01 Introdução à Computação Gráfica

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CENTRO UNIVERSITÁRIO CARIOCA COMPUTAÇÃO GRÁFICA 
 
Catiúscia A. B. Borges 1 
INTRODUÇÃO À COMPUTAÇÃO GRÁFICA 
 
Introdução: Origens da Computação Gráfica 
A Computação Gráfica está presente em todas as áreas, desde os mais 
inconsequentes joguinhos eletrônicos até o projeto dos mais modernos equipamentos 
para viagens espaciais, passando também pela publicidade, com as mais incríveis 
vinhetas eletrônicas e pela medicina onde a criação de imagens de órgãos internos ao 
corpo humano possibilitando o diagnóstico de males que em outros tempos somente 
seria possível com intervenções cirúrgicas complicadas e comprometedoras. 
 
Uma imagem vale mais do que mil palavras..... 
 
Esta conhecida frase já era proferida muito antes do nascimento dos 
computadores e, portanto, em época em que era difícil imaginar a possibilidade de 
que desenhos poderiam, um dia, vir a serem criados e interpretados 
automaticamente. Hoje, através da Computação Gráfica, isto e muito mais, faz parte 
do dia-a-dia de inúmeras pessoas, desde os apaixonados por videogames até os 
projetistas de carros e aviões. E é agora, quando a Computação Gráfica vem 
mostrando cada vez mais utilidades em um número crescente de aplicações, que esta 
frase é repetida com mais insistência em livros, palestras ou discussões sobre o 
assunto. E com razão, pois ela resume, muito bem, uma característica do ser humano, 
comprovada não só na prática como em estudos científicos, e que é utilizada pela 
Computação Gráfica: o homem consegue absorver e transmitir um número muito 
maior de informações quando estas estão sob a forma de imagens. 
De acordo com estudos sobre o cérebro humano, este possui uma área 
destinada à interpretação e criação de imagens e outra voltada para a linguagem. A 
primeira processa informações em paralelo, ou seja, capta correlaciona e interpreta 
dados instantaneamente. A segunda trabalha sequencialmente, analisando uma única 
informação por vez. A zona cerebral voltada para as imagens é também a responsável 
pelo pensamento criativo, enquanto que na zona dedicada às linguagens são 
 
 
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realizados os raciocínios lógicos. Antes de vir a manipular imagens, o computador 
atingia apenas esta última zona do cérebro. 
Durante muito tempo a comunicação entre o homem e o computador foi 
realizada através de sequências intermináveis de números e letras, só possíveis de 
serem manipuladas por especialistas. Faltava ao computador a capacidade de 
apresentar e receber imagens. Quando se criaram os equipamentos para geração de 
desenhos (como o tubo de televisão e o traçador gráfico) e captação de imagens 
(como a câmara e a mesa digitalizadora) foi possível cobrir tal deficiência. 
Hoje, aquela frase inicial continua valendo, mas ganhou também um novo 
sentido, igualmente verdadeiro, ao se falar de imagens em computadores: para que 
estes possam manipula-las, elas devem ser codificadas e armazenadas em memória 
digital e aí, normalmente, são necessárias milhares de palavras (de memória) para o 
armazenamento de uma única imagem. 
Parece existir consenso entre os pesquisadores da história da Computação 
Gráfica de que o primeiro computador a possuir recursos gráficos de visualização de 
dados numéricos foi o "Whirlwind I" (furacão), desenvolvido, em 1950, com 
finalidades acadêmicas e também possivelmente militares pois logo em seguida o 
comando de defesa aérea dos EUA desenvolveu um sistema de monitoramento e 
controle de vôos (SAGE - Semi-Automatic Ground Enviroment) que convertia as 
informações capturadas pelo radar em imagem em um tubo de raios catódicos (na 
época uma invenção recente) no qual o usuário podia apontar com uma caneta ótica. 
Ocorre que nesta época os computadores eram orientados para fazer cálculos pesados 
para físicos e projetistas de mísseis não sendo próprios para o desenvolvimento da 
Computação Gráfica. 
Em 1962, surgiu uma das mais importantes publicações de Computação 
Gráfica de todos os tempos, a tese do Dr. Ivan Sutherland ("Sketchpad - A 
ManMachine Graphical Communication System"), propunha uma forma de inteção 
muito semelhante ao que hoje chamados de interfaces WIMP – Window-Icon-
MenuPointer. 
Esta publicação chamou a atenção das indústrias automobilísticas e 
aeroespaciais americanas. Os conceitos de estruturação de dados bem como o núcleo 
 
 
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da noção de Computação Gráfica interativa levaram a General Motors a desenvolver o 
precursor dos primeiros programas de C.A.D. Logo em seguida diversas outras grandes 
corporações americanas seguiram este exemplo sendo que no final da década de 60 
praticamente toda a indústria automobilística e aeroespacial se utilizava de softwares 
de CAD. 
O Crescimento da Computação Gráfica 
 
