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Prof. Marcelo Santos UNIDADE I Computação Gráfica 3D Apresentação A disciplina de Computação Gráfica 3-D tem como objetivo conhecer a parte histórica, pontuando o surgimento e a necessidade das representações de vistas tridimensionais. Apresentaremos as etapas na elaboração de um fluxo de trabalho 3-D e uma breve explanação de alguns softwares utilizados pelo mercado de trabalho com as principais funções, além de origens da computação gráfica, explanação das áreas, mercado atendido, dispositivos gráficos de entrada e de saída e hardware. Serão explanados os conceitos de animação e uma breve história da computação gráfica na elaboração de animações 3-D. Espera-se que o estudante seja capaz de ter a percepção da importância do tridimensional, entendendo a parte histórica, conceitual, bem como esclarecendo os elos entre pensar, projetar e executar o 3-D em diferentes áreas do mercado. Apresentação Mari, Introdução e projeto de texturização 3D para jogos. Fonte: https://oeditor.com/category/animacao-3d// Nessa unidade, trabalharemos os conceitos do 3-D, bem como uma parte histórica dentro da animação. Esta unidade coloca todos os conceitos a partir dos quais surgiram as animações, como foram feitas, por que fizeram, quem fez e onde fizeram. Objetivo da Unidade I Fonte: https://oeditor.com/category/animacao-3d// Dá-se o nome de tridimensional a todo modo de visualização por três eixos. Os eixos x e y são do plano bidimensional. O 3-D, por essência, tem um eixo a mais, que denominamos z. Este eixo é o da profundidade. Nomenclatura Figura 1 – Gráfico de equação de segundo grau Figura 2 – Gizmo tridimensional (eixo) Fonte: Livro-texto. O mundo real é tridimensional, porém, todas as formas de representação gráfica acabam se tornando bidimensionais. Tentamos reproduzi-los em muitas áreas, como televisão, vídeo, games, animação, arquitetura, engenharia, design de produto, design gráfico, moda, design de interiores, artes, web etc. Utilização Exemplo de aplicação Fonte: http://decorandocasas.com.br/2014/11/04/plantas-de-apartamentos-pequenos/ A fotografia, como expressão, está muito ligada à técnica artística. Na projeção de imagens de maneira contínua numa tela, através dos frames, pode-se ver que os quadros inanimados ganhariam vida e perderiam o status estático. O universo plástico do cinema ficava restrito à captura das imagens em movimento, oriundas da realidade, ainda que encenadas. A união entre a fotografia, a pintura e o desenho ultrapassou esta barreira plástica, podendo ser realizada sem limites, criando filmes de animações, exigindo a formulação de regras artísticas próprias, que chamamos de fundamentos da animação, passando a contar com uma linguagem. História – Animação/cinema História – Animação/cinema Melhorias no sistema produtivo de uma animação estavam atreladas à confecção mais rápida de um processo artesanal de desenho em contraponto a um sistema industrializado e rápido. Considerando as centenas de milhares de desenhos necessários à realização, é possível antever os muitos problemas para atingir o mesmo padrão de velocidade de produção. 1 2 3 4 5 6 1+ 2+ 3+ 4+ 5+ 6+ 1 2 3 4 5 6 1+2+3+4+5+6+1 Fonte: Livro-texto. O advento de uma técnica que eliminasse os entraves de ter de criar cada desenho (automatizando tarefas), ao mesmo tempo que mantivesse o controle dos elementos de sintaxe visual, como os obtidos pelo desenho e pela pintura, significaria o renascimento da animação. Seus efeitos na área específica das artes plásticas seriam retumbantes. Possivelmente, novas formas de exploração visual emergiriam, ajustando o passo das tradicionais belas artes ao ritmo acelerado da sociedade pós-capitalista, que anseia por novos paradigmas estéticos e experiências sensoriais por meio de imagens (meio adequado para a comunicação num mundo de rápidas transformações). História – Animação/cinema A unidade básica do filme na película cinematográfica, o fotograma, o quadro ou frame, passa a existir a partir do momento em que a película é revelada. Selecione a afirmação que explica o que seria o frame. a) É a projeção de imagens de maneira contínua numa tela. b) É a projeção de imagens de maneira aleatória numa tela. c) É a projeção de videoclipe de maneira contínua numa tela. d) É a projeção de videoclipe de maneira aleatória numa tela. e) É a projeção apenas de textos e caracteres de maneira contínua numa tela. Interatividade A unidade básica do filme na película cinematográfica, o fotograma, o quadro ou frame, passa a existir a partir do momento em que a película é revelada. Selecione a afirmação que explica o que seria o frame. a) É a projeção de imagens de maneira contínua numa tela. b) É a projeção de imagens de maneira aleatória numa tela. c) É a projeção de videoclipe de maneira contínua numa tela. d) É a projeção de videoclipe de maneira aleatória numa tela. e) É a projeção apenas de textos e caracteres de maneira contínua numa tela. Resposta Podemos perceber, ao longo da história da arte, o interesse de trazer vida a imagens bidimensionais estáticas. 