Computação Gráfica: Conceitos e Primitivas

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CONCEITUAÇÃO E TERMINOLOGIA
Presente em diversos segmentos da atividade humana, como nas artes, na medicina, arquitetura, segurança pública, propaganda, processamento de dados, lazer, educação, etc. a Computação Gráfica (CG) é a área da Ciência da Computação que mobiliza os recursos matemáticos para gerar, manipular e interpretar imagens com a ajuda do computador. Praticamente tudo que poderíamos realizar usando imagens por meios tradicionais pode ser tratado mais rápida e eficientemente com a CG.
Na medicina, por exemplo, o emprego de scanners para a sondagem de órgãos internos sem intervenção cirúrgica tornou o diagnóstico de doenças mais seguro e precoce. O uso de ferramentas de CAD/CAM (Computer-Aided Design/Computer-Aided Manufacturing) possibilitam arquitetos e engenheiros elaborarem projetos de estruturas mais arrojadas e complexas, com cálculos mais precisos e visualização prévia dos resultados antes mesmos que estes sejam executados, permitindo avaliações mais seguras e rápidas.
Embora o domínio da tecnologia da CG não faça do indivíduo um artista, um médico, ou arquiteto, nas mãos de tais profissionais, seu domínio pode levar o sujeito a dimensões inimagináveis anteriormente.
Já para o cientista da computação, engenheiro, ou o analista de sistemas de informação a CG pode ser vista como um fim em si. Ou seja, cabe a esses profissionais o desenvolvimento e a integração das ferramentas que virão a ser utilizadas por outros profissionais no desenvolvimento de seus produtos.
Sendo uma das grandes áreas da Ciência da Computação podemos subdividir a Computação Gráfica, didaticamente, em três subáreas a saber:
    Síntese de Imagens
    Processamento (Manipulação) de Imagens
    Análise de Imagens (Visão Computacional)
Cada uma dessas subáreas, embora interligadas e, muitas vezes, sobrepostas, goza de certa independência das demais, requerendo o desenvolvimento de competências específicas.
Na síntese de imagens consideramos as representações visuais de objetos criados pelo computador a partir de especificações geométricas e visuais de seus componentes, ou seja, da representação gráfica da informação. Exemplos: elaboração de um gráfico representativo da distribuição de frequências de um determinado evento registrado em uma planilha, o registro digital de uma imagem por meio de um scanner ou câmera, a criação de imagem de uma cena para um filme de animação.
O processamento de imagens considera o tratamento da imagem em sua forma digital, suas transformações e melhoramentos. Exemplos: A restauração de uma fotografia antiga utilizando meios digitais, o realce de detalhes de uma imagem de uma câmera de segurança, a vetorização de uma imagem cartográfica (isso já não seria objeto da área de análise?).
Já a análise de imagens considera a especificação dos componentes da imagem a partir de sua representação visual. Exemplos: o reconhecimento de caracteres em um texto digitalizado (OCR – Optical Character Recognition), o estudo de manchas urbanas, áreas de desmatamento, levantamento topográfico, etc. ... a partir de imagens de satélite ou aerofotogrametria.
Assim, podemos definir a Computação Gráfica de várias maneiras, mais ou menos abrangentes:
"Computação Gráfica é a área da Ciência da Computação que trata a geração, manipulação e interpretação de modelos matemáticos, na forma de imagens, utilizando o computador."
"A Computação Gráfica consiste no conjunto de métodos e técnicas de converter dados para um dispositivo gráfico, via computador."
“A computação gráfica é a área da ciência da computação que estuda a transformação dos dados em imagem. Esta aplicação estende-se à recriação visual do mundo real por intermédio de fórmulas matemáticas e algoritmos complexos.” <pt.wikipedia.org>
Observe a maior ou menor abrangência de cada uma das tentativas de definirmos Computação Gráfica e tente elaborar a sua própria. O importante é compreender Computação Gráfica como uma área de desenvolvimento e pesquisa de uma ciência maior, a Ciência da Computação.
 