Dois fatores, entretanto, foram fundamentais para o desenvolvimento da 
Computação Gráfica tal como a conhecemos hoje: 
a) O desenvolvimento da tecnologia de circuitos integrados durante a década 
de 70 que permitiu o barateamento e a conseqüente popularização das máquinas; b)O 
fim da idéia de que os fabricantes de computadores devem fornecer apenas a máquina 
e o sistema operacional e que os usuários devem escrever seus próprios aplicativos. 
A popularização dos aplicativos prontos e integrados (planilhas, editores de 
texto, editores gráficos, processadores de imagem, bancos de dados, etc) permitiram a 
popularização da Computação Gráfica na medida em que possibilitaram que o usuário 
comum sem conhecimento ou tempo para desenvolver aplicativos gráficos (nem 
sempre tão simples de serem programados) pudessem se utilizar das facilidades da 
mesma. 
 Como se vê, a Computação Gráfica é uma área bastante abrangente, já que a 
imagem pode ser tratada de inúmeras formas diferentes pelo computador. Mas, 
enfim: 
 
O Que é a Computação Gráfica? 
 
A Computação Gráfica engloba todos os métodos e técnicas relacionadas com 
a conversão de dados de (e para) dispositivos gráficos, através de computador. Logo, 
qualquer aplicação computacional que envolva imagens se utiliza, na verdade, de 
técnicas de Computação Gráfica. 
A manipulação de imagens pelo computador está presente hoje, no dia-a-dia 
de praticamente todas as pessoas, apesar de que nem sempre elas se deem conta 
 
 
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disso. Vinhetas televisivas, videogames, desenhos animados, projetos de aeronaves, 
automóveis ou arquitetônicos, gráficos estatísticos, efeitos especiais cinematográficos, 
desenvolvimento de máquinas de alta precisão e, até mesmo, simuladores de guerra. 
Antigamente os computadores só eram capazes de emitir resultados sob a 
forma de listagens numéricas. 
Muitas vezes a apresentação de resultados sob a forma de gráficos ficaria 
muito mais clara, o que fez com que os programadores utilizassem, em alguns casos, 
os próprios símbolos alfanuméricos dispostos na forma de gráficos(como na figura a 
seguir). 
 
 
Imagens artísticas também podiam ser obtidas pela composição de símbolos 
alfanuméricos em listagens de computador (conforme a imagem abaixo). 
 
Com o surgimento de equipamentos próprios para a geração de desenhos,os 
programas passaram a contar com a possibilidade de apresentarem saídas na forma 
gráfica. 
Muitos aplicativos de estatística, educacionais e outros, utilizam-se da 
imagem para a comunicação homem-máquina. Mas hoje é também possível que a 
máquina receba e interprete imagens. Esta capacidade é bastante utilizada em 
 
 
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inúmeras aplicações como: prover visão a robôs, análise de eletrocardiogramas e 
outros gráficos, introdução de desenhos gerados manualmente, retoques e 
composição de fotografias, criação de desenhos animados, interpretação de desenhos. 
Mas a Computação Gráfica não para por aí. Com os terminais de vídeo, 
gráficos e computadores velozes, tornou-se possível a geração de imagens em tempo 
real e a criação de videogames, simuladores de voo e de choques de veículos, 
programas para documentação de projetos e outros. Um grande salto foi dado com o 
surgimento da Computação Gráfica Interativa, que permite ao usuário interferir em 
um desenho e visualizar o resultado imediatamente. Com mais este recurso a 
Computação Gráfica passou a ter vida própria, deixando de ser apenas uma interface 
com o fim de melhorar a comunicação homem-máquina. A própria imagem passou a 
ser o objetivo principal de aplicativos voltados para a documentação, criação de 
logotipos, desenvolvimento de projetos e outros. A área de informática que maior 
proveito vem tirando da Computação Gráfica Interativa é a de CAD/CAM. Com a 
Computação Gráfica Interativa o projetista pode, por exemplo, direcionar o 
andamento do projeto de um carro, com o computador fazendo os cálculos 
necessários e apresentando os resultados na forma de imagens que podem ser 
alteradas pelo projetista. 
Segundo a ISO ("International Standards Organization") a Computação Gráfica 
pode ser definida como o conjunto de métodos e técnicas utilizados para converter 
dados para um dispositivo gráfico, via computador Se tomarmos como base a 
definição da ISO, duas áreas tem uma estreita relação com a Computação Gráfica, são 
elas: 
a) Processamento de Imagens: envolve técnicas de transformação de 
imagens. As transformações visam, em geral, melhorar características visuais da 
imagem como por exemplo aumentar o contraste, melhorar o foco ou ainda reduzir o 
ruído e as eventuais distorções. 
b) Reconhecimento de Padrões, também conhecida como Análise de 
imagens: busca isolar e identificar os componentes de uma imagem a partir de sua 
representação visual. 
 
