos Entidades e modelos geométricos. Vetores, matrizes e geometria na Computação Gráfica. Estrutura de dados para alojar as entidades. Realismo virtual (cor e sombra). Iluminação e texturas. Trabalho com uma biblioteca gráfica.

5 Bibliografía recomendada FOLEY, J. et al. - Computer Graphics: Principles and Practice; 3a ed.; New York: Addison-Wesley, COHEN, M. e MANSSOUR, I. OpenGL: Uma Abordagem Prática e Objetiva; São Paulo: Novatec, AZEVEDO, E. e CONCI, A. Computação Gráfica: Teoria e Prática; Rio de Janeiro: Editora Campus, 2003.

6 Aula de hoje Fundamentos, Origens e Objectivos da Computação Gráfica. Sistemas e Equipamentos Gráficos. Dispositivos de Entrada e Saída.

7 Objetivo Identificar as origens e fundamentos da Computação Gráfica, bem como os sistemas e dispositivos associados a ela.

8 O que é Computação Gráfica? Segundo a ISO, a definição de Computação Gráfica é: um conjunto de ferramentas e técnicas para converter dados para, ou desde, um dispositivo gráfico através do computador.

9 O que é Computação Gráfica? Segundo a FOLEY, J. et al., a definição de Computação Gráfica é: A ciência e a arte de comunicar visualmente através do visor do computador e seus dispositivos de interacção.

10 2D

11 3D

12 Tarefa 2 (próxima aula) Pesquisar, e mostrar aos colegas mediante video ou apresentação, exemplos aplicativos, jogos, filmes ou séries recentes que incluam elementos de computação gráfica.

13 Origens Computação Gráfica O primeiro computador a possuir recursos gráficos de visualização de dados numéricos foi o Whirlwind I, desenvolvido pelo MIT em 1950, com finalidades acadêmicas e militares. Em 1955, o comando de defesa aérea dos Estados Unidos desenvolveu um sistema de monitoramento e controle de vôos utilizando o Whirlwind I como plataforma. O sistema convertia as informações capturadas pelo radar em imagem de um tubo de raios catódicos, no qual o usuário podia apontar com uma caneta ótica para os pontos suspeitos.

14 Origens Computação Gráfica Em 1959 surgiu o termo Computer Graphics, criado por Verne Hudson, enquanto o mesmo coordenava um projeto para a Boeing de simulação de fatores humanos em aviões. Em 1962 surgiu uma das mais importantes publicações da computação gráfica de todos os tempos, a tese de Ivan Sutherland (Sketchpad A Man-Machine Graphical Communication System). Com o programa podiam-se fazer traços no ecrã do computador usando uma caneta ótica.

15 Origens Computação Gráfica Em 1960 é lançado o primeiro computador comercial DEC PDP-1, e um ano depois no MIT é criado o primeiro jogo de computador (Spacewars) para o DEC PDP-1.

16 Origens Computação Gráfica Em 1963, Ivan E. Sutherland (Pai da Computação Gráfica) apresenta um sistema de desenho interativo de primitivas gráficas 2D baseado em caneta luminosa. Tarefa 1 (próxima aula): Procurar dados biográficos de Ivan E. Sutherland e seus principais contribuições à Computação Gráfica.

17 Evolução da Computação Gráfica Nos anos 70 estendeu-se rapidamente o uso dos gráficos produzidos por meios informáticos. Em 1978 o laboratório central de Física Aplicada da Universidade John-Hopkins publicou um trabalho que logo converteu-se na obra "Matematical elements for computer graphics" de David F. Rogers. Ao começo dos anos 90, quase todas as ferramentas técnicas estavam preparadas para ser utilizadas pelos desenhadores gráficos. Silicon Graphics (SGI) é o líder em gráficos 3D. Sua biblioteca IrisGL é considerada "estado da arte".

18 Evolução da Computação Gráfica Em 1990 começa a colaboração SGI Microsoft e o desenvolvimento de OpenGL. Dois anos depois completa-se OpenGL1.0. Posteriormente no ano 2010 atinge-se a versão 4.0 de OpenGL. Em 2011 surge WebGL 1.0 (API de gráficos 3D de baixo nível para websites) e completa-se OpenGL4.2. Em agosto de 2014, OpenGL chegou a sua versão atual 4.5.

19 Introdução na Computação Gráfica O aspecto visual da communicação é normalmente na direcção computador - usuário, e a direcção usuário - computador é mediada por dispositivos como o rato, teclado, joystick, controlador de jogo, ou ecrã tacto-sensível. Na direção computador - usuário, os consumidores finais das comunicações são humanos, e assim as formas que os seres humanos percebem as imagens são fundamentais para a concepção de programas gráficos.

