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Pipeline Gráfico e sua Importância

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COMPUTAÇÃO GRÁFICA
PIPELINE GRÁFICO
Obter as noções necessárias para criação de um pipeline;
A sua importância para criação de ambientes 3D;
Analisar todos os artifícios para o seu uso.
PIPELINE GRÁFICO
Obter as noções necessárias para criação de um pipeline.
A sua importância para criação de ambientes 3D.
PIPELINE GRÁFICO
CRIAÇÃO DE UM PIPELINE
O QUE É PIPELINE GRÁFICO?
Na computação gráfica 3D , o pipeline de gráficos refere-se a sequência de passos utilizados para criar uma representação raster 2D de uma cena 3D. 
É um dos conceitos mais importantes de computação gráfica existentes e é importante entendê-lo para dominar as APIs gráficas OpenGL e DirectX, pois diversas funções destas APIs agem sobre diferentes estágios do pipeline.
PIPELINE GRÁFICO
CRIAÇÃO DE UM PIPELINE
ESPAÇO DO OBJETO (OBJECT SPACE)
Object space:
Este é o espaço aonde ocorre a modelagem do objeto a partir das primitivas geométricas. 
Neste espaço não há uma importância de qual sistema de coordenadas foi adotado e o objeto ainda está modelado em espaços infinitos.
PIPELINE GRÁFICO
CRIAÇÃO DE UM PIPELINE
ESPAÇO DO UNIVERSO (WORLD SPACE)
World space:
Este espaço engloba todo universos e permite-nos expressar as coordenadas de forma absoluta, transição do sistema de coordenadas do objeto para o sistema de coordenadas 3D(mundo virtual). 
A sua origem é a posição da câmera.
PIPELINE GRÁFICO
CRIAÇÃO DE UM PIPELINE
ESPAÇO DA CÂMERA (CAMERA SPACE)
Camera space:
No espaço da câmera iremos escolher o posicionamento da câmera, o alcance de visualização e qual será tipo de projeção. 
Nem sempre a câmera será igual as coordenadas e assim precisaremos, transportar a cena para o plano da câmera.
PIPELINE GRÁFICO
CRIAÇÃO DE UM PIPELINE
ESPAÇO DE RECORTE (CLIPPING SPACE)
Clipping space:
Nesse espaço está interligada processamentos gráficos, porquê é neste espaço aonde é feito o recorte das primitivas gráfica, e com isso interferindo no processos que são feitos durante a geração desse espaço. 
PIPELINE GRÁFICO
CRIAÇÃO DE UM PIPELINE
ESPAÇO DE RECORTE (CLIPPING SPACE)
Clipping space:
Desde o primeiro momento, aonde começamos do espaço do objeto até ao espaço do universo, é feita diversas transformações de primitivas. 
Logo após é feito o posicionamento da câmera, que indica o que será virtualizado e que posteriormente serão exibido na tela. 
PIPELINE GRÁFICO
CRIAÇÃO DE UM PIPELINE
ESPAÇO CANÔNICO (CANONICAL SPACE)
Canonical space:
O espaço canônico é o espaço que basicamente faz o mapeamento dos pontos para centralizar o volume gerado na etapa anterior para o espaço canônico, formando o Volume Canônico. 
Já fizemos muitos movimentos nos objetos que queremos renderizar e muito provavelmente eles estão distantes da origem. 
PIPELINE GRÁFICO
CRIAÇÃO DE UM PIPELINE
ESPAÇO CANÔNICO (CANONICAL SPACE)
Canonical space:
Portanto, é nesse espaço que iremos garantir o que será exibido na tela. 
A tela, é composta pelos valores de largura e altura que sempre são positivas e que o seu "eixo" é no canto superior esquerdo da tela.
PIPELINE GRÁFICO
CRIAÇÃO DE AMBIENTES 3D
ENGINE DE RENDERIZAÇÃO (ENGINE 3D)
O engine 3D será responsável basicamente pelo pipeline gráfico, que é o processo de gerar imagens 2D partindo de modelos 3D. Este processo é dividido em diversas etapas, sendo as mais importantes:
Transformações 3D;
Projeção 3D → 2D;
Culling;
Clipping;
Rasterização (iluminação e texturização).
PIPELINE GRÁFICO
CRIAÇÃO DE AMBIENTES 3D
ENGINE DE RENDERIZAÇÃO (ENGINE 3D)
Transformações 3D:
Nesta etapa aplica-se o movimento aos modelos 3D. 