O Conceito de Primitivas Gráficas
Chamamos de primitivas gráficas os elementos básicos de gráficos/desenhos a partir dos quais são construídos outros objetos, mais complexos, mas também entram na definição de primitivas os comandos e funções que manipulam e alteram os elementos gráficos de uma imagem.
Conforme a primeira definição de primitiva gráficas podemos exemplificar as primitivas como:
    Em 2D: pontos, linhas, polilinhas, retângulos, circunferência, elipse, etc. ...
    Em 3D: planos, caixas, esferoides, cilindros, cones, etc. ...
Mas também servem como exemplos de primitivas gráficas funções como:
    Em 2D: WritePixel(x,y,cor), cor = GetColor(x,y), Form1.Canvas.Pixel[x,y]:=RGB(r,g,b)
    Em 3D: plane{ y,0 texture{pigment{color rgb <r,g,b>}}}}
 
Rasterização e Renderização
Dois termos muito empregados em Computação Gráfica e Processamento de Imagens são RASTERIZAÇÃO (rastering) e RENDERIZAÇÃO (rendering). Na Wikipédia (pt.wikipedia.org) encontramos definições bastante simples para ambos:
i. Rasterização, é a tarefa de tomar uma imagem descrita vetorialmente e convertê-la em uma imagem raster (matriz de pixel) para a saída em vídeo ou impressora.
ii. Renderização é o processo pelo qual se pode obter o produto final de um processamento digital qualquer.
EXERCÍCIOS RESOLVIDOS
R1. Presente em diversos segmentos da atividade humana, como nas artes, medicina, arquitetura, segurança pública, propaganda, processamento de dados, lazer, educação, etc. a Computação Gráfica (CG) é a área da Ciência da Computação que mobiliza os recursos matemáticos para gerar, manipular e interpretar imagens com a ajuda do computador. Praticamente tudo que poderíamos realizar usando imagens por meios tradicionais pode ser tratado mais rápida e eficientemente com a CG. Uma vez entendida a real natureza desta verdadeira caixa de ferramentas tecnológica é incorreto afirmar que:
(a)   Computação Gráfica é a área da Ciência da Computação que trata da geração, manipulação e interpretação da informação, de maneira visual, utilizando o computador
(b)   Computação Gráfica é a área da Ciência da Computação que estuda representações visuais a partir de especificações geométrica de seus componentes.
(c)   Computação Gráfica é a área da Ciência da Computação que trata da imagem em sua forma digital, suas transformações e melhoramentos.
(d)   Computação Gráfica é a área da Ciência da Computação que cuida da especificação dos componentes da imagem a partir de sua representação visual.
(e)   Computação Gráfica é uma disciplina do curso de Ciência da Computação ou Sistemas de Informação onde se aprende a desenhar e manipular imagens através de softwares apropriados.
RESP.: Alternativa (e). Embora possa haver cursos em que seja fundamental aprender a usar programas de manipulação gráfica, como cursos de nível técnico, Comunicação Visual, Design Gráfico e etc, onde a CG não é caracterizada como um fim em si, nos cursos de Ciência da Computação, Sistemas de Informação e Engenharia da Computação, onde o objetivo é desenvolver os aplicativos que irão servir para manipulação gráfica, ou desenvolver pesquisa científica e tecnológica para seu avanço enquanto área da Ciência da Computação, a disciplina de CG deve enfatizar o uso da lógica de programação e algoritmos mobilizando todos os recursos matemáticos necessários para sua realização.
R2. Assinale a alternativa que melhor indica os elementos fundamentais de um sistema de visualização gráfica.
(a)   Memória RAM e Processador
(b)   Processador, Controladora Gráfica e Monitor de Vídeo
(c)   Memória RAM, Controladora Gráfica e Monitor de Vídeo
(d)   Processador, Controladora Gráfica e Memória RAM
(e)   Memória RAM, Processador e Monitor de Vídeo
RESP.: Alternativa (b). Um sistema de visualização gráfica é constituído por três elementos fundamentais: o sistema de processamento de dados, a controladora gráfica e o monitor de vídeo. O sistema de processamento de dados tem como função processar os dados relativos às imagens que pretendemos visualizarna tela do monitor de vídeo. A controladora gráfica atua como uma interface entre o processador e o monitor, tendo como principal função armazenar e converter os sinais de vídeo enviados pelo processador. O monitor de vídeo é um dispositivo de saída, que tem como função mostrar as imagens em uma tela, atuando como uma interface entre as aplicações e o usuário.