IBGM_CG1_01_Introdução e Fundamentos

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Computação Gráfica 1
1. Introdução e fundamentos
Introdução
Computação gráfica, arte e matemática
Origens da Computação Gráfica
Whirlwind I, MIT
Origens da Computação Gráfica
SAGE – Semi-Automatic Ground Enviroment
Origens da Computação Gráfica
Tese de Doutorado de Ivan Sutherland 1962 - MIT SketchPad
Aplicações
Entretenimento: Cinema
Pixar: Monster’s Inc.
Square: Final Fantasy
Aplicações
Entretenimento: Cinema
A Bug’s Life (Pixar)
Aplicações
Visualização Médica
MIT: Image-Guided Surgery Project
Aplicações
Visualização científica
Aplicações
Computer Aided Design (CAD)
Aplicações
Treinamento
Flight Simulator X
Aplicações
Jogos
Grand Theft Auto V
Mercado de Computação Gráfica
Fundamentos
Geração de imagens 2D a partir de uma representação em 3D em um computador
Principais atividades
Modelagem geométrica (forma): criação e representação da geometria dos objetos no mundo 3D;
Renderização (luz e perspectiva): geração de imagens 2D a partir de objetos;
Ação (animação e movimento): descrição de como os objetos mudam no tempo.
Percepção tridimensional
Informações Monoculares;
Informações Visuais Óculo-motoras;
Informações Visuais Estereoscópicas.
Informações Monoculares
Perspectiva
resultado da aparente diminuição dos tamanhos e das distâncias entre os objetos, à medida que o observador se distancia destes 
largamente
usado para expressar cenas tridimensionais em superfícies planas
Informações Monoculares
Conhecimento prévio do objeto
Informações Monoculares
Oclusão;
Densidade das Texturas;
Variação da Reflexão da Luz;
Sombras e Sombreamentos.
A oclusão é responsável pela informação da posição relativa dos objetos
Conhecido também como “gradiente de texturas: à medida que os padrões aparecem
mais densos e menos detalhados, mais distantes estarão do observador
Outras informações
Informações óculo-motoras
Acomodação
Convergência
Informações esteroscópicas
A oclusão é responsável pela informação da posição relativa dos objetos
Conhecido também como “gradiente de texturas: à medida que os padrões aparecem
mais densos e menos detalhados, mais distantes estarão do observador
Representação Vetorial e Matricial de imagens
Representação Vetorial
Utilização de elementos básicos
pontos, linhas, curvas, superfícies tridimensionais ou mesmo sólidos que descrevem os elementos
Primitivas vetoriais da imagem;
Atributos;
Geometria.
Representação Vetorial (Exemplo)
Exemplo 1
Primitiva: Ponto;
Geometria: Posição (coordenadas);
Atributos: Cor.
Exemplo 2
Primitiva: Linha;
Geometria: coordenadas dos pontos extremos;
Atributos: Cor, espessura, pontilhada ou tracejada.
Representação Matricial
Imagens digitalizadas capturadas por scanners ou utilizadas nos vídeos;
Forma de descrição principal na análise e no processamento de imagens;
Emcomputação gráfica sintética, surgem nos processos de finalização (ray tracing, z-buffers).
Representação Matricial
A imagem é descrita porumconjunto de célulasemum arranjo espacial bidimensional, uma matriz;
Cada célula representa os pixels (ou pontos)
da imagem matricial;
Os objetos são formados usando dequadamente esses pixels.
Processador 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)
ŠMapeamento de texturas
ŠRasterização
ŠAmostragem de curvas e superfícies paramétricas
Geração de pontos a partir de formas polinomiais
Arquitetura de sistemas gráficos
Arquitetura de sistemas gráficos
Quanto mais complexa uma imagem, maior o número de
pontos que devem ser criados, ocorrendo o mesmo se desejarmos melhores resoluções
de imagem.
OpenGL
OpenGL (Open Graphical Library);
Interface de software (API – Aplication Program Interface) 
Aceleração da programação de dispositivos gráficos;
Aproximadamente 120 comandos
especificação de objetos 
operações necessárias para a produção de aplicações gráficas interativas 3D
Quanto mais complexa uma imagem, maior o número de
pontos que devem ser criados, ocorrendo o mesmo se desejarmos melhores resoluções
de imagem.