 
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O diagrama da figura 1 ilustra o relacionamento da Computação Gráfica pelas 
suas subáreas: Modelagem de dados (processamento de dados), Visualização (síntese 
de imagens), Processamento de imagens, Visão (análise de imagens). 
 
 
 
Já Rogers e Adams classificam a Computação Gráfica em passiva e interativa. 
Como Computação Gráfica Passiva entende-se o uso do computador para definir, 
armazenar, manipular e apresentar imagens gráficas. O computador prepara e 
apresenta dados armazenados sob a forma de figuras e o observador/usuário não 
interfere nesse processo. Exemplos desse tipo de atividade podem ser simples como a 
geração automática de um gráfico de barras a partir de uma tabela, bem como a 
simulação do movimento de um veículo espacial a partir de dados coletados em 
campo. Computação Gráfica Interativa também se utiliza do computador para 
preparar e apresentar imagens. Nesse caso, entretanto, o observador/usuário pode 
interagir em tempo real com a imagem. 
A manipulação de imagens em tempo real apresenta como principal problema 
o número de cálculos envolvidos para se trabalhar com imagens relativamente 
complexas. Por exemplo, a rotação de um objeto tridimensional exigirá, para cada 
ponto, sua multiplicação por uma matriz 3x3, resultando em duas somas e quatro 
multiplicações. Tomando-se um objeto de 1000 pontos essa operação requer 4000 
multiplicações e 2000 adições. Esse exemplo serve para dar uma ideia do número de 
cálculos envolvidos em operações dessa natureza. 
 
 
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Para contornar esse tipo de problema podem ser adotadas soluções tais 
como: 
 o utilizar máquinas mais rápidas; 
 o melhorar os algoritmos tornando-os mais eficientes; 
 o construir módulos de "hardware" dedicados a certos tipos de 
operações (por exemplo um módulo dedicado a multiplicação de 
matrizes) e 
 o reduzir a complexidade da imagem. Nesse caso corre-se o risco de 
produzirem-se imagens de qualidade insuficiente conforme a 
aplicação. 
 
Por outro lado alguns autores apresentam a Computação Gráfica como a área 
da ciência da computação que estuda a geração, a manipulação e a interpretação de 
modelos e imagens de objetos utilizando computador. Tais modelos vêm de uma 
variedade de disciplinas, como física, matemática, engenharia, arquitetura, etc. 
 
 
Dessa forma, considerando-se o aspecto tratamento de imagens, pode-se 
subdividir a Computação Gráfica nas seguintes subáreas: 
 
Visualização ou Síntese de Imagens: subárea que se preocupa com a 
produção de representações visuais a partir das especificações geométrica e visual de 
seus componentes. É frequentemente confundida com a própria Computação Gráfica. 
Envolve todas as técnicas destinadas à criação e manipulação de imagens artificiais, a 
partir de modelos matemáticos e geométricos. As imagens podem possuir 
sombreamento, se constituir apenas de linhas, ser definida em duas ou três 
dimensões, possuir cor ou não, etc... 
A Síntese de Imagens parte da descrição de objetos tais como segmentos de 
reta, polígonos, poliedros, esferas e produz uma imagem, atendendo às especificações, 
em algum meio que possa, em última instância, ser visualizado. As imagens 
 
 
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sintetizadas são exibidas em terminais, traçadas em papel, impressionadas em filme 
fotográfico ou impressas. Em quaisquer dessas formas as imagens configuram uma 
representação visual de objetos bi ou tridimensionais descritos abstratamente nas 
especificações. 
As principais aplicações destas técnicas são: criação de imagens abstratas, 
visualização de modelos matemáticos, geração de gráficos matemáticos e estatísticos, 
edição de desenhos (criação e alteração) e simulações. 
 
 
Processamento de Imagens: envolve as técnicas de transformação de 
Imagens, em que tanto a imagem original quanto a imagem resultado apresentam-se 
sob uma representação visual (geralmente matricial). Estas transformações visam 
melhorar as características visuais da imagem (aumentar contraste, foco, ou mesmo 
diminuir ruídos e/ou distorções). 
O Processamento de imagens é a união entre as técnicas de síntese e análise, 
com o fim de se manipularem imagens do mundo real, analisando-as e enriquecendo 
as com imagens sintéticas. 
O Processamento de Imagens parte de imagens já prontas para serem 
visualizadas captadas por recursos os mais diversos: digitalização de fotos, tomadas de 
câmaras de vídeo ou imagens de satélites. Estas imagens são então transformadas em 
outras com uma representação visualizável onde características visuais são alteradas. 
Um exemplo típico é a correção da deformação de imagens de satélites decorrentes da 
curvatura da superfície terrestre. 
Algumas aplicações nesta área: retoques de fotografias, montagens, efeitos 
especiais, processamento de imagens de satélite, tomografia computadorizada, etc... 
 
