Computacao-Grafica

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Tema: introdução à computação gráfica.
Conceito da computação
Computação gráfica (C.G) é uma área da ciência da computação que se dedica ao estudo e desenvolvimento de técnicas, algoritmos para a geração (síntese) de imagens através do computador. Atualmente a C.G esta presente em quase todas as áreas do conhecimento humano, desde o projeto de um novo modelo de automóvel de um novo modelo de ferramenta de entretenimento entre das quais os jogos eletrónicos.
Atualmente, com as facilidades disponível nas bibliotecas gráficas existentes, a programação das aplicações esta mais simples. Por exemplo:
- OpenGl (Open Graphics Library), também definido como interface para “hardware gráficos” é uma biblioteca de rotinas gráficas e de modelagem bidimensional (2D) e tridimensional (3D) portátil e rápida. Ela permite desenvolver aplicações interativas e geral imagens de cenas 3D (ou o conjunto de objetos) um ordenar de realismo. Entre tanto a sua maior vantagem é a velocidade uma vez que incorpora vários algoritmos otimizados, incluindo desenhos de primitivas gráficos, o mapeamento de textura e outro efeito especiais.
Breve história
A criação de um dispositivo gráfico possibilitar os avanços na área da CG neste sentido, uma marca importante foi o desenvolvimento do 1º computador a possuir dispositivos de visualização de dados numéricos, o whirlwind I, pela MIT (Massachusetts Institute of Technology) na década de 50. O primeiro sistema de whirlwind (semi- automate ground environment) surgiu em 1955 para converter informações do radar em imagem para monitoramento e controle de vôos. O conceito de C.G interativa da forma que conhecemos atualmente pelo doutor Ivan Sutherland na sua tese de doutoramento no início da década de 60 ela instruiu conceito de estruturação de dados e C.G interativa despertar o interesse das indústrias automobilísticas aérea espacial GM a desenvolver o percurso do sistema CAD em 1965.
Na década de 70 começou-se a ser desenvolvidas novas técnicas e algoritmo que são usados até hoje tal como o algoritmo de Z-Buffer. Alem disso o surgimento da tecnologia de circuitos integrados permitiu a popularização dos computadores pessoais, desse similar os aplicativos prontos e integrados como os editores gráficos. Também foi nesta década o nascimento do PC com interface visual, predenominado Macintosh. Posteriormente, ouve o surgimento e a popularização dos dispositivos para interação 3D usados em RV a população das placas aceleradas gráficas contribuiu para o crescimento dos PCs permitindo a geração imagens com grande realismo em tempos real.
Aplicações
Atualmente a C.G está presente em quase todas as áreas do conhecimento humano, da engenharia que utiliza as tradicionais ferramentas (CAD - computer-aided design), ate na medicina que trabalhas com modernas técnicas de visualização para auxiliar o diagnostico por imagens. Nesta área, também tem sido desenvolvido sistemas de simulação para auxiliar o treinamento de cirurgia. Outros tipos de simuladores são usados para treinamentos de pilotos, e para auxiliar na tomada de decisão na área de direito (por exemplo para reconstruir a de um vídeo).
Tarefa
1 – O que é a computação gráfica?
R: Computação gráfica (C.G) é uma área da ciência da computação que se dedica ao estudo e desenvolvimento de técnicas, algoritmos para a geração(síntese) de imagens através do computador.
2 – Quem foi o mentor do desenvolvimento desta área?
R: Doutor Ivan Sutherland.
3 – Que ano foi desenvolvido?
R: 
4 – Quais são as aplicações ou área onde é aplicada a computação gráfica?
R: São diversas, mas aqui algumas áreas de sua aplicação: Na engenharia utilizando ferramentas tradicionais (CAD), na medicina para diagnostico por imagens e treinamento de cirurgias por simulação, simulador de voos para treinamento de pilotos.
Hardware gráfica
Antigamente os computadores e impressoras só eram capazes de emitir resultados sobre a forma de listagens alfa numéricas, de maneira que as imagens eram obtidas pela composição de símbolos durante os anos 50 e 60 forma projetados as primeiras configurações de sistemas gráfico que possuíram um novo conceito em visualização. Invés de caracteres passou a ser necessário administrar os pontos individuais da tela ou pixels (picture elements). Assim os programas passaram a contar com as possibilidades de apresentar saídas na forma gráfica.
Os dispositivos gráficos podem ser classificados com a finalidade em: Entrada; Saída; I/O.
