Computação Gráfica 3D - Slides - Unidade II

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Prof. Marcelo Santos
UNIDADE II
Computação Gráfica 3D
 Um dos elementos mais importantes em qualquer processo é o ato de planejar. 
Quando falamos sobre a construção de um modelo 3-D, percebemos que o 
planejamento é fundamental aqui também.
 Conceitos e referências são elementos importantes que precisam fazer parte 
desse momento.
Planejar
Fonte: Imagem extraída do seguinte link: https://pactosolucoes.com.br/blog/planejamento-
estrategico-para-academias-como-alcancar-melhores-resultados/
 Outro ponto fundamental é o de trabalhar em cima de referências. 
 Tudo o que será construído em três dimensões tem uma necessidade imensa de 
ter um objeto, uma foto, uma ilustração ou um esboço, para que a peça final 
tenha fontes que expliquem e que resolvam elementos de seu acabamento.
Trabalhar com referências
Fonte: 
Livro-texto.
Artes plásticas buscam inspiração em desastres naturais
 Sempre que for construir um modelo tridimensional, utilize um objeto real ou 
imagens que consigam mostrar a você detalhes sobre a peça. É sempre mais 
fácil trabalhar em cima de referências. 
 A referência é fonte de inspiração, não significa que seu modelo final sempre ficará 
idêntico à sua referência.
 Imagine, por exemplo, quantos detalhes você consegue 
visualizar numa lata de refrigerantes, para depois passar 
para o seu modelo final.
Trabalhar com referências
 Modelar objetos partindo de uma estrutura primitiva é uma das técnicas mais 
conhecidas em 3-D. 
 Para alcançar um nível de modelagem com mais detalhes, precisamos entender a 
real estrutura do nosso objeto de referência do mundo real, por exemplo. Além 
disso, é importante conseguir subdividir objetos reais em primitivas 2-D, atingindo 
assim um maior nível de desconstrução da peça. 
Box modelação por subdivisão
Box modelação por subdivisão
Fonte: Livro-texto.
Ilustração de box low poly em quatro pontos de vista
 Nossa sugestão é que comece fazendo exercícios mais simples de livros 
e tutoriais disponíveis de forma gratuita na internet. 
 Seu grande espanto virá quando descobrir a quantidade de gente disposta 
a ajudá-lo na solução das mais variadas dúvidas que você tenha. 
 Basta digitar sua pergunta no buscador virtual de sua preferência e pronto, 
verá que muita gente já passou por aquilo e disponibilizou a solução on-line. 
 Com o tempo você aprende a encontrar respostas para 
seus próprios desafios. Aceite uma sugestão: divida sua 
descoberta com a comunidade 3-D, que é uma das 
que mais trocam informações de forma gratuita
e com qualidade.
Box modelação por subdivisão
 Imagine, por exemplo, que você tenha o desafio de modelar um lápis. Começaria 
por qual forma primitiva? Com um cilindro de oito lados você pode começar e, 
depois de ajustes, chegar ao seu modelo final. Veja uma rápida sequência em que 
não será necessário detalharmos ações do programa utilizado porque desejamos 
apenas que sua mente consiga montar o processo visual.
 Quando iniciamos uma modelagem, posicionamos a peça-referência na cena. 
A peça inicial tem um tamanho bem menor que o objeto final. Para esse objeto, 
a forma básica do corpo dele está começando a ser resolvida.
Box modelação por subdivisão
 Os softwares trabalham de formas distintas. Dentro da modelagem poligonal, é 
importante aprender o processo de reposicionamento de partes dos polígonos. 
Você pode mover a face, mover
os pontos que formam os 
polígonos e as manobras que 
seu programa possibilita para 
trabalhar a proporção da peça.
Box modelação por subdivisão
Fonte: Livro-texto.
Para modelar um lápis, comece com forma
próxima da peça final.
Box modelação por subdivisão
Fonte: Livro-texto.
O designer 3-D tem controle sobre diferentes 
partes da peça
A forma básica sofre modificações de 
posicionamento nos pontos vermelhos
Box modelação por subdivisão
Fonte: Livro-texto.
Novos projetos trazem desafios a serem 
resolvidos, como a madeira da ponta do lápis, 
que não está realista
O nível de detalhes da peça confere realismo ao projeto
Box modelação por subdivisão
Fonte: Livro-texto.
Aprender teorias sobre o reposicionamento 
de partes dos polígonos é fundamental
Feitos o reposicionamento e o ajuste de tamanho 
dos polígonos, um resultado mais satisfatório 
será alcançado
 Um dos maiores desafios iniciais da criação de modelos 3-D é o cuidadoso 
trabalho de manter a proporção entre os objetos que devem compor uma cena ou 
entre as partes que constituem a mesma peça.