1. Caso do javali com oito patas, representando movimento numa pintura rupestre, em uma gruta na Espanha, datado de cerca de 30 mil anos. História – Animação/cinema Fonte: Livro-texto. Podemos perceber, ao longo da história da arte, o interesse de trazer vida a imagens bidimensionais estáticas. 2. A pintura de Marcel Duchamp, quadro que traz a dinâmica plástica do movimento numa sequência de posições de uma personagem em um único quadro. História – Animação/cinema Fonte: Livro-texto. A animação é uma ilusão de ótica, enganando os olhos, pois se trata de imagens estáticas que rapidamente se trocam para dar impressão de movimento. A animação tridimensional, de forma mais rústica, surgiu e se desenvolveu paralelamente à técnica do desenho animado. Uma variação especializadíssima da animação tridimensional é um processo conhecido como tela de pinos, que surgiu nos anos 1930 pelas mãos do artista plástico e animador russo Alexander Alexeieff. História – Animação/cinema Fonte: https://www.imdb.com/name/nm0018944/ Essa técnica consiste basicamente em uma prancha com milhares de pequenos furos através dos quais deslizam os pinos mais compridos que a espessura da prancha, projetam-se além das superfícies anterior e posterior. Quando todos os pinos estão em sua máxima posição de avanço em relação à superfície anterior – perpendiculares à posição da câmara e iluminados obliquamente – ela aparece negra como resultados da sobreposição das milhares de sombras projetadas pelos pinos. De modo inverso, quando todos os pinos são empurrados para trás e ficam rentes à superfície anterior, as sombras naturalmente deixam de existir e a superfície se apresenta clara. Manipulando-se os pinos para posições intermediárias, obtém-se todas as gamas de cinza. História – Animação/cinema História – Animação/cinema Fonte: http://ideasforcreativeexploration.com/robotic-pinscreen/ Walt Disney, conhecedor do entretenimento, com sua incrível sensibilidade artística aliada à capacidade empresarial, transformou- se no principal nome da animação, tornando-se referência. O período entre 1928 a 1940 é considerado a “Era de Ouro da Animação”. História – Animação/cinema Fonte: Livro-texto. Storyboards são quadros que organizam graficamente com o intuito de antever uma animação. Outros estúdios surgiram e desafiaram o império Disney, como a Warner Bros., com os desenhos do Pernalonga, Patolino, Piu-Piu, Papa-Léguas, Coiote, Tom e Jerry etc. História – Animação/cinema Fonte: Material disponível no link: http://images4.fanpop.com/image/photos/24400000/Original-Hand-Drawn-Tom-Jerry- Production-Storyboard-tom-and-jerry-24427549-900-705.jpg A história da animação digital está na convergência do cinema e da computação. O advento da computação e da computação gráfica tornou os processos mais rápidos e produtivos, com maior capacidade de explorar qualquer efeito, realistas se assim o quisessem. A década de 1960 foi especialmente importante. Nesta época a computação gráfica foi criada para fins científicos, então muitas imagens e muitos filmes computadorizados não tiveram este olhar artístico, mas sim o tecnológico. O problema estava na tecnologia presente em oferecer máquinas capazes de processar imagens. Steven Coons é apontado como um dos primeiros a trabalhar com coordenadas espaciais, com a posição e representação de dados, habilitando o dimensionamento, a rotação, a movimentação. História da computação gráfica para animação William Fetter utilizou o termo computer graphics (computação gráfica) em 1963, e assim como Steven Coons foi pioneiro na área. Trabalhava na empresa Boeing Aircraft Company, na década de 1960, com vetores gráficos 3-D executando os primeiros modelos de figuras humanas em versão tridimensional por computador para melhorar a experiência do interior de uma cabine de avião. História da computação gráfica para animação Fonte: Livro-texto. Em 1963 foi criado, por Douglas Engelbart, o mouse. Estes dispositivos tornavam possível o desenho no computador sem o processo demorado que era entrar com diagramas e desenhos através de coordenadas numéricas. Em 1963, o Sketchpad, tese de doutorado de Ivan Sutherland do MIT, foi um marco para os avanços na computação gráfica, pois consistia no primeiro grande sistema que permitia ao homem comunicar-se com eficiência, rapidez e grande desenvoltura