E quanto a forma dos dados são capturados e ou exibidos na forma de matrizes, ou seja, um conjunto de pixels e o digitalizador de vídeo e o scâner são exemplos de dispositivos matriciais de entrada pode-se dizer que a grande maioria dos dispositivos de saída são matriciais tais como impressoras, stereo glasses, caves, e monitores de vídeos.
Já dispositivos vetoriais incluem os equipamentos através dos quais só pode coletar e ou exibir dados de forma isolada, associados a uma posição do plano ou espaço.
Entre os dispositivos vetoriais de entrada destacam-se: mouse (2D, 3D), o digitalizador espacial, a luva eletrónica e os dispositivos para rastreamento. O exemplo mais comum de dispositivo vetorial de saída é o plotador gráfico (plotter), mas os primeiros monitores de vídeo também eram vetoriais, pois eram capazes apenas de exibir sequencias de linhas programadas.
Finalmente dispositivos de I/O são aqueles onde há captura de informações e exibições ou resposta ao usuário. Exemplo: dispositivo de resposta táctil (force feelback), ou seja, que permitem a captura de movimentos e geo sensações de tato e força, são considerados de entrada e saída. Exemplo: Monitor com tela sensível ao toque.
Áreas relacionadas
Há duas áreas que tem uma relação bastante próxima com a CG, processamento de imagens (PI) e visão computacional (VC).
A área PI abrange o estudo e a pesquisa de técnicas para realizar a manipulação de imagens, tais como ajuste de cores, brilho, contraste ou aplicações de filtros entre sistemas de PI são encontradas atualmente por exemplo em consultório e cirurgiões plástico e salões de beleza. Neste caso uma pessoa pode ver como será o resultado de uma plástica ou corte de cabelo através de simulação do computador.
A visão computacional trabalha com a análise de imagens, busca obter a especificações dos seus componentes para identificação dos modelos geométricos que a compõem. Uma aplicação de técnicas de visão computacional é o reconhecimento automático de impressões digitais.
Modelagem geométrico
Em CG os modelos são usados para representar entidades e fenómenos do mundo físico real no computador. Existem várias categorias ou métodos de construção de modelos tradicionais. Cada um tem as suas vantagens adaptando-se melhor para uma ou outra aplicação. Modelagem consiste em todo processo de descrever um modelo, objeto, ou cena, de forma que se possa desenha-lo. Na verdade, a modelagem engloba 2 tópicos de estudos:
- Forma de representação dos objetos: que se preocupa com a forma (ou estrutura de dados). Como os modelos são armazenados.
- Técnicas de modelagem dos objetos: que trata das técnicas interativas (também das interfaces) que podem ser usadas para criar o modelo de objetos.
Tarefas
1 – Quantos dispositivos gráficos estudou e quais são?
R: 2 que são dispositivos matriciais e vetoriais.
2 – Como está composto os dispositivos vetoriais, de exemplos de dispositivos vetoriais de saída?
R: dispositivos vetoriais incluem os equipamentos através dos quais só pode coletar e ou exibir dados de forma isolada, associados a uma posição do plano ou espaço. Ex: plotador gráfico (plotter) e antigos monitores de vídeo.
3 – Quais são as áreas relacionadas com a computação gráfica?
R: Há duas áreas que tem uma relação bastante próxima com a CG, processamento de imagens (PI) e visão computacional (VC).
4 – Em que consiste a modelagem?
R: Modelagem consiste em todo processo de descrever um modelo, objeto, ou cena, de forma que se possa desenha-lo
Representação
Várias técnicas de representação de objetos 3D estão sendo desenvolvidas em computaçãográfica, e em algumas delas a estrutura de dados é determinada pela técnica de modelagem. Em geral a forma de representação determina a estrutura de dados a ser utilizada, o custo de processamento de um objeto através do PIPELINE de visualização 3D, a aparência final de um objeto e a facilidade para alterar a sua forma. Segundo Watt é possível enumerar 4 formas de representação, de acordo com a importância e frequência de utilização: 
1 – Malhas de polígonos;
2 – Superfícies paramétricas;
3 – Geometria solida construtiva (CSG);
4 – Numeração de ocupação espacial;
As representações 1 e 4 consiste numa aproximação da forma do objeto que está sendo modelado.
De 2 a 3 por sua vez são representações exatas. Por outro lado, a 1 e a 2 representam apenas superfícies do objeto, sendo o volume inteiro representado pela 3 e pela 4.
