MÓDULO 1 - Visão geral. Conceituação e terminologia

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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 (Computer­Aided 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 à 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 área 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 freqüências 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 estende­se 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, esferóides, 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
convertê­la 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 processamentode 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 visualizar na
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.
Exercício 1:
NÃO são objetos de estudo da Computação Gráfica:
A ­ A síntese e o processamento de imagens. 
B ­ A Análise de imagens. 
C ­ Visão computacional. 
D ­ Desenvolvimento de sistemas operacionais e gerenciadores de tarefas. 
E ­ Normal 0 MicrosoftInternetExplorer4 /* Style Definitions */
table.MsoNormalTable {mso­style­name:"Table Normal"; mso­style­parent:"";
font­size:10.0pt;"Times New Roman";} Desenvolvimento de tecnologias para a
síntese de imagens computadorizadas. 
Comentários:
Essa disciplina não é ED ou você não o fez comentários 
Exercício 2:
Dois termos muito empregados em Computação Gráfica e Processamento de
Imagens são RASTERIZAÇÃO (rastering) e RENDERIZAÇÃO (rendering). O termo
RASTERIZAÇÃO pode ser entendido como:
A ­ O processo de conversão da representação vetorial para a matricial ( pixels ). 
B ­ Uma transformação matemática para converter modelos matemáticos em
imagens. 
C ­ O processo de sensibilizar a superfície de um dispositivo raster . 
D ­ Uma transformação ponto­a­ponto de translação de pixels . 
E ­ Um outro nome para o Algoritmo de Bresenham para Retas e Circunferências. 
Comentários:
Essa disciplina não é ED ou você não o fez comentários 
Exercício 3:
Tendo em vista as definições de primitivas empregadas em CG, avalie as
afirmativas abaixo e assinale a alternativa certa
I.    São os elementos básicos que compõem um desenho (pontos, retas,
polilinhas, polígonos, círculos, elipses, etc) 
II.   São comandos e funções de um programa de computador que
manipulam e alteram as propriedades dos elementos gráficos de uma
imagem ou do hardware gráfico. 
III.  São desenhos rústicos usados pelo homem primitivo para expressar
suas idéias, uma informação.
A ­ Apenas I está correta  
B ­ Apenas II está correta  
C ­ Apenas I e II estão corretas  
D ­ Todas estão corretas  
E ­ Todas estão incorretas 
Comentários:
Essa disciplina não é ED ou você não o fez comentários 
Exercício 4:
Avalie as afirmativas abaixo e assinale a alternativa certa
 
I. Bibliotecas Gráficas são conjuntos de rotinas gráficas (primitivas) básicas
padronizadas e portáveis. 
II. OpenGL (Open Graphic Library), DirectX, GKS (Graphical Kernel System)
e PHIGS (Programmer’s Hierarchical Interactive Graphics System) são
exemplos de bibliotecas gráficas padronizadas. 
III. CAD/CAM (Computer Aided Desing/Computer Aided Manufacturing), são
sistemas gráficos interativos utilizados para projetar componentes, peças e
sistemas de dispositivos mecânicos, elétricos, eletro­mecânicos, eletrônicos e
etc...
A ­ Apenas I está correta.  
B ­ Apenas II está correta.  
C ­ Apenas I e II estão corretas.  
D ­ Todas estão corretas.  
E ­ Todas estão incorretas.  
Comentários:
Essa disciplina não é ED ou você não o fez comentários 
Exercício 5:
Modelo que se define como um conjunto de células localizadas em coordenadas
contínuas, implementadas numa matriz 2D. Cada célula, também chamada
elemento da imagem, elemento da matriz ou "pixel", é referida por indexes de
linha e coluna. Como vantagens deste modelo pode­se dizer que os dados
possuem uma estrutura simples e operações de superposição são facilmente e
eficazmente implementadas. Indique qual das opções abaixo a definição acima se
refere.
A ­ Modelo Vetorial  
B ­ Modelo de Câmera  
C ­ Modelo Raster  
D ­ Modelo Geométrico  
E ­ Modelo Gaussiano  
Comentários:
Essa disciplina não é ED ou você não o fez comentários 
Exercício 6:
É o processo de conversão da representação vetorial para a matricial. Permite
realizar a conversão de um desenho tridimensional qualquer em uma
representação inteira, possível de ser armazenada na memória de um
determinado dispositivo.
A ­ Rasterização 
B ­ Vetorização 
C ­ Interligação 
D ­ Interpolação 
E ­ Conversão 
Comentários:
Essa disciplina não é ED ou você não o fez comentários 
Exercício 7:
Quais os aspectos negativos da imagem matricial?
A ­ Linhas retas são os principais componentes deste tipo de gráfico. Impressoras
imprimem utilizando pontos.  
B ­ Fotorealismo em mapas de bits muito detalhados. Impressoras imprimem
utilizando pontos.  
C ­ Linhas retas são os principais componentes deste tipo de gráfico. Existe a
possibilidade de edição de partes do gráfico sem afetar elementos que não devem
ser alterados.  
D ­ Fotorealismo em mapas de bits muito detalhados. Existe a possibilidade de
edição de partes do gráfico sem afetar elementos que não devem ser alterados.  
E ­ Dificuldade na edição de imagens. Mapa de bits detalhados pode ocupar muita
memória.  
Comentários:
Essa disciplina não é ED ou você não o fez comentários