 
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Visão ou Análise de Imagens: subárea que procura obter a especificação dos 
componentes de uma imagem a partir de sua representação visual. Ou seja através da 
informação pictórica da imagem (a própria imagem!) produz uma informação não 
pictórica da imagem (por exemplo, as primitivas geométricaselementares que a 
compõem). 
A Análise de Imagens é, portanto, o processo inverso ao da síntese. Aqui a 
imagem já existe e de alguma forma é passada ao computador, normalmente através 
de uma mesa digitalizadora, câmaras ou outro dispositivo qualquer digitalizador. Cabe 
ao computador captar da imagem a sua descrição digital. A partir da imagem 
digitalizada e convertida para uma estrutura de descrição adequada o computador 
pode realizar atividades tais como reconhecer padrões, fazer levantamentos 
estatísticos, ou armazenar imagens fotográficas. 
A análise pode também ser aplicada sobre imagens que já se encontram 
descritas na forma apropriada para o tratamento computacional, não sendo estão 
necessário o processo de digitalização. 
Para a análise de imagens obtidas no mundo real, estas devem passar por um 
processo de digitalização, ou seja, conversão dos níveis analógicos de intensidade 
luminosa e cor, para descrições digitais (numéricas). Estas descrições podem ser 
classificadas em dois tipos principais: vetorial e matricial. Na descrição vetorial a 
imagem é definida através de linhas, como em uma planta de arquitetura. O 
dispositivo gráfico mais indicado para a captação de um desenho para ser convertido 
para a forma vetorial é a mesa digitalizadora. Na descrição matricial uma imagem é 
dividida em um grande número de pontos através de um reticulado imaginário. Cada 
um desses pontos recebe uma cor, de modo que, no conjunto, estes pontos 
 
 
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configurem a imagem digitalizada. Este tipo de representação é indicado onde se 
necessita de realismo de imagens, como fotografias, que são definidas por tons e 
sombras e não por linhas. 
 
 
Modelagem de Dados: subárea que procura obter a especificação dos 
componentes de uma imagem manipulando apenas dados. 
A modelagem de Dados envolve as técnicas de transformação de Imagens do 
ponto de vista dos dados. O processo de refinando melhora a qualidade da imagem 
aumentando o número de informações da imagem; já o processo de simplificando 
reduz a quantidade de informações da imagem, tornando mais simples o processo de 
visualização da imagem. 
 
 
 
Na última década adicionou-se a esse contexto a área de Visualização de 
Dados, também chamada Visualização Computacional, que usa técnicas de 
Computação Gráfica para representar informação, de forma a facilitar o entendimento 
de conjuntos de dados numéricos de alta complexidade. Exemplos de áreas de 
aplicação são: visualização de imagens médicas, meteorologia, dados financeiros, 
 
 
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visualização de programas, dinâmica dos fluidos, e muitas outras. Nelas, o que existe 
em comum é que as representações gráficas (superfícies, partículas, ícones) são 
geradas automaticamente a partir do conjunto de dados. Ao usuário cabe definir 
parâmetros e atributos da imagem para melhor 'navegar' seu conjunto de dados. 
Dessa maneira, a visualização de dados partilha de características da síntese, do 
processamento e da análise de dados. 
Atualmente a Computação Gráfica é altamente interativa: o usuário controla 
o conteúdo, a estrutura e a aparência dos objetos e suas imagens visualizadas na tela, 
usando dispositivos como o teclado e o mouse. Entretanto, até o início dos anos 80, a 
computação gráfica era uma disciplina restrita e altamente especializada. Devido, 
principalmente, ao alto custo do hardware, poucos programas aplicativos exploravam 
gráficos. O advento dos computadores pessoais de baixo custo, como o IBM-PC e o 
Apple Macintosh, com terminais gráficos de varredura (raster graphics displays), 
popularizou o uso de gráficos na interação usuário-computador. 
Os displays gráficos de baixo custo possibilitaram o desenvolvimento de 
inúmeros aplicativos baratos e fáceis de usar, que dispunham de interfaces gráficas - 
planilhas, processadores de texto, programas de desenho... As interfaces evoluiram e 
introduziu-se o conceito de desktop - uma metáfora para uma mesa de trabalho. 
Nessas interfaces gráficas, através de um gerenciador de janelas (window manager) o 
usuário pode criar e posicionar janelas que atuam como terminais virtuais, cada qual 
executando aplicativos independentemente. Isto permite que o usuário execute vários 
aplicativos simultaneamente, e selecione um deles a um simples toque no mouse. 
Ícones (icons) são usados para representar arquivos de dados, programas e abstrações 
de objetos de um escritório - como arquivos, caixas de correio (mailboxes), 
impressoras, latas de lixo - nas quais são executadas operações análogas às da vida 
real. Para ativar os programas, o usuário pode selecionar ícones, ou usar buttons e 
menus dinâmicos. Objetos são manipulados diretamente através de operações de 
pointing e clicking feitas com o mouse. Atualmente, mesmo aplicativos que manipulam 
texto (como processadores de texto) ou dados numéricos (como planilhas) usam 
interfaces desse tipo, reduzindo sensivelmente a interação textual através de teclados 
alfanuméricos. 
 