A forma mais comum de representar modelos 3D é através de uma malha de polígonos.
Img1(Inserir imagem aqui).
Vértices (geometria)
	1
	X1
	Y1
	Z1
	2
	X2
	Y2
	Z2
	3
	X3
	Y3 
	Z3
	4
	X4
	Y4
	Z4
	5
	X5
	Y5
	Z5
	6
	X6
	Y6
	Z6
	7
	X7
	Y7
	Z7
	8
	X8
	Y8
	Z8
	9
	X9
	Y9
	Z9
Faces (topologia)
	1
	V1
	V4
	V5
	
	2
	V1
	V5
	V2
	
	3
	V1
	V2
	V3
	
	4
	V1
	V3
	V4
	
	5
	V4
	V3
	V7
	V8
	6
	V5
	V4
	V8
	V9
	7
	V2
	V5
	V9
	V6
	8
	V3
	V2
	V6
	V7
	9
	V6
	V9
	V8
	V7
Define-se um conjunto de vértices no espaço (geometria) e com esses vértices devem ser ligados para formar polígonos fechados chamados de face (topologia) que podem ser triângulos ou quadrados.
O armazenamento desse tipo de estruturas é usualmente realizado através de vetores de estruturas, matrizes ou listas. Exemplo: imagem 1.
É aconselhável que todos os modelos sejam sempre definidos de maneira que seu centro ou o ponto ao redor do qual ele pode ser rotacionado, seja posicionado na origem OXYZ(0,0,0). Assim quando for aplicada uma transformação geométrica sobre o objeto ele não trocara de quadrante. A este espaço de coordenadas adequados a criação de modelos da se o nome de sistema de referência do objeto (SRO) em outras palavras o SRO é um sistema de coordenadas na qual se define modelo geométrico.
Processo de visualização 3D
Existe um conjunto de técnicas em computação gráfica que permite transformar as informações a respeito de um modelo contidas em uma estrutura de dados, em uma imagem que pode ser exibida em um monitor. Portanto considera-se que uma que uma imagem consiste em uma matriz de pontos e um modelo é uma representação computacional de um objeto conforme descrito.
As secções a seguir apresentam como funciona e como são abordados em OpenGL algumas das etapas do processo de visualização 3D para a geração de uma imagem a partir de um modelo ou conjunto de modelos.
Conceito do universo
Para entender como funciona o processo de visualização é importante conhecer o conceito de universo, que pode ser definido como a região do espaço utilizada em uma aplicação. Como a descrição geométrica de um ponto normalmente envolve coordenadas geométricas, é preciso adotar um sistema de referência que ira definir uma origem relação ao qual todos os posicionamentos do universo são descritos.
Em geral este sistema de referência do universo (SRU) consiste em 3 eixos ortogonais entre si (XYZ) e uma origem (0,0,0). Uma coordenada é formada pelos valores X, Y e Z que corresponde as posições ao longo dos respetivos eixos (Denominados cartesianos) e todos procedimentos são definidos em relação a este sistema de referência.
Para facilmente identificar como o eixo Z é posicionado em relação a X e Y, normalmente se utiliza a regra da mão direita de maneira que o indicar aponte para a direção positiva de Y (para cima) o polegar aponte para a direção positiva de X (para o lado) e o dedo do meio aponte para a direção positiva de Z (para frente, como se tivesse saído da tela do computador).
Introdução ao estudo de AUTOCAD
Ferramentas e equipamentos de execução
AUTOCAD: é um software do tipo CAD (computed aied design) ou desenho auxiliado por computador. Ela foi criada e comercializado pelo AutoDesk isso por volta de 1982.
É utilizado principalmente para elaboração de peças de desenhos técnicos em duas dimensões e para a criação de modelos tridimensionais. Além dos desenhos técnicos o software vem disponibilizando, em suas versões mais recentes, vários recursos para visualização em diversos formatos. É amplamente utilizado em arquitetura, design de interiores, engenharia civil, engenharia química, engenharia mecânica, engenharia geográfica, engenharia elétrica, engenharia informática, e em vários outros ramos da indústria.
Suas caraterísticas
Outra caraterística marcante do AUTOCAD é o uso de uma programação consolidada em linguagem interpretada conhecida como AutoLisp (derivado da linguagem Lisp) ou uma variação do Visual Basic que permite personalizações de rotinas e comandos.
Interpreta também sequências de comandos comuns gravados em arquivos de textos geralmente com a extensão carregados através de comando script, estes sem relação com a linguagem Lisp, embora possa também conter estes códigos.
