Frederico Damasceno Bortoloti. Adaptado de: Claudio Esperança Paulo Roma Cavalcanti

Transcrição

1 Fundamentos de Representação Gráfica Frederico Damasceno Bortoloti Adaptado de: Claudio Esperança Paulo Roma Cavalcanti

2 Estrutura do Curso Avaliação através de Prova Estudo / Seminário Nota parcial NP = (P + S) / 2 > 7.0 (aprovado) Nota final NF = (NP + F) / 2 > 5.0 (aprovado)

3 Conteúdo do Curso Introdução Rasterização Gráficos vetoriais e Mapeamentos matriciais Textura Dispositivos gráficos Rugosidade Geometria e Ambiente Transformações 2D e 3D Técnicas sobre imagens Curvas e Superfícies Câmeras e projeções Projeto de Produtos Gráficos Modelagem geométrica Implementação Cor Programação Visual Iluminação local e global Colorização (shading) produto Visibilidadeibilid d Recorte Comunicação Visual do

4 Computação Gráfica Modelos Matemáticos Análise (reconhecimento de padrões) Imagens Síntese (rendering) Modelagem Processamento de Imagens

5 Disciplinas relacionadas Computação Algoritmos Estruturas de Dados Métodos Numéricos Matemática Geometria, Álgebra Linear Física Ótica Mecânica Psicologia Percepção Artes

6 Computação Gráfica Produz imagens a partir de primitivas geométricas (linhas, círculos, superfícies, etc.) Monstros S.A.

7 Computação Gráfica Final Fantasy Shrek 2

8 Computação Gráfica 3DS Max

9 Síntese de imagem

10 Processamento de Imagens Engloba operações realizadas sobre uma imagem para análise, compressão, detecção de padrões não perceptíveis ao olho humano... (ligada à área de processamento de sinais) correção gama negativo gradiente

11 Processamento de Imagens Filtro Gaussiano

12 Processamento de Imagens Tons de cinza Borramento Detecção de arestas

13 Visão Computacional Estima primitivas geométricas e obtém dados a partir de uma imagem

14 Visão Computacional LAK 5519

15 Visão Computacional Juiz Virtual Tecgraf PUC-Rio

16 Visão Computacional

17 Modelagem Geométrica Trata da representação computacional de formas geométricas, seu tratamento, recuperação de informações e características ti Retangular Triangular

18 Modelagem Geométrica

19 Novas tendências: Modelagem baseada em Imagens

20 Novas tendências: Modelagem baseada em Imagens

21 Áreas Correlatas Animação por computador

22 Áreas Correlatas Visualização: ampliação da capacidade de compreensão do usuário

23 Realidade Virtual Áreas Correlatas

24 Áreas Correlatas Realidade Aumentada

25 Áreas Correlatas Interação com usuários: profissionais de Computação Gráfica são geralmente os primeiros a terem acesso a dispositivos iti de interação experimentais

26 Aplicações Desenho Assistido por Computador (CAD) Desenho Geométrico Assistido por Computador (CAGD) Sistemas de Informações Geográficas (GIS) Visualização Científica Visualização Médica Educação Entretenimento

27 Aplicações Jogos Cartoons

28 Aplicações FX (efeitos especiais de cinema / TV)

29 CAD / CAM Aplicações

30 Aplicações Simulações (videogames com precisão; e.g., simuladores de vôo para treinamento)

31 Aplicações Imagens médicas Visualização de informação

32 Profissionais da CG mais con nteúdo Usuários usam para produzir desenhos e imagens Customizadores adaptam programas existentes Programadores de aplicações desenvolvem AutoCAD, Corel,... Desenvolvedores de ferramentas desenvolvem OpenGL, DirectX,... mais pr rogramaçã ão

33 Estrutura de aplicação gráfica interativa tradicional Carla Freitas, UFRGS

34 Pipeline de visualização 3D Carla Freitas, UFRGS

35 Descrição Geométrica

36 Transformação de Câmera e Recorte (clipping) view frustrum (volume de visualização) objetos fora do frustum devem ser descartados John Dingliana, 2004

37 Projeção e Mapeamento (transformação para viewport) modelos 3D câmera viewport John Dingliana, 2004

38 Rasterização Processo de converter o código que descreve o texto e/ou gráfico no formato requerido pelo dispositivo que imprimirá o resultado.