 
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A computação gráfica não é mais uma raridade: é parte essencial de qualquer 
interface com o usuário, é indispensável para a visualização de dados em 2D e 3D e 
tem aplicações em áreas como educação, ciências, engenharia, medicina, publicidade, 
lazer, militar. 
A computação gráfica cuida da síntese de imagens de objetos reais ou 
imaginários a partir de modelos computacionais. Processamento de imagens é uma 
área relacionada que trata do processo inverso: a análise de cenas, ou a reconstrução 
de modelos de objetos 2D ou 3D a partir de suas imagens. 
Note que a síntese de imagens parte da descrição de objetos tais como 
segmentos de reta, polígonos, poliedros, esferas, etc.; e produz uma imagem que 
atende a certas especificações e que pode, em última instância, ser visualizada em 
algum dispositivo (terminal de vídeo, plotter, impressora, filme fotográfico...). As 
imagens em questão constituem uma representação visual de objetos bi ou 
tridimensionais descritos através de especificações abstratas. 
O processamento de imagens parte de imagens já prontas para serem 
visualizadas, as quais são transferidas para o computador por mecanismos diversos - 
digitalização de fotos, tomadas de uma câmera de vídeo, ou imagens de satélite - para 
serem manipuladas visando diferentes objetivos. 
Como já foi visto, qualquer um dos tipos de técnicas apresentados 
anteriormente podem ser utilizados tanto de forma passiva (ou não interativa) como 
com a interação do usuário. Esta classificação diz respeito, logicamente, à maneira com 
a qual o usuário interfere no processo. 
Na Computação Gráfica Passiva (ou Não Interativa), uma vez disparado o 
processo, como num gerador de gráficos estatísticos, o usuário não consegue mais 
interferir no mesmo, somente podendo reprocessar os dados após a verificação do 
resultado. 
Já na Computação Gráfica Interativa o usuário pode, durante o processo de 
síntese e/ou de análise, interferir no sistema de geração do resultado procurado 
conduzindo-o no sentido desejado, como nas estações gráficas. 
Perguntar quais as aplicações da Computação Gráfica é como querer saber 
todas as utilidades do “Bom-Bril”. Literalmente, existem milhares de empregos para 
 
 
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esta fantástica aplicação da tecnologia da Informática, e os seus novos usos continuam 
crescendo num ritmo espantoso. Para que se possa dar uma ideia deste crescimentoconstantemente são lançados no mercado centenas de novos produtos para e nesta 
área, tanto na forma de hardware como de software. 
Na realidade, cada autor consultado, dependendo do critério utilizado para 
classificação das aplicações, as apresenta de uma determinada forma. Assim, 
procurando abstermos de qualquer classificação, faremos uma breve citação de 
diversas aplicações possíveis, tecendo, ao final, alguns pequenos comentários sobre as 
que julgamos de maior difusão ai sim, enquadrando-as numa classificação mais ampla. 
Citamos como aplicações de Computação Gráfica, entre outras: 
 Interface com o usuário; 
 Traçado interativo de gráficos; 
 Editoração Eletrônica; 
 Animação; 
 Geração de Efeitos Especiais; 
 Comunicação Visual; 
 Manufatura assistida por computador; 
 Projetos assistidos por computador; 
 Simulações; 
 Videogames. 
 