Box modelação por subdivisão
Diferentes cores e tamanhos podem ser 
atribuídos aos objetos
Fonte: Livro-texto.
 A finalidade do seu trabalho ajuda muito na definição dessa característica. 
Por exemplo, quando você tem um trabalho realista, as proporções devem ser 
fidedignas à sua referência. Já numa peça cartoon, o ideal é entrar nos exageros 
permitidos dentro da forma dos objetos.
Box modelação por subdivisão
Modelar objetos partindo de uma estrutura primitiva é uma das técnicas mais 
conhecidas em 3-D. 
A partir dessa afirmação, podemos considerar que:
I. Para alcançar um nível de modelagem com mais detalhes, precisamos entender 
a real estrutura do nosso objeto de referência do mundo real.
II. É importante conseguir subdividir objetos reais em primitivas 2-D.
III. A referência é fonte de inspiração, não significa que 
seu modelo final sempre ficará idêntico à sua referência.
Interatividade
a) Apenas a consideração I está correta.
b) Apenas a consideração II está correta.
c) Apenas a consideração III está correta.
d) As considerações II e III estão corretas.
e) Todas as considerações estão corretas.
Interatividade
 A palavra spline data do século XVIII, quando construtores de navios e arquitetos 
criavam linhas curvas, utilizando para essa finalidade uma fina ripa de madeira ou 
de metal. 
 Diferentes projeções dos objetos poderiam ser feitas, como o casco de navio. 
Nos dias de hoje, as splines são elementos lineares, curvados com a ajuda de 
controles que ficam perto deles.
Modelagem utilizando linhas e shapes splines
Modelagem utilizando linhas e shapes splines
Fonte: https://people.cs.clemson.edu/~dhouse/courses/405/notes/splines.pdf
Alguns softwares 3-D oferecem dois tipos de splines. 
 Shape ou forma são tipos de splines elementares com aplicações gerais, como 
criar logotipos girando no ar para televisão, modelos com baixa quantidade de 
polígonos para jogos em 3-D, formas geométricas para engenharia e arquitetura 
e caminhos, também chamados de paths, que servirão como trajetória para 
a animação de objetos. 
 Nurbs possuem controles de curvatura avançada, 
adequados para modelar formas orgânicas complexas.
Modelagem utilizando linhas e shapes splines
Observação
 As formas bidimensionais podem ter uma suavização maior ou menor.
 Uma linha com pouca segmentação ficaria muito “quebradiça” em regiões curvas, 
como quando você enrola um arame no formato de um círculo.
 Já uma linha com muita segmentação fica com suas 
regiões de curvas muito suaves. Seria como quando 
você começa a enrolar um pedaço de fio em um 
formato redondo.
 Ao aplicarmos deformações, atribuímos volume e 
espessura. Esses objetos podem compor a forma de tudo 
o que vemos no mundo real: janelas, portas, paredes, 
entre muitas outras estruturas.
Modelagem utilizando linhas e shapes splines
Modelagem utilizando linhas e shapes splines
Diferentes vistas de um mesmo quadro. Sentido horário: cima, frente, perspectiva e lateral esquerda.
Fonte: Livro-texto.
De uma forma geral, o signer 3-D já encontra 
formas prontas nos programas com os
quais trabalha.
 Nurbs é uma maneirade representar curvas e superfícies a partir 
de modelos matemáticos.
 A Engenharia foi uma das primeiras áreas com necessidade de gerar modelagens 
a partir do desenvolvimento do Nurbs, na década de 1950. 
 Inicialmente, a técnica foi utilizada para reproduzir a estrutura de chassis.
 Flexibilidade e precisão são elementos marcantes na modelagem Nurbs. 
 Por serem formas produzidas por algoritmos, possuem em sua modelagem final 
um processo ágil e estável de manuseio. 
 Por conta disso, profissionais de arquitetura, engenharia 
e design de produto, por exemplo, conseguem encontrar 
nessa técnica uma forma de construir modelos com 
características reais do objeto a ser produzido.
Nurbs: outra maneira de modelar com linhas e spline
 Um dos termos muito utilizados nesse tipo de modelagem é parametria. 
 Com a parametria conquistamos um recurso que nos permite alterar uma peça 
tridimensional apenas com a digitação de novos valores.
