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Licenciatura em Engenharia Informática e de Computadores

Computação Gráfica

Enquadramento eConceitos Fundamentais

© 2013 Corpo docente de Computação Gráfica / CG&M / DEI / IST / UTL

Edward Angel, Cap. 1

LEICCG

Introdução à Computação GráficaEnquadramento e Conceitos Fundamentais


LEIC CGO que é Computação Gráfica?

Uso de computadores para criação e manipulação de imagens


Shirley etal. 2009

Preocupa-se com todos os aspectos da produção de imagens usando computadores

Edward Angel, 2009

LEIC CGComo se cria uma imagem?


LEIC CG

Como se cria uma imagem?

Várias Perspectivas

� Aplicação: � Concepção artística de um Sol a ser mostrada numa exposição

� Software: � Imagem modelada e criada (rendered) com o Maya (OpenGL)

� Hardware: � Computador pessoal com processadores gráficos usados para modelar e

criar uma imagem numa superfície de visualização


LEIC CGÁreas da Computação Gráfica

� Modelação (modelling)� Trata da especificação matemática da forma e aparência,

• Para ser armazenada em computador

� Renderização (rendering)� Foca a criação de imagens a partir de modelos

� Animação (animation)� Permite dar a ilusão de movimento recorrendo a sequência

de imagens


LEIC CG

Vídeo

Catmull and Parke, Univ. Utah, 1972


LEIC CG+ Áreas da Computação Gráfica� Interacção Pessoa-Máquina

� Foca a forma como os utilizadores interagem com os sistemas(computadores e não só)

� No 2º ano há uma cadeira dedicada a esta área

� Realidade Virtual� Pretende oferecer ao utilizador a sensação de imersão num

mundo virtual

� Visualização� Estuda formas de representar informação complexa usando

dispositivos visuais

� ....


LEIC CGAplicações da Computação Gráfica

� Videojogos

� Banda Desenhada

� Efeitos Visuais (fotos, filmes, ...)

� Filmes de Animação

� CAD/CAM

� Simulação

� Imagens Médicas (TAC, RM, ...)

� Visualização de Informação


LEIC CG

VídeoHans Roslings – The Joy of Stats


LEIC CGSistemas Gráficos Interactivos� Nasceram na década de 1960

� Desenvolveram-se na década de 1970

� Globalizaram-se entre 1980~1995

� O modelo original mantêm-se actual� Conceptualmente correcto� Funcionalmente aplicável


SketchPAD (1963)IBM2250 (1964)

Xerox STAR (1981)

Apple iPhone(Actualidade)

LEIC CG

Modelo conceptual de

Sistema Gráfico Interactivo


LEIC CG

Sistema Gráfico InteractivoPerspectiva de Hardware


LEIC CG

Dispositivo de Saída

Unidade Vectorial


Interface c/ unidade de processamento central (“host”)

.

.MOVE

1015

LINE400300

CHARLucyLINE

.

.JMP

Controlo de Ecrã

Me

mór

ia d

e r

efr

esc

am

ent

o

Lucy

Comandos de visualização

LEIC CGPostScript ou Logomoveto (0, 0)lineto (5, 0)lineto (5, 5)lineto (0, 5)lineto (0, 0)

� Desenho de?


LEIC CG

Dispositivo de Saída

Unidade de Quadrícula


Comandos de visualização

Controlador de Ecrã

Controlador de Vídeo

00000000000000000000000000000000000000000011110000000000000000000011111100000000000000000011111111000000000000000000111111000000000000000000001111000000000000000000000000000000011111111000000000000000001111111100000000000000000111111110000000000000000000000000000000000000000

LEIC CGDispositivos Gráficos


Vectorial Quadrícula

LEIC CG

Dispositivos Gráficos

Vectorial vs Quadrícula� Uns têm

� Pontos na imagem (pixéis, quadrículas)

� Representação discreta – provoca aliasing

• Resolução dada em NxM quadrículas

� Nº de cores variável (mas enorme)

� Outros têm� Dimensões em unidades de comprimento

� Representação contínua – não há aliasing

• Precisão dada em X mm

� Número de cores normalmente limitado


LEIC CGDispositivos Físicos de Saída

� Tubos de Raios Catódicos

� LCDs / TFTs

� Impressoras

� Traçadores de Caneta

� Projectores Laser

� ...


LEICCG

Conceitos BásicosEnquadramento e Conceitos Fundamentais


LEIC CGAPI Gráfica� Componente chave de um sistema gráfico

� Colecção de funções para realizar operações básicas� Desenhar imagens

� Representar superfície 3D

� Existem duas abordagens� Integrada:

• Suporte gráfico e UI fazem parte da própria linguagem (Java 3D)

� Independente:• Suporte gráfico fornecido por biblioteca especifica (OpenGL, DirectX)

• Pode ser ligado a diversas linguagens (C++, C#, Python)

• Usando UI’s distintas (Qt)


LEIC CGPipeline Gráfico

� “Peça” fundamental para representação gráfica

� Sub-sistema de software/hardware

� Permite desenhar primitivas 3D num dispositivo 2D� Nota: Óculos estereoscópicos não são mais que dois

dispositivos de visualização 2D a trabalhar em conjunto

� Computadores actuais possuem Pipeline 3D� Incluindo alguns dispositivos móveis


LEIC CGPipeline Gráfico 3D

� Trabalha no espaço 4D (coordenadas homogéneas)� A utilização deste espaço é essencial para a eficiência de

todo o processo

� A sua compreensão é fundamental

� Geralmente optimizado para processar triângulos � com vértices partilhados

� Desempenho depende, em grande parte, do número de triângulos que podem ser desenhados por frame


LEIC CGFrame

� Computação gráfica em tempo real� Baseia-se na representação sequencial de imagens estáticas

(tal como no cinematógrafo de Lumiére em 1890)


LEIC CGFrame

� Objectivo da computação gráfica em tempo real é� Gerar um conjunto de imagens a partir de uma cena

� A cada uma destas imagens dá-se o nome de frame

� Número de imagens (frames) que o sistema produz• Indica desempenho de sistema gráfico

• Unidade de Medida: fps - frames per second

• Quanto mais elevada, melhor (>25fps)


LEIC CGComputação Gráfica Interactiva

� Objectivo da computação gráfica interactiva é� Não apenas gerar frames em tempo real

� Mas dar ao utilizador o controlo do que está a ver• O resultado produzido depende do input do utilizador


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