20 Ciências e seus papéis em Computação Gráfica Física.

21 Ciências e seus papéis em Computação Gráfica Matemática.

22 Presença da Computação Gráfica em nosso meio Medicina Geografia Exames, diagnósticos, estudo, planejamento de procedimentos Cartografia, GIS, georreferenciamento, previsão de colheitas Meteorologia Previsão do tempo, reconhecimento de poluição Turismo Arte Visitas virtuais, mapas, divulgação e reservas Efeitos especiais, modelagens criativas, esculturas e pinturas Arquitetura Educação Engenharia Perspectivas, projetos de interiores e paisagismo Aprendizado, desenvolvimento motor, reabilitação Em todas as suas áreas (mecânica, civil, aeronáutica etc.)

23 Modelos Um modelo geométrico é um modelo de algo que nós planejamos ter aparecer em uma imagem: Fazemos um modelo de um carro ou uma casa. O modelo geométrico é reforçado com vários outros atributos que descrevem a cor ou a textura ou reflectância dos materiais envolvidos no modelo. Modelo: Descrição geométrica mais outras informações associadas. Modelagem: Processo de criação de um modelo a partir de nada.

24 Arquitectura de sistemas Os sistemas para computação gráfica precisam de alguns dispositivos gráficos de entrada e saída ligados a um computador. Assim, dispositivos gráficos são elementos críticos de um sistema de computação gráfica. Através dele interagimos com o sistema na busca de uma extensão dos limites de nosso corpo e uma melhor comunicação com a máquina.

25 Dispositivos Gráficos de Entrada Computação Gráfica

26 Dispositivos de Entrada 3D Scanner Tridimensional Digitalizador Tridimensional Luva

27 Dispositivos de Entrada 3D 3D Controller Roupa de RV

28 Dispositivos Gráficos de Saída Impressoras

29 Dispositivos Gráficos de Saída Monitores

30 Dispositivos Gráficos de Saída Computação Gráfica

31 Placas Aceleradoras de Vídeo Os monitores interpretam sinais analógicos para apresentar imagens na tela. Para isso, o processador existente na placa de vídeo precisa transformar os sinais digitais em analógicos antes de enviá-los ao monitor. Nem todo o processamento de imagens é realizado pelo processador de vídeo. Parte desse trabalho é realizada pelo processador principal, mas quanto mais poderoso o processador de vídeo, menos sobrecarregado fica o processador principal, ficando disponível para efetuar outras tarefas.

32 NVIDIA GeForce GT 240 Computação Gráfica

33 Placas Aceleradoras de Vídeo Processar imagens é, basicamente, fazer cálculos. Quanto mais complexa uma imagem, maior o número de pontos que devem ser criados, ocorrendo o mesmo se desejarmos melhores resoluções de imagem. As placas aceleradoras 3D de uso profissional são normalmente otimizadas para trabalhar com OpenGL, DirectX e alguns softwares de modelagem.

34 A porta AGP AGP (Accelerated Graphics Port) segue como padrão mínimo para boas placas gráficas. É usada para conectar placas gráficas diretamente para a CPU e para a memória principal. O modo AGP permite que as placas gráficas se comuniquem com a CPU e com a memória principal a taxas de dados de cinco a oito vezes mais rápido do que o barramento PCI.

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36 Tarefa 3 (próxima semana) Procurar informação para responder as seguintes perguntas: 1. O que é OpenGL? 2. Em que consiste a arquitectura de OpenGL (OpenGL Rendering Pipeline)? 3. O que é uma entidade geométrica? Onde procurar? - AZEVEDO, E. e CONCI, A. Computação Gráfica: Teoria e Prática (Capítulo 1). - FOLEY, J. et al. - Computer Graphics: Principles and Practice (Capítulo 16). - IZNAGA A. y PEREZ I. - Fundamentos de la gráfica por computadora (Capítulo 1).

37 Conclusões - Ampla presença da Computação Gráfica em nosso meio. - Constante evolução tecnológica para o desenvolvimento desta matéria.

38 Como dispensar a primeira prova? Pesquisar, implementar e fazer apresentação sobre algum dos seguintes temas: Fecho convexo: Dado um conjunto de pontos, determine o menor polígono convexo contendo todos os pontos. Triangulação de um polígono: Decompor um polígono numa série de triângulos que o recubram. Problema do par de pontos mais próximos: Dado um conjunto de pontos, determine o par de pontos com menor distância entre eles.

39 Como dispensar a primeira prova? Pesquisar, implementar e fazer apresentação sobre algum dos seguintes temas: Interseção de segmentos: Determinar as interseções de um dado conjunto de segmentos de retas. Problema da galeria de arte: Determinar o mínimo número de pontos de um polígono que são suficientes para ver a todos os restantes.

40 Aula #1: Fundamentos, Origens e Objectivos da Computação Gráfica. MSc. Tomás Orlando Junco Vázquez ISUTIC