Dessa forma, podemos verificar que as aplicações de Computação Gráfica se 
distribuem em praticamente todas as áreas da atividade humana. Artes Gráficas, Artes 
Plásticas, Administração de Empresas, Publicidade, Lazer, Medicina, Engenharia, 
Arquitetura, Meteorologia, Cartografia, Indústria, Educação, Militar... 
Não há como negar que as áreas de publicidade, artes gráficas e lazer 
sofreram grande impacto com a evolução desta tecnologia, com o seu 
desenvolvimento e com a consequente redução de seus custos. 
Entretanto, foram, e ainda são, as aplicações técnicas que impulsionaram o 
seu desenvolvimento. A qualidade exigida por estas atividades condicionou o 
 
 
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surgimento de equipamentos e softwares cada vez mais sofisticados e especializados 
justificando os altos investimentos com a redução de custos e riscos do treinamento. 
Hoje a Computação Gráfica é uma realidade inquestionável. A maioria dos 
aplicativos para computadores pessoais ou estações de trabalho dispõem de interface 
gráfica baseada em janelas, menus dinâmicos e ícones; os softwares para a editoração 
gráfica de documentos que combinam texto, gráficos e tabelas tornaram-se 
ferramentas sem as quais é praticamente impossível realizar-se uma boa 
administração; os sistemas de CAD (Computer Aided Design – Projeto Assistido por 
Computador) são essenciais para a criação e desenvolvimento de peças de alta 
precisão pois, assim como os Sistemas de Simulação permitem que sejam evitados 
gastos e riscos; a animação e os efeitos especiais trouxeram uma nova geração de 
filmes, jogos e comerciais; o Controle de Processos como tráfego aéreo e 
funcionamento industrial ganharam novo nível de eficiência; à Educação foram 
implantados novos métodos. 
 
Padronização Gráfica 
 
Naturalmente não pode haver Computação Gráfica sem processadores e 
periféricos de entrada e saída gráficos. O número de dimensões (pelo menos duas) da 
informação gráfica trás, entretanto, uma maior complexidade ao processamento 
gráfico e ao seu uso. 
Os programas convencionais dialogam com o usuário através de uma 
estrutura bastante rígida e determinista. A cada evento que exige interação do 
usuário, o sistema computacional solicitará uma resposta única e de forma rígida. 
Os programas gráficos se caracterizam pela sua interatividade com o usuário e 
seu objetivo, que é a criação de imagens. O método do diálogo com o operador tem 
que ser necessariamente mais flexível, já que as respostas do usuário a uma 
determinada situação poderão ser várias, dependentes do resultado visado. 
O grande número de variáveis e parâmetros, a diversidade de periféricos 
gráficos e as frequentes transformações geométricas dos componentes da imagem 
 
 
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tornam a programação de aplicações envolvendo recursos gráficos uma tarefa não 
trivial. 
Os programas gráficos recorrem à manipulação de matrizes complexas, 
utilizase, intensamente Trigonometria Plana e Espacial, aplicam-se recursos da Teoria 
da Probabilidade, Estatística e Álgebra Superior. 
Finalmente, os programas gráficos exigem a visualização gráfica, ao contrário 
do que acontece com os programas convencionais, que só precisam mostrar cadeias 
de caracteres. 
 
Estrutura Geral de um Programa Gráfico 
 
A figura abaixo ilustra o diagrama de blocos de um programa gráfico 
interativo. Segundo esse modelo, um programa gráfico pode ser dividido em 4 (quatro) 
módulos lógicos, os quais podem ou não estar separados fisicamente, em termos da 
modularização do software aplicativo. 
O primeiro módulo, o dos chamados drivers, sempre aparece separado do 
programa aplicativo. Os drivers são programas tradutores que permitem o diálogo 
entre os diversos dispositivos físicos (periféricos) do sistema gráfico e o aplicativo 
propriamente dito. 
O módulo gráfico interpreta as informações provindas dos drivers de entrada 
e saída e serve de interface de ligação com o módulo Interface do Usuário. Este 
módulo executa as funções que são comuns a todos os dispositivos: transformações de 
coordenadas e gerenciamento de imagens. 
O módulo denominado Interface do Usuário constitui o núcleo do programa 
gráfico. O interpretador de comandos traduz as entradas do operador em ações 
apropriadas e conforme o solicitado. Ele garante que a solicitação seja realizada 
apropriadamente e de acordo com os parâmetros fornecidos pelo operador. 
Em programas mais avançados, ou a critério do programador, poderá existir 
mais um módulo, chamado de Núcleo de Aplicação. Ele servirá de apoio ao módulo de 
Interface do Usuário. Nele, as ações processadas pelo interpretador de comandos 
 
 
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sofrerá alterações ou transformações como, por exemplo, a texturização de superfícies 
tridimensionais. 
 