 A ideia é que modelos já prontos tenham suas propriedades alteradas para serem 
adequados a cada projeto; por exemplo, no caso de você desejar aumentar a 
altura ou a largura de uma parede apenas digitando os valores com precisão.
Parametria
 Uma das empresas que investem de forma constante em tecnologias desse nível é 
a Autodesk. AutoCAD, 3DS Max e Maya são exemplos de programas da empresa 
que permitem o trabalho com modelagem Nurbs. 
 Existem muitas informações disponíveis no 
site oficial da empresa.
 Conteúdo público e gratuito disponibilizado pela
Autodesk →
Parametria
Fonte: Livro-texto.
Parametria
Fonte: Livro-texto.
Vaso modelado com a técnica Nurbs
Um dos termos muito utilizados nesse tipo de modelagem é parametria. 
Com a parametria conquistamos um recurso que nos permite alterar uma 
peça tridimensional apenas com a digitação de novos valores.
Selecione a alternativa que explique o significado do conceito de parametria.
a) A ideia é que modelos já prontos tenham suas propriedades alteradas 
para serem adequados a cada projeto.
b) A ideia é criar modelos sem utilizar nenhum recurso pré-definido. 
c) A ideia é criar modelos utilizando parcialmente 
os recursos desenvolvidos anteriormente. 
d) A ideia do conceito é converter o modelo 2D em 3D.
e) Parametria não está relacionada com o conceito 
de modelagem. 
Interatividade
 Criar uma escultura digital significa aumentar o número de detalhes em uma peça 
3-D. 
 De forma geral, o cinema, a televisão 
e o mercado de games têm criado um nível de 
exigência cada vez maior para a produção de 
personagens e outros elementos mais orgânicos.
Digital sculpting ou escultura digital
Fonte: 
http://helios.hampshire.edu/perry/class
es/spring2005/cs266s05/bayRaitt.pdf
 Quando estamos falando em uma qualidade maior e melhor de detalhes, 
queremos dizer que os projetos precisam ter mais polígonos. 
 Com uma quantidade maior de subdivisões em polígonos, o objeto fica cada vez 
mais real.
 Além disso, a grande vantagem de termos um objeto 
tridimensional em computação gráfica é que você criará 
a peça uma vez, depois movimentará ou rotacionará sem 
precisar redesenhar a peça, como acontece 
nas ilustrações.
Digital sculpting ou escultura digital
Digital sculpting ou escultura digital
Fonte: Livro-texto.
 Este modelo é oferecido como objeto de estudo do programa ZBrush. Posicionado 
de frente, podemos visualizar muitos detalhes, como tatuagem, vestimenta 
e acessórios. 
 Roupas e acessórios podem ser posicionados sobre o personagem, não 
precisando fazer parte dele como um mesmo objeto. 
Rotacionando o personagem em alguns graus, já 
conseguiremos observá-lo de perfil, como nesta imagem:
Digital sculpting ou escultura digital
Digital sculpting ou escultura digital
Fonte: Livro-texto.
 Quantidade de polígonos: sempre
que você deseja aumentar a
quantidade de detalhes de uma peça,
é importante aumentar a quantidade
de polígonos. 
 Curvas mais suaves exigem 
mais polígonos.
Observação
Fonte: https://helpx.adobe.com/pt/photoshop/using/3d-rendering-saving.html
A B C D E
F G H I J
K L M N O
P Q
 Quando estudamos a história das criações em computação gráfica tridimensional, 
podemos observar o quanto nossa tecnologia tem evoluído. 
 Uma boa dica para saber qual a melhor configuração de computador 
é a seguinte: veja a configuração exigida pelo software mais pesado 
que você pretende instalar. 
 Note que a configuração que está ali descrita é para o 
programa ser executado na máquina, o que significa, em 
outras palavras, que é uma configuração mínima.
 Portanto, aquele é o seu ponto de partida. 
Equipamentos necessários
Hardware requirements for Blender 2.7x
Minimum
 32-bit dual core 2Ghz CPU with SSE2 support
 2 GB RAM
 1280×768 Display
 Mouse or trackpad
 OpenGL 2.1 compatible graphics with 512 MB RAM
Equipamentos necessários
Fonte: https://www.blender.org/about/logo/
Hardware requirements for Blender 2.7x
Recommended
 64-bit quad core CPU
 8 GB RAM
 Full HD display
 Three button mouse
 OpenGL 3.2 compatible graphics with 2 GB RAM
Optimal
 64-bit eight core CPU
 16 GB RAM
 Full HD displays
 Three button mouse and graphics tablet
 Dual OpenGL 3.2 compatible graphics cards with 4 GB 
RAM
Equipamentos necessários
 Os computadores modernos chegaram nos anos de 1960. 