OpenGL não é uma linguagem de programação como C, C++ ou Java;
Normalmente se diz que um programa é baseado em OpenGL ou é uma aplicação OpenGL;
Suas aplicações variam
ferramentas CAD, jogos, imagens médicas e programas de modelagem usados para criar efeitos especiais (Jurassic Park e Star Wars)
Dentre os programas de modelagem
3D MAX, Bryce, Character Studio, Lightware, Lightscape, Maya, Rhino 3D, TruSpace
OpenGL
Quanto mais complexa uma imagem, maior o número de
pontos que devem ser criados, ocorrendo o mesmo se desejarmos melhores resoluções
de imagem.
Vai além do desenho de primitivas gráficas;
Iluminação;
Sombreamento;
Mapeamento de textura;
Transparência;
Animação;
Gerenciamento de eventos de entrada por teclado e mouse.
A biblioteca OpenGL	
Quanto mais complexa uma imagem, maior o número de
pontos que devem ser criados, ocorrendo o mesmo se desejarmos melhores resoluções
de imagem.
Faz parte da implementação OpenGL;
Possui várias funções para modelagem: tais como superfícies quadráticas, e curvas e superfícies NURBS (Non Uniform Rational B-Splines);
Transformações de translação, escala e rotação, através da multiplicação de matrizes;
A biblioteca GLU	
Quanto mais complexa uma imagem, maior o número de
pontos que devem ser criados, ocorrendo o mesmo se desejarmos melhores resoluções
de imagem.
#include <GL/glut.h> // inclusão da biblioteca
#include <stdlib.h> // inclusão da biblioteca
#include <stdio.h>
// Declarações
void init(void);
void display(void);
void keyboard(unsigned char key, int x, int y);
O primeiro programa (parte 1)
Quanto mais complexa uma imagem, maior o número de
pontos que devem ser criados, ocorrendo o mesmo se desejarmos melhores resoluções
de imagem.
int main(int argc, char** argv){
	printf("oi");
	glutInit(&argc, argv); 
	glutInitDisplayMode (GLUT_SINGLE | GLUT_RGB); 
	glutInitWindowSize (150, 150); 
	glutInitWindowPosition (100, 100); 
	glutCreateWindow ("Desenha uma linha"); 
	init( );
	glutDisplayFunc(display);
	glutKeyboardFunc(keyboard); 
	glutMainLoop( ); 
	return 0;
}
O primeiro programa (parte 2)
Quanto mais complexa uma imagem, maior o número de
pontos que devem ser criados, ocorrendo o mesmo se desejarmos melhores resoluções
de imagem.
void display(void){
	glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT); 
	glColor3f(0.0, 0.0, 0.0);
	glBegin(GL_LINES);
	glVertex2i(20,100); 
	glVertex2i(100,20); 
	glEnd( );
	glFlush( ); 
}
O primeiro programa (parte 3)
Quanto mais complexa uma imagem, maior o número de
pontos que devem ser criados, ocorrendo o mesmo se desejarmos melhores resoluções
de imagem.
void keyboard(unsigned char key, int x, int y){
	switch (key) {
	case 27:
		exit(0);
		break;
	}
}
O primeiro programa (parte 4)
Quanto mais complexa uma imagem, maior o número de
pontos que devem ser criados, ocorrendo o mesmo se desejarmos melhores resoluções
de imagem.
glColor3f
Sintaxe de comando
Quanto mais complexa uma imagem, maior o número de
pontos que devem ser criados, ocorrendo o mesmo se desejarmos melhores resoluções
de imagem.
Visão geral da computação gráfica sua história e aplicações. Detalhes de como percebemos e podemos apresentar imagens foram discutidos. Também foram vistos detalhes ligados aos equipamentos e a biblioteca
OpenGL.
Resumo
Quanto mais complexa uma imagem, maior o número de
pontos que devem ser criados, ocorrendo o mesmo se desejarmos melhores resoluções
de imagem.
Transformações Geométricas no Plano e no Espaço;
Próxima aula...
Computação Gráfica 1
1. Introdução e fundamentos