Corso di Informatica Grafica a.a. 2011-2012 DICGIM – University of Palermo Dipartimento di Ingegneria Chimica, Gestionale, Informatica e Meccanica Introduzione

Corso di Informatica Grafica a.a. 2011-2012

DICGIM – University of Palermo

Dipartimento di Ingegneria Chimica, Gestionale, Informatica e Meccanica

Introduzione alla Computer Graphics

Prof. Roberto Pirrone

26 settembre 2012



Sommario

Cos’è la Computer Graphics (CG)Ambiti di applicazione

Breve Storia della Computer Graphics

Tecnologie dei display

Grafica Raster e Grafica Vettoriale

26 settembre 2012



Cos’è la CG

La Computer Graphics (CG) si occupa di sintesi di immagini, cioè delle tecniche di produzione di scene rappresentanti oggetti del mondo reale o contenuti astratti.

Nel primo caso, entrano a far parte della CG anche tutte le tecniche volte a fornire una visualizzazione realistica del contenuto dell’immagine.

Rendering foto-realistico

Rendering non foto-realistico

26 settembre 2012



Cos’è la CG

Per contro, la disciplina che si occupa di analisi di immagini è denominata “Image Processing”.

In questo caso gli obiettivi dell’elaborazione possono essere quelli di aumentare il contenuto informativo, ridurre il rumore, restaurare una immagine e cosi via.

Image enhancement

Image restoration

Image analysis

…

26 settembre 2012



Cos’è la CG

In ogni caso in Image Processing si assume di partire da un’immagine digitale già acquisita e la si elabora, mentre in CG l’immagine digitale è l’obiettivo ultimo dell’elaborazione.

Altri ambiti che si occupano di immagini digitali sono la “Computer Vision” e la “Pattern Recognition” .

26 settembre 2012



Cos’è la CG

La “Computer Vision” tenta di riprodurre i processi percettivi propri della visione basandosi su sistemi artificiali di acquisizione/elaborazione dei dati.

Nell’ambito della “Pattern Recognition” si cerca di individuare la presenza di “strutture” piu o meno complesse in un’immagine al fine di svolgere compiti di riconoscimento, sorveglianza, ispezione di manufatti per individuazione di guasti e cosi via.

26 settembre 2012



Cos’è la CG

Alcune tecniche di elaborazione sono ormai patrimonio della CG

Fotoritocco: effetti speciali che sono trasformazioni operate sul contenuto informativo delle immagini di partenza.

Image warping: trasformazioni delle strutture presenti in un’immagine a fini ludici o di correzione di deformazioni introdotte dai dispositivi di acquisizione.

26 settembre 2012



Ambiti di applicazine della CG

Disegno delle interfacce utenteGraphical User Interfaces (GUI)

Interfacce Web (grafica bidimensionale abilitata da opportuni linguaggi di scripting e descrizione delle forme con formalismi XML)

SimulazioniScientifiche (processi fisici, chimici...)

Professionali (simulazioni di dispositivi, CAD)

Effetti specialiPubblicità

Cinema (film di pura animazione e film con personaggi animati)

26 settembre 2012



Ambiti di applicazine della CG

ArteComputer Art (disegni e animazioni a fini artistici, anche non foto-realistici)

Fruizione del museo per mezzo di tecniche di realtà virtuale

IntrattenimentoVideogames

Giochi in realtà aumentata (augmented reality) o realtà virtuale

MedicinaRicostruzioni di parti anatomiche da TAC/RM/PET a fini diagnostici

26 settembre 2012



Breve storia della CG

La CG nasce insieme ai calcolatori, ma si mantiene fuori dal mercato del grande consumo per effetto dei costi elevati dei dispositivi grafici.

Il suo sviluppo nasce dalla necessità di rappresentare in maniera semplice e altamente flessibile i dati elaborati dal calcolatore; è il caso di applicazioni scientifiche e di simulazione di processi.

26 settembre 2012




Problemi connessi con la larga diffusione delle applicazioni di CG:

costo HW grafico

necessità di elevate risorse computazionali

difficoltà di scrivere programmi interattivi (epoca del FORTRAN)

SW dedicato per l’HW grafico.

26 settembre 2012




La diffusione, negli anni '80, dei primi calcolatori (ad esempio Apple Macintosh) che usano monitor con display di concezione moderna favorisce lo sviluppo di applicazioni grafiche per uso diffuso

Prime fra tutte si sviluppano le interfacce grafiche che consentono agli utenti inesperti di interagire con sistema operativo e le applicazioni presenti su un calcolatore.