 A parte física do computador, o hardware, seria o modelo de Alan Turing, com um 
formato multifuncional programável que foi adotado como padrão. Nesse ponto 
os computadores não eram mais feitos sob encomenda, eram produzidos em 
quantidade e vendidos a uma diversidade de usuários finais, que customizavam 
suas máquinas no momento da programação, da escolha dos softwares.
 Os computadores da década de 1950 ocupavam uma 
sala inteira, era comum que fossem montados no local e 
exigiam uma constante supervisão do suporte para mantê-
los. A partir daí, seu tamanho foi reduzido, num primeiro 
momento pela substituição das válvulas a vácuo 
por transistores. 
Base da computação moderna
 Após esse período veio a substituição por circuitos integrados. Os computadores 
passaram a ser móveis e até mesmo portáteis. 
 Foram transformados em máquinas de uso geral e preço acessível quando 
comparados aos computadores que ocupavam uma sala. 
 Agora os computadores poderiam ser operados por uma só pessoa.
 No início dos anos 1960, as ferramentas digitais tiveram 
seu desenvolvimento impulsionado a partir da evolução 
do transistor.
Base da computação moderna
Base da computação moderna
Fonte: https://www.arduinoportugal.pt/usar-transistor-no-arduino/
 O circuito integrado (CI) foi simplificado pela Engenharia Eletrônica. Isso acarretou 
uma fabricação mais barata em escala industrial. Com a redução de componentes, 
a confiabilidade nesse sistema de circuitos aumentou, assim como nos aplicativos.
 Cada circuito integrado agrega em si a miniaturização dos transistores, o que 
aumenta sua eficiência na medida em que cada computador exige menos energia 
para funcionar. Montagens mais complexas e maiores possibilitaram o 
aparecimento de computadores mais potentes.
Circuitos integrados
Fonte: 
http://cientistofcomputer.blogspot.com/2
010/05/geracao-de-computadores.html
 A tela do computador foi incorporada para substituir os teleimpressores, telas de 
vidro que mostravam caracteres, evitando desperdício de papel. 
 As primeiras experiências gráficas proporcionadas pelos monitores foram 
traduzidas no primeirogame Spacewear.
Circuitos integrados
Circuitos integrados
Fonte: https://www.timetoast.com/timelines/evolucao-dos-jogos-digitais-cdb81a6d-
6e51-4179-b9a3-40c13572763d
Para produzir resultados realistas, os profissionais dependem de um fluxo de 
trabalho simplificado. Com um software apropriado é possível moldar, modelar, 
esculpir e animar personagens. A partir desse contexto surge o termo “escultura 
digital”. Selecione a alternativa que melhor exemplifica esse conceito.
a) Escultura digital significa aumentar o número de eixo em uma peça 3-D.
b) Escultura digital significa diminuir o número de eixo em uma peça 3-D.
c) Escultura digital significa aplicar um efeito no modelo. 
d) Escultura digital significa diminuir 
o número de detalhes em uma peça 3-D.
e) Escultura digital significa aumentar 
o número de detalhes em uma peça 3-D.
Interatividade
Qual o motivo de se criar um tópico aqui sobre impressoras? 
 O motivo mais concreto é que o mercado de impressoras
3-D está crescendo e está barateando. Atualmente é
possível que algumas delas saiam por um preço menor
que a configuração do seu computador. 
 Já existem impressoras a partir de 3 mil reais. 
Impressoras
Fonte: 
https://www.google.com/shopping/product/6613914071786753704?lsf=seller:8947437,store:5000771741
039595981,lsfqd:0&prds=oid:15668848089085816140&q=Impressoras+3D&hl=pt-BR&ei=LfP-
W87_A8GbwATJjav4DA&lsft=gclid:EAIaIQobChMIvqTQ0O_33gIVBAiRCh0FAQs0EAQYBCABEgKmsvD
_BwE#
 É uma maneira de valorizar a diversidade de tradições socioculturais e atender, 
ao mesmo tempo, às necessidades da indústria que produzirá os produtos gerados 
por meio desse conceito.
 Diferentemente da indústria do século XX, o conceito põe abaixo a ideia de que 
o desenvolvimento contínuo de um design cada vez mais genérico esteja propenso 
a atingir um maior número de consumidores.
Semântica do produto
 O grande desafio está em aliar os interesses da indústria com o novo conceito. Faz 
parte da tradição industrial o processo de diminuir custos de produção, maximizar 
o uso de cada planta industrial, reduzir a variedade de peças e produtos, 
sistematizar o transporte, padronizar embalagens e produtos e promover um 
agressivo retorno do capital investido em todas as etapas da produção. 
