Sistemas Gráficos e Modelos (Cap. 1) Criação de Imagem Instituto Superior Técnico, 2006/2007 1 2 Interior com Reflexos Componentes Hardware: Processadores Gráficos Software: Núcleos Gráficos Aplicações: Modeladores 3 4 Sistema Gráfico Básico Unidade Vectorial Interface c/ unidade de processamento central ( host ) Comandos de visualização Dados de interacção Memória de refrescamento.. MOVE 10 15 LINE 400 300 CHAR Lucy LINE.. JMP Controlo de de Ecrã Lucy 5 6 1
TEK 4010 Graphics CRT 7 8 Funcionamento Unidade de Quadrícula Interface c/ unidade de processamento central ( host ) Comandos de visualização Dados de interacção 0000000000000000000000000 0000000000000000011110000 0000000000000000111111000 0000000000000001111111100 0000000000000000111111000 0000000000000000011110000 0000000000000000000000000 0011111111000000000000000 0011111111000000000000000 0011111111000000000000000 0000000000000000000000000 Memória de refrescamento Controlador de Ecrã Controlador de Vídeo Rato Teclado 9 10 Ecrã Plano Quadrículas 11 12 2
Plotters HP9862A Calcomp 563 Vectorial vs. Quadrícula Uns têm Pontos na imagem (pixéis) Resolução descontínua provoca aliasing Nº de cores variável (mas enorme) Outros têm Dimensões em unidades de comprimento Resolução contínua não há aliasing Número de cores normalmente limitado HP7475A 13 14 Impressoras... A Computação Gráfica (1955) SAGE, Semi-Automatic Ground Environment (monitorização e controlo com CRT e caneta luminosa (light-pen)) 15 16 A Computação Gráfica Interactiva (1963) O Rato (Douglas Engelbart) Ivan Sutherland e o Sketchpad 17 18 3
Contribuições Contribuições (cont) 1970 Ecrãs sensíveis ao toque 1970 Primeiras Bibliotecas Gráficas 1970 - Alan Kay inventa o conceito de Manipulação Directa 1977 - Norma ANSI CORE 1982 Criação da SGI, Silicon Graphics Incorporated, (Estação Gráficas, OpenGL, VRML). 1982 Criação da AutoDesk (AutoCAD, MapGuide, 3D Studio Max). 1986 - Nomeação para um Óscar do filme Luxo Jr. da Pixar. 19 20 CG: 1980-1990 CG 1990-2000 Hardware especializado (VLSI) Normas de facto (PHIGS e RenderMan) Gráficos em rede (X-Windows e News) Human-Computer Interface (HCI) OpenGL API Filmes completos gerados por computador (Toy Story) Novas Capacidades do Hardware Mapeamento de texturas Vários tipos de buffers 21 22 CG: 2000- Associações Foto realismo Placas e Processadores Gráficos Nvidia, ATI, 3DLabs Consolas de Jogos Aplicações Gráficas na Indústria: Maya, Lightwave Pipelines Programáveis (GPUs) 1967 SIGGRAPH do ACM, The Special Interest Group on Computer Graphics and Interactive Techniques. 1979 Fundação do Eurographics 23 24 4
Qualidade das Imagens Formação da Imagem Modelação Iluminação Câmara Sombreamento Mapeamento Bump Mapping Materiais Sombreamentos... 25 26 Modelação Paralelepípedo Formas Primitivas Básicas Esferas Cones Cilindros etc. Objectos Compostos (Transformações) Objectos Paramétricos Texto... 27 28 Cones Cilindros 29 30 5
Esfera Polígonos 31 32 Blobs Blobs Superfície > Força = 0 33 34 Campos de Alturas Objectos de Revolução 35 36 6
Superfície Paramétrica Texto 37 38 VRML - Visualizar um Cone Objectos Compostos #VRML V2.0 utf8 Shape {geometry Cone {} } 39 40 Transformações Translação 41 42 7
Avatar Estrutura em árvore 43 44 Matrizes de Transformação Definição de Vistas 45 46 Posicionar a Câmara Iluminar a Cena 47 48 8