Estrutura de um programa gráfico 
 
Evolução dos Padrões Gráficos 
 
Como o interesse em CG cresceu, foi e continua sendo importante escrever 
aplicações que possam rodar em diferentes plataformas. A diversidade de sistemas 
gráficos e principalmente a dependência que muitos pacotes gráficos apresentavam de 
periféricos específicos abalavam a portabilidade de aplicações que ficavam sujeitas a 
grandes modificações quando da migração para outras instalações. Um padrão para 
desenvolvimento de programas gráficos facilita a tarefa de programação eliminando a 
necessidade de escrever código para um driver gráfico distinto para cada plataforma 
na qual a aplicação deve rodar. Para padronizar a construção de aplicativos que se 
utilizam de recursos gráficos e torná-los o mais independentes possível de máquinas, e 
portanto facilmente portáveis, foram desenvolvidos os chamados Sistemas Gráficos 
que procuram reunir técnicas e modelos pelo consagrados pelo uso e que mantêm 
.uma segura distância da especificidade de periféricos e equipamentos. 
Generalizando pode-se dizer que cada padrão gráfico se endereça ao 
problema da interface entre hardware e software, procurando estabelecer uma forma 
 
 
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padronizada e ordenada de comunicação entre as várias partes de um sistema gráfico 
interativo. 
 
Estrutura dos Padrões gráficos 
 
A seguir serão relacionados os principais padrões existentes. 
 IGES (Initial Graphics Exchange Standard) – define um formato para 
desenhos de engenharia que possa ser lido ou gravado por um 
programa aplicativo; ‰ 
 GKS (Graphic Kernel System) – é um padrão gráfico a ser utilizado 
pelos programadores pra o gerenciamento das entradas e saídas 
gráficas e parao seu processamento matemático interno. 
Essencialmente, ele estabelece uma norma de codificação para as 
rotinas gráficas. O GKS foi o primeiro padrão gráfico a ser desenvolvido 
e sancionado internacionalmente; ‰ 
 PHIGS (Programmer’s Hierarchical Interactive Graphics Standard) – 
surgiu depois do GKS, preocupado em resolver os problemas 
relacionados com a geração de imagens tridimensionais de alta 
complexidade; ‰ 
 VDI (Virtual Device Interface) – define padrões que permitem traduzir 
as generalidades dos programas gráficos para as características e 
 
 
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peculiaridades dos vários dispositivos físicos de entrada e saída. O VDI 
é, portanto, o padrão para se escrever drivers; ‰ 
 VDM (Virtual Device Metafile) – estabelece linguagem e formatos 
padronizados para se codificarem os dados gerados por uma aplicação, 
permitindo que eles sejam armazenados em bancos de dados. 
 
Note-se, portanto, que existem vários padrões gráficos, sendo que nenhum 
deles integra todos os aspectos do desenvolvimento dos programas gráficos. 
O esforço de padronização e a experiência de diversos grupos de pesquisa 
geraram três propostas básicas: A primeira tentativa foi o Sistema Core - Core Graphics 
System - (1977 e 1979) pelos americanos, a segunda foi o chamado GINOF, na 
Inglaterra e a terceira o GKS, na Alemanha. Mas a primeira especificação gráfica 
realmente padronizada, como já dissemos, foi o GKS - Graphical Kernel System, pela 
ANSI e ISO (International Standard Association) em 1985. O GKS é uma versão mais 
elaborada que o Core. O GKS suporta um conjunto de primitivas gráficas 
interrelacionadas, tais como: desenho de linhas, polígonos, caracteres, etc., bem como 
seus atributos. Mas não suporta agrupamentos de primitivas hierárquicas de 
estruturas 3D. Um sistema relativamente famoso é PHIGS (Programmer’s Hierarchical 
Interactive Graphics System). Baseado no GKS, PHIGS é um padrão ANSI. PHIGS (e seu 
descendente, PHIGS+) proveem meios para manipular e desenhar objetos 3D 
encapsulando descrições de objetos e atributos em uma display list. A display list é 
utilizada quando o objeto é exibido ou manipulado, uma vantagem é a possibilidade de 
descrever um objeto complexo uma única vez mesmo exibindo-o várias vezes. Isto é 
especialmente importante se o objeto a ser exibido deve ser transmitido por uma rede 
de computadores. Uma desvantagem do display list é a necessidade de um esforço 
considerável para reespecificar um objeto que está sendo modelado interativamente 
pelo usuário. Uma desvantagem do PHIGS e PHIGS+ (e GKS) é que eles não têm 
suporte a recursos avançados como mapeamento de textura. Um sistema gráfico que 
tem se tornado bem popular é o OpenGL (GL - Graphics Library) que provê 
características avançadas e pode ser utilizador em modo imediato ou com display list. 
OpenGL é um padrão relativamente novo (sua primeira versão é de 1992) e é baseado 
 
 
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na biblioteca GL das workstations IRIS da Silicon Graphics. Atualmente um consórcio 
de industrias é responsável pela gerenciamento da evolução do OpenGL. Existe uma 
implementação livre (código fonte disponível) do OpenGL conhecida com MesaGL ou 
Mesa3D. Como os outros sistemas gráficos, OpenGL oferece uma interface entre o 
software e o hardware gráfico. A interface consiste em um conjunto de procedimentos 
e funções que permitem a um programador especificar os objetos e as operações que 
os envolvem produzindo imagens de alta qualidade. Como o PEX, o OpenGL integra a 
manipulação de objetos 3D desenho ao X, mas também pode ser integrado em outros 
sistemas de janela (por exemplo, Windows/NT) ou pode ser usado sem um sistema de 
janela. OpenGL provê controle direto sobre operações gráficas fundamentais em 3D e 
2D. Incluindo a especificação de parâmetros como matrizes de transformação e 
coeficientes de iluminação, métodos de antialiasing e operações sobre pixels, mas não 
provê mecanismos para descrever ou modelar objetos geométricos complexos. 
 