com os computadores. Em 1978, Carl Machover escreveu um artigo intitulado “A computação gráfica já atingiu a maioridade? Sim, várias vezes”, mostrando a importância da ferramenta para o mundo. História da computação gráfica para animação Os sistemas de entrada de coordenadas servem para desenhar através de pontos no espaço, traduzindo em desenhos e formas no computador os dados das coordenadas bidimensionais para desenhos 2-D e coordenadas tridimensionais para 3-D. Sistemas de coordenadas Fonte: Adaptado do livro-texto. Coordenadas esféricas Coordenadas polares Coordenadas cilíndricas Um dos maiores desafios encontrados pelos profissionais nesse período estudado era a etapa de modelagem tridimensional, pois o principal objetivo do processo era permitir a manipulação de dados geométricos de forma interativa, num procedimento fácil (intuitivo) para o usuário (um artista), com resposta instantânea (dita em tempo real). Essa condição em trabalhar com computadores, da mesma forma que escultores com argila, era uma das ideias que faziam projetistas e programadores de softwares dar sonoras gargalhadas. Desafio computacional Fonte: Livro-texto. Na produção de jogos digitais, os storyboards são menos centrados nos personagens – já que estes serão controlados pelos jogadores, sendo mais focados nos cenários e ambientes com os quais os jogadores estarão aptos a interagir, priorizando, dessa forma, a experiência do jogador. De acordo com essa definição, o storyboard pode auxiliar na produção dos jogos digitais em qual item? a) Na representação do objetivo da gameplay. b) Na representação visual de animações e sequências narrativas. c) Somente na representação dos personagens. d) Somente na representação da história. e) Não pode ser aplicado no desenvolvimento de jogos digitais. Interatividade Na produção de jogos digitais, os storyboards são menos centrados nos personagens – já que estes serão controlados pelos jogadores, sendo mais focados nos cenários e ambientes com os quais os jogadores estarão aptos a interagir, priorizando, dessa forma, a experiência do jogador. De acordo com essa definição, o storyboard pode auxiliar na produção dos jogos digitais em qual item? a) Na representação do objetivo da gameplay. b) Na representação visual de animações e sequências narrativas. c) Somente na representação dos personagens. d) Somente na representação da história. e) Não pode ser aplicado no desenvolvimento de jogos digitais. Resposta É uma forma de arte misturada com matemática, pois é uma ferramenta não tradicional, diferente das muitas técnicas tradicionais, como pintura, escultura, desenho e xilogravuras, uma vez que transcende muito estas ferramentas. Artistas que trabalham, por exemplo, com técnicas hiper-realistas de desenho podem ter problemas em retratar sombras, radiosidades, caustic; mas, com o uso de softwares gráficos esse trabalho pode ser facilitado, pois o artista pode ter a ideia do que pretende executar, com um prévio conhecimento das ferramentas de computação. Ele, então, poderá deixar a cargo do software e do desempenho de hardware os devidos cálculos, surgindo assim um mundo infinito de possibilidades. Computação gráfica – Introdução Desde a criação de computador com recursos gráficos, na década de 1950, os avanços não pararam. Por volta de 1965, a General Motors, GM, desenvolveu o precursor dos programas CAD (Computer-Aided Design), e em curto período de tempo praticamente toda a indústria automobilística e aeroespacial já o utilizavam. Computação gráfica – Introdução Fonte: Adaptado de livro-texto. http://www.aditivocad.com/blog/int erface-classica-e-ribbon-no- autocad/ Podemos dividir a computação gráfica em três grandes subáreas: a síntese de imagens, o processamento de imagens e a análise de imagens. Síntese de imagem: considera a criação sintética das imagens, ou seja, as representações visuais de objetos criados pelo computador a partir das especificações geométricas e visuais de seus componentes. Pode também ser descrita como visualização científica ou computacional, principalmente quando se preocupa com a representação gráfica da informação, de forma a facilitar o entendimento de conjuntos de dados de alta complexidade, como, por exemplo, os dados de dinâmica dos fluidos ou simulações espaciais. Computação gráfica – Áreas Podemos dividir a computação gráfica em três grandes subáreas: a síntese de imagens, o processamento de imagens e a análise de imagens. O processamento de imagens: considera o processamento das imagens na forma digital e suas transformações, por exemplo, para melhorar ou realçar suas características visuais. A análise de imagens: considera as imagens digitais e as analisa para obtenção de