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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
© 2013 Corpo docente de Computação Gráfica / CG&M / DEI / IST / UTL
LEIC CGO que é Computação Gráfica?
Uso de computadores para criação e manipulação de imagens
© 2013 Corpo docente de Computação Gráfica / CG&M / DEI / IST / UTL
Shirley etal. 2009
Preocupa-se com todos os aspectos da produção de imagens usando computadores
Edward Angel, 2009
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
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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
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LEIC CG
Vídeo
Catmull and Parke, Univ. Utah, 1972
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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
� ....
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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
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LEIC CG
VídeoHans Roslings – The Joy of Stats
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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
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SketchPAD (1963)IBM2250 (1964)
Xerox STAR (1981)
Apple iPhone(Actualidade)
LEIC CG
Modelo conceptual de
Sistema Gráfico Interactivo
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LEIC CG
Sistema Gráfico InteractivoPerspectiva de Hardware
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LEIC CG
Dispositivo de Saída
Unidade Vectorial
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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?
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LEIC CG
Dispositivo de Saída
Unidade de Quadrícula
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Comandos de visualização
Controlador de Ecrã
Controlador de Vídeo
00000000000000000000000000000000000000000011110000000000000000000011111100000000000000000011111111000000000000000000111111000000000000000000001111000000000000000000000000000000011111111000000000000000001111111100000000000000000111111110000000000000000000000000000000000000000
LEIC CGDispositivos Gráficos
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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
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LEIC CGDispositivos Físicos de Saída
� Tubos de Raios Catódicos
� LCDs / TFTs
� Impressoras
� Traçadores de Caneta
� Projectores Laser
� ...
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LEICCG
Conceitos BásicosEnquadramento e Conceitos Fundamentais
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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)
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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
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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
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LEIC CGFrame
� Computação gráfica em tempo real� Baseia-se na representação sequencial de imagens estáticas
(tal como no cinematógrafo de Lumiére em 1890)
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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)
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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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