Computação Gráfica - Visgraf

Computação Gráfica:
Uma Proposta
de Plano Pedagógico
Resumo
• Definições
• Metodologia
• Estrutura
• Avaliação
Luiz Velho
• Discussão
IMPA - Instituto de Matemática Pura e Aplicada
Definição
Áreas Correlatas
Modelagem Geométrica
• Computação Gráfica:
“Conjunto de técnicas para transformar dados em imagem”
Dados
Imagem
* Problema Básico da Área
Computação
Gráfica
Processamento de Imagens
A Dimensão Tempo
Modelagem de Movimento
Análise de
Vídeo
Visão
Computacional
Uma Visão Integrada da C.G.
• Aplicações
Animação por
Computador
– GIS (Geographic Information Systems)
– Medicina
– Visualização Científica
• Novas Áreas
– IBR (Image Based Rendering)
Processamento de Vídeo
1
Exemplo: GIS
Paradigmas de Abstração
• Terreno
Sensoriamento
Fotogrametria
Triangulação
Visão
Modelagem
Processamento
de Imagens Computacional Geométrica
Físico
Concreto
Matemático
Abstrato
Representação
Discreto
Implementação
Finito
Texturização
Computação
Gráfica
Exemplo: Números
• CG: Matemática Aplicada Computacional
Discretização e Reconstrução
• Físico:
– Grandezas Físicas
• Matemático
– Conjunto dos Reais
Contínuo
• Representação
Discretização
Reconstrução
– Números de Ponto Flutuante
• Implementação
– Padrão IEEE
Discreto
• Possível Perda de Informação
Exemplo: Círculo
Uso da Metodologia
• Discretização:
• Relação entre os Universos F, M, R e I
– Amostragen Pontual: (a)
• Definição de Modelos em M
• Reconstrução
• Construção de Representações de M em R
– Interpolação Linear: (b)
– Interpolação Cúbica: (c)
• Propriedades dos Esquemas em R
• Conversão de Representações em R
• Correção e Eficiência de Metodos em I
(a)
(b)
(c)
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Teoria e Prática
Imagem x Terreno
• Imagem:
z =f (x,y )
Físico
Teoria
Matemático
Representação
• Terreno:
G (f )= {(x,y, f (x,y )) }.
Prática
Implementação
* Modelo Matemático - f: U ⊂ R2 → R
Uma Conceituação para C.G.
Objetos Gráficos
• Objetivo:
– Ferramentas para Estudar a Área
– Visão Unificada
– Teórico e Prático
* Definição dos Objetos da Área
– Geral e Abrangente
– Especificidades e Detalhes
Desenhos
Imagens
Objeto Gráfico: Conceito
Superfícies
Sólidos
Curva
O = ( U, f )
• Suporte (Forma)
• Atributos (Propriedades)
* Exemplo:
– mesma forma, attributos diferentes
• Forma
– Caminho Unidimensional
• Atributos
– Estilo de Linha
– Tangente
* Tipos diferentes de atributos
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Imagem
• Forma
Superfícies
• Forma:
– Retângulo
– Variedade Bidimensional
• Atributo
• Atributos:
– Cor
– Reflectancia
* Mais Importante: Atributo
* Mais Importante: Forma
Sólido
Animação - Vídeo
• Variação de um Objeto Gráfico no Tempo
• Forma:
– Volume
• Atributos:
– Densidade
* Igual Importância: Forma e Atributo
t
Definição de Objetos Gráficos
Espaço e Dimensão
• Construir a Forma
• Dimensão do Objeto Gráfico:
– Topologia
– Geometria
• Especificar os Atributos
dim(U)
• Dimensão do Espaço Ambiente:
m
– Inerentes ou Arbitrários
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Objetos Tridimensionais
Objetos Planares
Objeto
Dimensão
Objeto
Dimensão
Curva
1
Curva
1
Supefície
2
Imagem
2
Volume
3
Região
2
Transformação 2D => 3D
• Projeção
Dispositívos Gráficos
* Correspondência 1-1:
– Objetos Gráficos Planares
– Dispositivos 2D
• Espaço do Dispositivo
• Formato de Dados
– Vetorial
– Matricial
Processos Gráficos
Transformação entre Objetos Gráficos
• Modelagem
Nova Definição
• Computação Gráfica:
– Superfície => Superfície
• Processamento de Imagem
– Imagem => Imagem
“Área que Estuda os Objetos Gráficos
e as Transformações entre Eles”
• Visão Computacional
– Imagem => Superfície
• Visualização
– Superfícies => Imagem
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Disciplinas da C.G.
• Computação Gráfica 2D
– Editoração Eletrônica
• Computação Gráfica 3D
Computação Gráfica 3D
Visualização de Cenas 3D
• Paradigma:
Fotografar Mundo Virtual
– CAD
• Visão e Processamento de Imagens
– Sensoriamento
• Animação e Vídeo
– Robótica, Entretenimento
Curso CG 3D: Tópicos
• Modelagem
• Elementos:
–
–
–
–
Objetos 3D
Fontes de Luz
Camera Virtual
Imagem
Estrutura do Curso
• Fundamentos
– Objetos 3D
• Iluminação
– Fontes de Luz
• Visualização
• Modelagem
• Visualização
• Iluminação
– Camera
• Exibição
– Imagem
Fundamentos
• Objetos e Disposítívos Gráficos
– Sistemas de Janelas / Pacote Gráfico / HCI
• Geometria para Computação Gráfica
– Espaço Euclideano / Projetivo /Transformações
• Sistemas de Cor
– RGB / HSV / Conversão de Cor
• Imagem Digital
– Formato / Quantização / Exibição
Modelagem Geométrica
• Formas Geométricas
– Paramétrico / Implicito / Malhas Poligonais
• Técnicas de Modelagem
– Primitivos / CSG / Generativo
• Transformações e Hierarquias
– Vínculos / Grupos de Objetos / CTM
• Descrição de Cenas 3D
– Linguagem / VRML
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Visualização
• Camera Virtual
Iluminação
• Luz e Material
– Especificação / Transformações
• Recorte
– Pontual / Direcional
• Modelos Locais de Iluminação
– Eliminação / Sutheland-Hodgman
• Rasterização
– Lambert / Phong
• Iluminação Global
– Incremental / Subdivisão
– Ray Tracing / Radiosidade
• Visibilidade
• Mapeamentos
– Z-Buffer / Ray Casting / Z-Sort / outros
– Textura / Reflexão / Rugosidade
Projetos - Sistemas Gráficos 3D
• Sistema I:
Sistema I
• Modelagem
• Visualização
– Modelo Generativo Poligonal
– Z-Buffer / Flat
• Sistema II:
– Modelo CSG
– Ray Tracing
• Sistema III:
– Hierarquia de Primitivos
– Z-Sort / Textura
Sistema II
• Modelagem
• Visualização
Livros
• Computação Gráfica: Imagem
• Computação Gráfica: Volume I
• Projeto de Sistemas Gráficos 3D
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