Fonte de Luz Pontual Fonte de Luz não Pontual 49 50 SpotLight Espectro Electromagnético 51 52 Luz Distribuição da Energia Radiação Electromagnética Cor versus Energia versus Espectro Arco Íris Frequências Discretas e Contínuas Óptica geométrica: Intensidade fixa Raios lineares 53 54 9
Raios e Materiais Cálculo da Imagem Espelhos Plásticos Transparentes Refracções Uma cor (frequências contínuas) Cálculos de Intersecções 55 56 Incremento de Realismo Câmara Pinhole Ray-Tracing (múltiplas intersecções) Radiosidade (conservação de energia e materiais que dispersão a energia luminosa) 57 58 Angle of View Características Origem do Sistema de Eixos Comprimento de campo infinito (foco) Mas Quantidade de energia luminosa Ângulo fixo Lente 59 60 10
Sistema Visual Percepção Visual Resolução (proximidade entre 2 pontos) Cones e Bastonetes Três tipos de cones -> três cores primárias 61 62 Sensibilidade Espectral Câmara Sintética 20 18 16 gama ro sensiblidade [% ] 14 12 10 8 6 4 2 beta 0 400 440 480 520 560 600 640 680 comprimento de onda [nm] 63 64 Projecção Princípios Modelos versus Visualização Posição do plano de visualização Planos de Recorte Recorte Janela versus Viewport 65 66 11
Necessidade de Recorte Operação de Recorte 67 68 Viewport Interface de Programação 69 70 PostScript ou Logo API Tridimensional moveto (0, 0) lineto (5, 0) lineto (5, 5) lineto (0, 5) lineto (0, 0) Objectos Vista(s) Fontes de Luz Propriedade dos Materiais Desenho de? 71 72 12
Polígono em OpenGL glbegin (GL_POLYGON) glvertex3f (0.0, 0.0, 0.0); glvertex3f (0.0, 1.0, 0.0); glvertex3f (0.0, 0.0, 1.0); glend ( ); Câmara Sintética Posição Orientação Comprimento Focal Superfície de Visualização Desenho de? 73 74 Especificações Relação Modelo Vista Vários tipos de projecções Ortográfica Perspectiva Obliqua 75 76 Perspectiva 2 pontos de fuga Arquitecturas Gráficas Processadores de desenho Pipeline Pipelines Programáveis 77 78 13
Processadores de Desenho Pipeline Mesmas Operações Tempo de Latência 79 80 Processamento de Vértices Recorte e Primitivas Transformação de Coordenadas Projecções Concatenação de Matrizes Definição da Cor Assemblagem de Primitivas E os vértices? Volume de Recorte Algoritmos de Recorte 81 82 Discretização Processamento dos Fragmentos Primitivas Recortadas (vértices) Transformação em Fragmentos Quadrícula potencial Cor Localização Profundidade Objectivo: escrever uma cor numa posição do framebuffer Só se não: Existirem fragmentos a ocultarem-no For aplicada uma textura For translúcida For recortada... 83 84 14
Pipelines Programáveis Desempenho e Funcionalidades Pipeline convencional tem funcionalidade fixa Processador de Vértices e de Fragmentos não se podem programar Processador de Vértices Aplicação fornece uma base temporal: Animação de uma primitiva, por exemplo um movimento sinusoidal Morphing Sistema de Partículas 85 86 Morphing Sistema de Partículas Base temporal (aplicação) Posição inicial Velocidade inicial 87 88 Processamento de Fragmentos Sumário Formação da Imagem Independência do Modelo e das Vistas Câmara Sintética Interacção entre Energia Luminosa e os Modelos Arquitecturas Gráficas http://www.lighthouse3d.com/opengl/glsl 89 90 15
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