1	Computação Gráfica Introdução UniverCidade - Prof. Ismael H F Santos
2	Considerações Gerais Objetivo: Discutir os principais conceitos eos princípios básicos dos Sistemas Gráficos e a Programação em OpenGL. A quem se destina : Alunos e Profissionais que desejem aprofundar seus conhecimentos sobre Computação Grafica e suas aplicações.
3	Bibliografia Computação Gráfica Volume 1. Jonas Gomes e Luiz Velho. Instituto de Matemática Pura e Aplicada – IMPA. Introdução a Computação Gráfica - Paulo Roma http://www.lcg.ufrj.br/compgraf1/downloads/apostila.pdf http://www.lcg.ufrj.br/compgraf1/downloads/apostila.ps.gz Notas do Curso ministrado na Universidade de Maryland pelo Prof. David Mount ftp://ftp.cs.umd.edu/pub/faculty/mount/427/427lects.ps.gz http://www.lcg.ufrj.br/~esperanc/CG/427lects.ps.gz Apostila Fundamentos da Imagem Digital – Antonio Scuri Computer Graphics: Principles and Practice, Second Edition. James Foley, Andries van Dam, Steven Feiner, John Hughes. Addison-Wesley. OpenGL Programming Guide, 2nd Edition. Mason Woo, Jackie Neider, Tom Davis. Addison Wesley.
4	Bibliografia OpenGL OpenGL® Programming Guide, 2nd Edition. Mason Woo, Jackie Neider, Tom Davis. Addison Wesley. http://www.lcg.ufrj.br/redbook Manual de referência online http://www.lcg.ufrj.br/opengl Sítio oficial do OpenGL www.opengl.org
5	Conteúdo do Curso Introdução Gráficos vetoriais e matriciais Dispositivos gráficos Programação gráfica com OpenGL Geometria Câmeras e projeções Modelagem geométrica Cor Iluminação local e global Colorização (shading) Visibilidade Recorte Rasterização Mapeamentos Textura Rugosidade Ambiente Técnicas sobre imagens Dithering Quantização de cores Codificação
6	Aplicações Desenho Assistido por Computador (CAD) Desenho Geométrico Assistido por Computador (CAGD) Sistemas de Informações Geográficas (GIS) Visualização Científica Visualização Médica Educação Entretenimento
7	Áreas de atuação dos profissionais de CG
8	Disciplinas relacionadas Computação Algoritmos Estruturas de Dados Métodos Numéricos Matemática Geometria, Álgebra Linear Física Ótica Mecânica Psicologia Percepção Artes
9	Computação Gráfica
10	Modelagem de Dados
11	Modelagem de Dados
12	Visualização
13	Visualização
14	Visualização Cinema
15	Visualização Jogos
16	Visualização
17	Visualização
18	Visão Computacional
19	Processamento de Imagens
20	Processamento de Imagens
21	Processamento de Imagens
22	Realidade Aumentada
23	Representações Gráficas Gráficos “Vetoriais” Representados por coleções de objetos geométricos Pontos Retas Curvas Planos Polígonos Gráficos “Matriciais” Amostragem em grades retangulares. Matriz (m,n) onde cada elemento é uma estrutura de dados associada à cor e outros componentes da imagem. Tipicamente, imagens digitais Matrizes de “pixels” Cada pixel representa uma cor Dados volumétricos Imagens médicas Cada pixel representa densidade ou intensidade de algum campo
24	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 de processamento = O (n^o vértices / vetores) Exibição Dispositivos vetoriais Dispositivos matriciais (requer amostragem, i.e., rasterização)
25	Representações Matriciais Representação flexível 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) Exibição Dispositivos matriciais Dispositivos vetoriais (requer uso de técnicas de reconhecimento de padrões)
26	Conversão entre representações
27	Dispositivos Gráficos Dispositivos vetoriais 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, scanners, frame grabber
28	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 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.: 2²⁴) 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
29	Dispositivos Vetoriais (1960...1985) Dispositivo Vetoriais de Retraçamento Comportamento do Fósforo
30	Dispositivos Saída Vetorial (1970...1985) Tektronix 4010
31	Dispositivos de Saída Matricial (1980...) Displays Monocromáticos com 2 niveis (1 bit/pixel) Planos de bits com tabelas de tons de cinza
32	Dispositivos de Saída Matricial (1980...) Displays Coloridos – Tabela de Cores
33	Dispositivos de Saída Matricial (1980...) Displays Coloridos Varredura (interlaced e non-interlaced) Pixel Colorido
34	Arquitetura de Sistemas Gráficos
35	Arquitetura de Sistemas Gráficos
36	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
37	Programação Gráfica À primeira vista: basta desenhar Uma subrotina para desenhar cada tipo de objeto Mas ... Como fazer interação? Como estruturar a cena? Como controlar os atributos dos objetos? Como resolver problemas de visibilidade? Como suportar diversos dispositivos gráficos? Como fazer programas independentes dos sistemas operacionais? Ferramentas: APIs gráficas (ex.: OpenGL, PHIGS, Java3D) Camadas de interface com o S.O. / sistema de janelas