26 settembre 2012




I primi display per la visualizzazione grafica sono basati sull’uso di monitor del tipo televisivo in cui un “Tubo a Raggi Catodici” (Cathode Ray Tube: CRT) forma le immagini comandando la deflessione di un fascio focalizzato di elettroni (pennello elettronico).

Il fascio è in grado di colpire qualunque punto del fondo del tubo sul quale è disposto uno strato di materiale fotosensibile (fosfori) che reagisce all’impatto emettendo luce.

26 settembre 2012



Principio di funzionamento di un CRT

26 settembre 2012

CRT



Monitor LCD26 settembre 2012

Led Passivo Twisted Nematic

Principio di funzionamentoLiquid Crystal

Display Thin Film Transistor (TFT)



Retroilluminazione a LED

Sono ancora monitor LCD

RetroilluminazioneLaterale con controllo “in blocco” dei led

“A tappeto luminoso” con controllo del singolo pixel• Gestione locale della dinamica

26 settembre 2012



Monitor LED

Tecnologia Organic Light Emitting Diode (OLED)

i singoli pixel sono polimeri conduttivi organici che sono integrati nel display

Monitor Active Matrix OLED (AMOLED)Lo schermo AMOLED è composto da una matrice pixel di OLED integrati in una sottile pellicola di transistor che genera luce attraverso l'attivazione elettrica e controlla il flusso di corrente per ogni pixel con struttura TFT.

26 settembre 2012



Retina Display

E’ un display LED, ma con una risoluzione tipicamente quadruplicata rispetto ai monitor classici della stessa dimensione.

I pixel distano meno della potenza risolutiva dell’occhio

26 settembre 2012



Display 3D

Tecnologia a polarizzazioneLe due immagini sx e dx sono proiettate sullo schermo con polarizzazioni inverse• 90° in senso orario e antiorario• 45° e 135°

Gli occhiali hanno lenti polarizzate in senso coerente con quelle proiettate

Tecnologia con shutterGli occhiali hanno elettronica a bordo per essere controllati dal display in modo da chiudere alternativamente uno degli occhi quando lo schermo mostra l’immagine dell’altro occhio.

26 settembre 2012



Grafica Raster

Tutte le discipline che trattano di immagini digitali si basano su una rappresentazione di tipo RASTER dell'informazione pittorica:

RASTER: Matrice di elementi pittorici detti pixel (picture element) che viene usata come struttura dati unica per l'acquisizione, la memorizzazione, l'elaborazione e la restituzione dell’informazione.

Il monitor CRT e tutti i suoi successori (LCD, LED) sono in grado di indirizzare le posizioni dello schermo secondo un raster

26 settembre 2012



26 settembre 2012

Architettura di un terminale raster



Grafica Vettoriale

La grafica vettoriale vede la scena da rendere come il disegno di archi di curva orientati da un punto di partenza ad un punto di arrivo.

Il display CRT si prestava bene a supportare questo approccio al disegno.

26 settembre 2012



26 settembre 2012

Architettura di un terminale vettoriale



Grafica Vettoriale

La grafica vettoriale ha problemi di "rinfresco": necessità di limitare il numero dei componenti e di ripeterli per mantenere la visibilità sullo schermo.

Per ovviare a questo problema si utilizzavano terminali grafici DVST (Direct View Storage Tube) che sono come i CRT classici, ma i fosfori si trovano all'interno di elementi analogici di memoria che li mantengono accesi per un certo tempo.

26 settembre 2012



Confronto

La grafica vettoriale è ancora utilizzata come paradigma di disegno

Applicazioni di disegno

Grafica web

CAD

Viene “simulata” cioè viene poi convertita in raster

26 settembre 2012



Confronto26 settembre 2012

Caratteristica Grafica Vettoriale Grafica Raster

Costo HW Alto basso

Qualità Ottima Buona (i pixel sono elementi discreti aliasing)

Occupazione in memoria

Minima Alta (il dato è una matrice a n bit/pixel; servono memorie dedicate)

Performance Media (problema del rinfresco hardware costoso)

Intrinsecamente bassa (tutto il processing va fatto all’interno di ogni “scan-line” per ottimizzare)

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