Este movimento consiste no seguinte: 
A cada passo do jogo uma matriz irá acumulando o resultado de todos os movimentos que o objeto sofreu ao longo de seu histórico. Antes de visualizar a cena, será aplicada esta matriz sobre cada vértice que o compõem, posicionando-o no local que lhe corresponde naquele instante;
PIPELINE GRÁFICO
CRIAÇÃO DE AMBIENTES 3D
ENGINE DE RENDERIZAÇÃO (ENGINE 3D)
Projeção 3D → 2D:
Os vértices que compõem o objeto são coordenadas 3D,
porém a imagem do modelo deverá ser desenhada numa superfície bidimensional (tela do computador). Nesta etapa, os vértices do modelo serão projetados sobre o plano de projeção da câmera. É comum encontrar esta etapa do pipeline junto com a etapa de transformações 3D, pois em última instância realizar esta projeção consiste numa aplicação de matriz de transformação também.
PIPELINE GRÁFICO
CRIAÇÃO DE AMBIENTES 3D
ENGINE DE RENDERIZAÇÃO (ENGINE 3D)
Culling:
Existem inúmeras formas de otimizar o processamento gráfico de um jogo. Uma destas consiste nos métodos de culling (Cull em inglês significa "refugo, escolher, selecionar de dentro de um grupo"). Assim, o que as técnicas de culling terão de fazer é saber escolher polígonos adequadamente, de forma que numa determinada situação, estejam presentes apenas aqueles que realmente importam para a visualização a partir do ponto em que a câmera se encontra. 
PIPELINE GRÁFICO
CRIAÇÃO DE AMBIENTES 3D
ENGINE DE RENDERIZAÇÃO (ENGINE 3D)
Culling:
Pode-se pensar também da seguinte forma:
quais dos polígonos de uma cena deverão ser enviados para o pipeline da placa gráfica? Obviamente não se deseja enviar algum que não terá nenhuma influência na visualização, mas até que ponto é simples realizar esta escolha, de forma rápida. Existem muitos algoritmos que farão este tipo de escolha.
PIPELINE GRÁFICO
CRIAÇÃO DE AMBIENTES 3D
ENGINE DE RENDERIZAÇÃO (ENGINE 3D)
Culling:
Em muitos casos a eficiência deste procedimento estará atrelada ao tipo de agrupamento e ordem de polígonos (um terreno possui uma distribuição de polígonos completamente diferente de que um personagem ou do que um labirinto). 
O culling pode ser feito em qualquer estágio do pipeline gráfico. 
PIPELINE GRÁFICO
CRIAÇÃO DE AMBIENTES 3D
ENGINE DE RENDERIZAÇÃO (ENGINE 3D)
Culling:
Entretanto, é preferível eliminar os polígonos que não interessam o quanto antes para evitar processamento desnecessário sob polígonos que futuramente poderão ser eliminados. 
Vale a pena ressaltar que um método de culling não anula outro: podem-se ter os efeitos somados em muitos casos.
PIPELINE GRÁFICO
CRIAÇÃO DE AMBIENTES 3D
ENGINE DE RENDERIZAÇÃO (ENGINE 3D)
Clipping:
Ao projetar polígonos sobre o plano de projeção da câmera, alguns polígonos cairão totalmente dentro da área da tela e outros cairão parcialmente dentro, ou seja, apenas uma parte do polígono estará na tela de projeção. Para estes polígonos é necessário realizar o clipping (recorte), que consiste em criar novas arestas e vértices;
PIPELINE GRÁFICO
CRIAÇÃO DE AMBIENTES 3D
ENGINE DE RENDERIZAÇÃO (ENGINE 3D)
Rasterização:
Finalmente, a última etapa do processo de renderização consiste em preencher os polígonos adequadamente, aplicando o material com o qual estão definidos.
Inicialmente poderia-se pensar em fazer este processo através de um cálculo de iluminação para cada um dos pixels (per pixel) do interior de um polígono.
PIPELINE GRÁFICO
CRIAÇÃO DE AMBIENTES 3D
ENGINE DE RENDERIZAÇÃO (ENGINE 3D)
Rasterização:
Entretanto isto seria demasiadamente caro em termos computacionais. Para viabilizar este processo realiza-se uma interpolação (rasterização) entre a cor de cada um dos vértices que compõem o polígono. Desta forma, o cálculo de iluminação é feito apenas para cada vértice (per vertex) visível da malha. Esta rasterização também poderia demandar bastante tempo de processamento, pois apesar de ser algo simples de ser feito, existem pixels numa tela. (processo realizado por um hardware específico a placa gráfica, ou GPU – Graphic Processor Unit.)
COMPUTAÇÃO GRÁFICA
BIBLIOGRAFIA EXTRA
PARA CONTINUAR ESTUDANDO
http://www2.ic.uff.br/~esteban/files/Desenvolvimento%20de%20jogos%203D.pdf 
http://webserver2.tecgraf.puc-rio.br/~mgattass/LivroCG/07_OpenGLRenderPipeline.pdf 
http://tkssoftware.com/victory/wp-content/uploads/2011/01/Projeto-TFC-por-Victory-Fernandes.pdf

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