Cota: Dimensão ou medida.
Comandos auxiliares para o desenho
Os comandos auxiliares para o desenho são: Line, Offset, Trim, Extend, Dimension, Circle, Rotat, Explod, Rectangle, Polyline, Copy, Save, Erase, Scale, Arc, Text, Move.
Line: É o comando que serve para traçar linhas, figuras 2D e 3D. Funcionamento:
- Ativar o comando Line.
- Especificar a cota.
- Traçar o sentido a partir do cursor ou mouse, 4 passo, enter.
- E desativa o comando pelo pela tecla Escape (ESC).
Offset: é o comando que permite duplicar a figura ou a imagem quantas vezes que pretendermos. Funcionamento:
- Ativar o comando Offset.
- Atribuir uma cota.
- Clicar no formato o número de vezes que pretendermos.
- Pressionar Enter.
- Desativar o comando através da tecla Escape (ESC).
Trim: é um comando que permite eliminar linhas cruzadas. Funcionamento:
- Ativar o comando Trim.
- Pressionar Enter.
- Clicar na linha cruzada.
- Desativar o comando através da tecla Escape (ESC).
Extend: é o comando que serve para alongar linhas a um determinado ponto, a uma forma. Funcionamento:
- Ativar o comando Extend.
- Pressionar Enter.
- Clicar na linha a ser alongada.
- Desativar o comando através da tecla Escape (ESC).
Dimension: É um comando que serve para atribuir cotas a uma determinada forma. Funcionamento:
- Ativar o comando Dimension ao estilo de cota que pretendemos.
- Pressionar Enter.
- Clique nas duas extremidades (esquerda a direita) dou um pequeno espaçamento e clico.
Circle: é um comando que serve para traçar círculos. Funcionamento:
- Ativar o comando Circle.
- Clicar no ambiente de trabalho.
- Especificar o valor no diâmetro do círculo.
- Pressionar Enter.
- Desativar o comando através da tecla Escape (ESC).
Rotat: é um comando que nos permite traçar ângulos e fazer rotação de figuras ou formas. Funcionamento:
- Selecionar a linha ou a forma.
- Ativar o comando Rotat.
- Clicar em uma das extremidades da figura.
- Fazer a rotação do objeto num ângulo escolhido.
- Pressionar Enter.
- Desativar o comando através da tecla Escape (ESC).
Explod: é o comando que funciona para desencriptar uma determinada figura ou formato. Funcionamento:
- Selecionar a figura ou formato.
- Ativar o comando Explod.
- Desativar o comando através da tecla Escape (ESC).
Rectangle: . Funcionamento:
- Ativar o comando Rectangle.
- Pressionar Enter.
- Desativar o comando através da tecla Escape (ESC).
Polyline: é um comando que serve para traçar polígonos. Funcionamento:
- Ativar o comando Polyline.
- Clicar no ambiente de trabalho.
- Atribuir um valor para traçar o nosso polígono.
- Pressionar Enter.
- Desativar o comando através da tecla Escape (ESC).
Copy: . Funcionamento:
- Ativar o comando Copy.
- Pressionar Enter.
- Desativar o comando através da tecla Escape (ESC).
Save: . Funcionamento:
- Ativar o comando Save.
- Pressionar Enter.
- Desativar o comando através da tecla Escape (ESC).
Erase: serve para apagar uma linha ou forma. Funcionamento:
- Ativar o comando Erase.
- Pressionar Enter.
- Desativaro comando através da tecla Escape (ESC).
Scale: escala. Funcionamento:
- Ativar o comando Scale.
- Pressionar Enter.
- Desativar o comando através da tecla Escape (ESC).
Arc: serve para traçar arcos. Funcionamento:
- Ativar o comando Arc.
- Pressionar Enter.
- Desativar o comando através da tecla Escape (ESC).
Text: escrever texto. Funcionamento:
- Ativar o comando Text.
- Pressionar Enter.
- Desativar o comando através da tecla Escape (ESC).
Move: serve para mover a figura ou formas. Funcionamento:
- Ativar o comando Move.
- Pressionar Enter.
- Desativar o comando através da tecla Escape (ESC).
Tarefa: Desenho de um retângulo e um círculo no AUTOCAD.
Execução de um retângulo com as seguintes medidas Comprimento: 20 cm. Largura: 10 cm.
Execução de um círculo com diâmetro de 10 cm.
Nota: colocar dimensões da cota.