39 Representações Gráficas Gráficos Vetoriais i Gráficos Matriciais i i Representados por coleções de objetos geométricos Pontos Retas Curvas Planos Polígonos Amostragem em grades retangulares Tipicamente, imagens digitais Matrizes de pixels Cada pixel representa uma cor Dados volumétricos Imagens médicas Cada pixel representa densidade ou intensidade de algum campo

40 Representações Vetoriais Permitem uma série de operações sem (quase) perda de precisão Transformações lineares / afim Deformações Por que quase? Estruturas de dados utilizam pontos e vetores cujas coordenadas são números reais É necessário usar aproximações Representação em ponto-flutuante Números racionais Complexidade idd de processamento = O (n o vértices éti / vetores) Exibição Dispositivos vetoriais Dispositivos matriciais (requer amostragem, i.e., rasterização)

41 Representações Matriciais Representação flexível l e muito comum Complexidade de processamento = O (n o de pixels) Muitas operações implicam em perda de precisão (reamostragem) Ex.: rotação, escala Técnicas para lidar com o problema Ex.: técnicas anti-serrilhado (anti-aliasing) aliasing) Exibição Dispositivos matriciais Dispositivos vetoriais (requer uso de técnicas de reconhecimento de padrões)

42 Conversão entre representações Repr. Vetoriais Rasterização, Reconhecimento Scan conversion de padrões Repr. Matriciais

43 Dispositivos Gráficos Dispositivos i i vetoriais i Terminais gráficos vetoriais (obsoletos) Traçadores (plotters) Dispositivos virtuais Ex.: Linguagens de descrição de página (HPGL / Postscript) Rasterização implícita Dispositivos Matriciais Praticamente sinônimo de dispositivo gráfico Impressoras, displays

44 Displays Resolução espacial Tipicamente de 640x480 até 1600x1200 Tendência de aumento Resolução no espaço de cor Monocromático (preto e branco) Praticamente restrito a PDAs e equipamentos de baixo custo Tabela de cores Cada pixel é representado por um número (tipicamente i t 8 bits de 0 a 255) que indexa uma tabela de cores (tipicamente RGB 24 bits) Poucas (ex.: 256) cores simultâneas mas cada cor pode ser escolhida de um universo grande (ex.: 2 24 ) Problema da quantização de cores RGB Cor é expressa por quantidades discretas de vermelho (red), verde (green) e azul (blue) Tipicamente 24 bits (8 bits para cada componente) Quando o número de bits não é divisível por 3, a resolução do azul costuma ser menor que das outras 2 componentes nt

45 Arquitetura de Sistemas Gráficos CPU Periféricos i Arquitetura Simples Barramento (BUS) Memória Frame Buffer Controlador de vídeo Monitor

46 Arquitetura de Sistemas Gráficos CPU Periféricos i Arquitetura com processador gráfico Barramento (BUS) Memória do Sistema Processador gráfico Memória Frame Buffer Monitor Contro- lador de vídeo

47 Processador (acelerador) gráfico Hardware especializado Uso de paralelismo para atingir alto desempenho Alivia a CPU do sistema de algumas tarefas, incluindo: Transformações Rotação, translação, escala, etc Recorte (clipping) Supressão de elementos fora da janela de visualização Projeção (3D 2D) Mapeamento de texturas Rasterização Amostragem de curvas e superfícies paramétricas Geração de pontos a partir de formas polinomiais Normalmente usa memória separada da do sistema Maior banda

48 Fundamentos da Computação Gráfica Modelos físicos Modelos matemáticos Esquemas de representação. Estruturas de dados e algoritmos. Universo Universo Universo de Universo de Físico Matemático Representação Implementação

49 Fundamentos da Computação Gráfica z f(u 0,v 0 ) u Físico v I = f : U R 2 R Matemático M(z ij ) Zij=f(x i,y j ) (x i,y j ) float terreno[n][m];.. Representação Implementação

50 Requisitos da Computação Gráfica EFICIÊNCIA REALISMO