Vantagens da Padronização Gráfica 
Acredito que para a maioria dos programadores a existência de padrões se 
autojustifica. O padrão direciona o processo de codificação, oferece estruturas 
eficientes e testadas e permite diálogo entre configurações distintas. Mesmo assim 
julgo importante destacar alguns pontos que fornecem fundamentos para se continuar 
o esforço de padronização, principalmente a nível nacional. 
Vamos imaginar um padrão perfeito que ofereça total independência entre o 
código básico (Interface do Usuário) e os diversos dispositivos periféricos conectados à 
estação gráfica. Suas vantagens podem ser resumidas no que se segue: 
- O usuário poderá escolher seus periféricos, modulando seu sistema, 
alterando essa configuração com amplo grau de liberdade, sem perder a utilidade do 
aplicativo que escolheu como adequado para seu trabalho. Suas necessidades de 
preço, tamanho e desempenho serão atendidas sem prejuízo ao software comprado 
anteriormente. Quando migrar de um sistema para outro, continuará a poder utilizar 
seu software. 
- Programas que independem dos dispositivos físicos (idealmente até do 
sistema operacional) atenderão a um público maior de usuários do que aqueles que 
 
 
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estabelecem limites em termos de configuração. Isto tem significado reflexo sobre a 
economia de escala desse produto, mas se reflete também sobre os equipamentos 
comercializados. O benefício é múltiplo: da softhouse, dos fabricantes de 
equipamentos periféricos e, principalmente, do usuário. 
- Um padrão gráfico, tal como anteriormente idealizado, facilitará a migração 
de programas de um sistema para outro. Por exemplo, um software desenvolvido com 
o GKS poderá migrar com relativa facilidade de máquinas de 16 bits (sistema 
operacional MS-DOS) para máquinas de 32 bits (S.O. Unix). Desde que o programador 
tenha se fixado no padrão, a recompilação do código no novo sistema, em geral, 
permite seu imediato uso. 
- Na falta de um padrão, aqueles que quisessem escrever programas gráficos 
teriam que desenvolver suas próprias rotinas e módulos de codificação. O padrão 
diminui em muito o esforço exigido do programador, facilitando e acelerando o 
desenvolvimento do programa gráfico. 
- Os padrões evitam a chamada "elitização" da programação. Eles facilitam e 
franqueiam o acesso à computação gráfica de um número cada vez maior de 
programadores, assim como de usuários, já que todos falam a mesma linguagem. 
 
Paradigmas dos 4 Universos 
Esse paradigma nos ajuda a entender o processo de sair do mundo real, onde 
os sinais são contínuos, e ir para o mundo do computador ode tudo é discreto. 
 
 
Universo Físico, onde estão os objetos do 
mundo real. 
Universo Matemático, onde formulamos 
descrições abstratas desses objetos. 
O Universo de Representação vai permitir 
trazer essas descrições abstratas para o mundo 
digital, e é onde se dará a discretização dos sinais. 
O Universo de Implementação é onde é feita a 
codificação do sinal discretizado na memória do 
computador de uma estrutura de dados. 
 
 
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Assim, para estudar um determinado fenômeno, ou objeto da natureza, no 
computador, nós precisamos associá-lo a um modelo matemático e então encontrar 
uma representação discreta para esse modelo que pode ser implementada no 
computador. 
A codificação dos dados pode ser decodificadae depois reconstruída para 
podermos voltar com o fenômeno estudado. 
 
Ferramentas de Programação 
O desenvolvimento de um programa que tenha uma interface gráfica 
interativa requer duas ferramentas básicas: 
- um Sistema Gráfico 
 para gerar imagens em janelas gerenciadas pelo sistema gráfico. 
- um Sistema de Interface com o usuário. 
 Gerencia os elementos do tipo de janelas, menus e botões. 
Ou seja, o sistema de interface gerencia elementos do tipo de janelas, menus 
e botões enquanto que o sistema gráfico desenha primitiva geométricass do tipo 
pontos, linhas e polígonos e/ou imagens digitais nos elementos de interface 
denominados de canvas ou forms.