 A semântica do produto rompe com toda essa forma de pensar tradicional. Ela 
propõe uma valorização do que é particular e peculiar para cada país, região ou 
comunidade, preservando os interesses.
Semântica do produto
 Na competição industrial, é preciso confeccionar produtos no menor 
tempo possível.
 A tecnologia que temos para ajudar nesse cenário é a prototipagem rápida (RP), 
utilizando a impressão tridimensional (3-D), um processo que acontece 
diretamente no computador, o que dispensa a utilização de ferramentas,
tempo e custo. 
 Os custos são reduzidos quando protótipos são 
construídos com a nova tecnologia por meio da 
realização de testes e discussão de novas ideias 
antes de avançar para novas etapas preliminares 
de desenvolvimento do produto.
Semântica do produto
 A prototipagem rápida constitui a característica forte e inovadora da impressora 3-D. 
Elas foram especialmente desenvolvidas para o processo de criação de produtos 
inovadores em um tempo mínimo.
 As indústrias adotaram o uso das impressoras 3-D, mas sua fabricação tem sido 
muito direcionada para atender a pequenos negócios e residências.
 O processo implica construir um modelo no computador.
O software realiza um mapeamento da peça em 
coordenadas, fazendo com que ela seja dividida em 
camadas horizontais e planas. Esses dados são 
convertidos em linguagem de máquina e enviados para a 
impressora. O cabeçote da impressora deposita o material 
para construir a peça desejada. Materiais plásticos, 
fotopolímeros, alguns metais e resinas são utilizados 
dependendo da tecnologia em uso.
O que são as impressoras 3-D
 De tão promissoras para o mercado, já existe uma feira em São Paulo que traz a 
novidade para perto das pessoas. 
 A área médica tem sido muito beneficiada
com as impressões 3-D. É uma das 
áreas que utilizam impressão metálica
na produção de próteses customizadas
para o corpo humano.
O que são as impressoras 3-D
Fonte: Livro-texto.
O que são as impressoras 3-D
Fonte: Livro-texto.
 As câmeras virtuais conseguem fazer tudo o que uma câmera real faz. 
Conseguem também ir além, uma vez que temos como posicioná-las em lugares 
da cena que seriam impossíveis no mundo real ou que teriam um custo muito 
elevado para executar certos movimentos. As câmeras são elementos dentro 
dos softwares que servem para guardar um ponto de vista, gravar imagem, 
gravar animação, reproduzir efeitos especiais.
 Quando pensamos em produções 3-D, temos de lembrar que um objeto pode 
literalmente desaparecer da frente dos seus olhos na tela do computador. 
A câmera
 Você sabe que ele continua em algum lugar no ambiente 3-D, mas não sabe as 
coordenadas. Uma das maneiras simples de “gravar” a posição de um objeto é 
posicionar uma câmera olhando para ele. Também é muito comum você encontrar 
o ângulo ideal para gerar uma imagem a partir daquele ambiente 3-D.
 Também pode ser essa outra situação de posicionamento de câmera. Você terá 
uma economia de tempo, uma vez que não precisará fazer novos ajustes de 
câmera a cada vez que desejar fotografar ou filmar naquele ângulo escolhido.
A câmera
 Fotografias com baixa quantidade de polígonos ou com alta quantidade, com 
textura ou sem textura, com ou sem projeto de iluminação, não importa, sua 
câmera vai ajudá-lo no enquadramento. 
 Esse conceito também engloba a animação. Inclusive, o que já sabemos sobre 
animação nos permite entender que ela é formada quando temos um mínimo de 
24 o quadros por segundo, como no caso do cinema. 
 Alguns efeitos especiais apenas são possíveis 
com a utilização das câmeras virtuais em 
determinados softwares. 
A câmera
Nesta unidade foi possível conhecer:
a) importantes técnicas de modelagem tridimensionais; 
b) detalhes sobre computadores, impressoras e câmeras utilizados nesse universo;
c) exercitar uma aplicação prática dos conceitos ao detalharmos as possibilidades 
estratégicas de trabalho.
Revisão
As impressoras 3D conseguem imprimir qualquer tipo de objeto utilizando 
a tecnologia de impressão tridimensional. Que tipo de material pode ser utilizado 
na impressão desses objetos? 
a) Cobre.
b) Vidro.
c) Argila.
Interatividade
d) Madeira.
e) Resina plástica.
ATÉ A PRÓXIMA!