características desejadas, como, por exemplo, a especificação dos componentes de uma imagem a partir de sua representação visual. Computação gráfica – Áreas Muitas pessoas nem imaginam o quanto a computação gráfica está inserida em nosso dia a dia, pois tudo o que pode ser imaginado poderá ser realizado. Traz muitas oportunidades para designers, artistas gráficos, programadores, animadores, modeladores, entre outros muitos profissionais. Computação gráfica – Mercado Computação gráfica – Mercado Arte Efeitos especiais, modelagens criativas, esculturas e pinturas Medicina Exames, diagnósticos, estudo, planejamento de procedimentos Arquitetura Perspectivas, projetos de interiores e paisagismo Engenharia Em todas as áreas (mecânica, civil, aeronáutica etc) Geografia Cartografia, GIS, georreferenciamento, previsão de colheitas Meteorologia Previsão do tempo, reconhecimento de poluição Astronomia Tratamento de imagens, modelagem de superfícies Marketing Efeitos especiais, tratamento de imagens, projetos de criação Fonte: Livro-texto. Computação gráfica – Mercado Segurança pública Definição de estratégias, treinamento, reconhecimento Indústria Treinamento, controle de qualidade, projetos Turismo Visitas virtuais, mapas, divulgação e reservas Moda Padronagens, estamparias, criação, modelagens, gradeamentos Lazer Jogos,efeitos em filmes, desenhos animados, propaganda Processamento de dados Interface, projeto de sistemas, mineração de dados Psicologia Terapias de fobia e dor, reabilitação Educação Aprendizado, desenvolvimento motor, reabilitação Fonte: Livro-texto. As aplicações do CAD aliam o desenvolvimento de produtos (desenho industrial) e o projeto, com o objetivo de auxiliar a modelagem de peças através do computador, sendo atualmente muito útil e disponível no mercado sob vários títulos de softwares diferentes, entre os sistemas 2-D e 3-D. Computação gráfica – Engenharia Computação gráfica – Engenharia Fonte: Adaptado do livro-texto. Sistema CAD 3-D Desenvolvimento de produtos (design geométrico) Desenvolvimento de projetos Projeto de ferramentas, moldes, matrizes Projeto de elementos de máquinas Formas geométricas complexas Formas geométricas com baixa complexidade Computação gráfica – Engenharia Fonte: Adaptado do livro-texto. Friso Rebaixo Ressalto Simulação dos órgãos humanos impressos em 3-D. Computação gráfica – Medicina Fonte: Livro-texto. Computação gráfica – Games Fonte: Livro-texto. Ao longo da unidade, observamos que o sistema CAD (Computer-Aided Design/Drafting) se faz muito presente na vida de quem trabalha com Engenharia. Selecione a alternativa que contém a definição correta da palavra CAD. a) Software para auxílio às atividades de fabricação. b) Software para auxílio à simulação de solicitações mecânicas, força, temperatura, pressão etc. c) Software para auxílio à inspeção de formas geométricas. d) Software para auxílio ao projeto, para desenho, modelismo e design industrial de produtos. e) Software para auxílio ao planejamento dos processos de fabricação. Interatividade Ao longo da unidade, observamos que o sistema CAD (Computer-Aided Design/Drafting) se faz muito presente na vida de quem trabalha com Engenharia. Selecione a alternativa que contém a definição correta da palavra CAD. a) Software para auxílio às atividades de fabricação. b) Software para auxílio à simulação de solicitações mecânicas, força, temperatura, pressão etc. c) Software para auxílio à inspeção de formas geométricas. d) Software para auxílio ao projeto, para desenho, modelismo e design industrial de produtos. e) Software para auxílio ao planejamento dos processos de fabricação. Resposta A composição gráfica em 3-D inclui muitos processos complexos que podem ocupar várias horas de trabalho. Quando você estiver com um projeto grande em mãos, fazendo um filme ou construindo uma casa, faça um planejamento de composição em que as etapas possam resolver a complexidade do projeto. Nesse tópico vamos inicialmente conhecer as fases de um projeto gráfico em 3-D e como ele pode ser conduzido de maneira harmônica do ponto de vista artístico e o mais preciso matematicamente falando. Trabalhando em 3-D – Introdução Pré-produção é o planejamento e a etapa de estruturação visual que devem acontecer antes da produção propriamente dita. Em um projeto acadêmico ou artístico pessoal isso significa pesquisa e design. Por exemplo, se você deseja produzir um personagem, humano ou não, esse personagem deve primeiro ser desenhado no papel antes de ser criado no computador. Se você pretende animar uma história, então a sua narrativa deve ser escrita antes da produção começar. Pré-produção Fonte: Imagem disponível no seguinte link: https://www.euax.com.br/2017/08/planejamento-estrategico-tudo-que-voce-precisa-saber/ Para ajudar com a modelagem de personagens, objetos e ambientes, o artista procura diferentes referências de recursos em bibliotecas, livrarias, na internet, em filmes e no mundo real, criando uma apresentação de algo que requer um completo entendimento do significado do que produz. Materiais de referência Fonte: Imagem disponível no seguinte link: https://br.freepik.com/vetores- gratis/empresario-procura-novo-alvo_769259.htm Os objetos/peças de um programa gráfico 3-D são representações de objetos do mundo real, estes últimos genericamente chamados de modelos. Esses modelos são frequentemente apontados como geometrias. A arte de fazer objetos 3-D em um computador é chamada de modelagem. Existem várias técnicas de modelagem de objetos. É comum existir mais de uma solução para desafios encontrados durante a modelagem, quando certas técnicas são mais práticas para certos tipos de objetos. Dica: para os alunos de animação, é preciso conhecer o funcionamento do 3D Max. Modelando Fonte: Imagem disponível no seguinte link: https://www.autodesk.com.br/products/3ds-max/overview Modelos geométricos definem as faces, os contornos e o volume das peças, mas precisamos definir as propriedades de suas superfícies. Aspectos visuais como cor, brilho e baixo-relevo são incrementados com o uso de materiais. Os materiais são a “pintura” ou o “papel de parede” aplicados aos objetos da cena. Há outras propriedades que, determinadas por materiais, abrangem textura, transparência e reflexão. Materiais podem ser elaborados de diversas maneiras. Um método comum é aplicar sobre um objeto uma imagem escaneada ou desenhada. Uma imagem aplicada dessa maneira sobre um objeto é chamada de mapa ou map. Materiais e maps A iluminação e a aplicação de materiais são imprescindíveis para dar harmonia e transmitir nossa intenção estética. Sendo ou não sua meta reproduzir fotorrealismo, iluminação é fundamental na produção gráfica. Mesmo a mais perfeita modelagem poderá parecer pouco interessante se você não fizer uma boa utilização das luzes. Assim como a iluminação, a manipulação da câmera é uma ferramenta muito poderosa para criar uma reação emocional no público. Um super close no rosto de um personagem pode passar um enorme impacto emocional numa cena panorâmica. Por vezes, o enquadramento panorâmico de uma paisagem pode captar a beleza da vista que um close não captaria. Luzes e câmera Se o objetivo de uma produção é fazer um filme ou uma experiência interativa como um jogo, então, algo na cena precisa ser animado. A palavra animar significa literalmente “dar vida a”. Mesmo que não existam personagens ou formas geométricas em movimento na cena, a animação pode acontecer pela movimentação de luzes e câmeras. O mais comum método de animação computadorizada é chamado de keyframing. Esse termo vem da tradicional animação à mão. Animação Criar um desenho animado à mão envolve centenas de frames/quadros individuais. Animação Fonte: https://super.abril.com.br/mundo-estranho/como-e-feito-um-desenho-animado/ Hoje o mercado está repleto de programas para criação e execução de projetos em 3-D. Alguns dos mais utilizados são 3DS Max, Revit, Sketchp, ZBrush, Maya e Modo. Cada programa possui vantagens específicas, área de aplicação e metodologia de produção. Hoje conseguimos utilizar muitos recursos de multimídia que nem eram imaginados antes. Faz pouco tempo que começamos a acessar vídeos com uma taxa de streaming capaz de fazer com que eles não travem. Nas artes, começamos a fazer animações cada vez melhores. Alguns programas muito utilizados atualmente Fonte: http://logos.wikia.com/wiki/F ile:3ds_Max_2017_lockup_ OL_stacked_no_year.png Quanto maior a quantidade de subdivisões da malha em polígonos, maior será o nível de detalhamento da peça com a qual você trabalha. O contrário também é verdadeiro. Quando diminuímos a quantidade de polígonos de uma peça, sua superfície tende a ficar menos suavizada. Quanto maior a quantidade de polígonos, mais será exigido do computador em capacidade de armazenagem de dados (uma vez que o arquivo fica mais pesado) e capacidade de processar dados, pois aumenta o número de superfícies para cálculo de suavização, por exemplo. A subdivisão da malha e sua importância na modelagem tridimensional A subdivisão da malhae sua importância na modelagem tridimensional Circuito low, com poucos segmentos, a linha fica menos suavizada Esfera low poly, com poucos polígonos, sem suavização Fonte: Livro-texto. A subdivisão da malha e sua importância na modelagem tridimensional A superfície dos polígonos pode ter suavização Superfície da esfera com polígonos sem suavizaçãoFonte: Livro-texto. As etapas de planejamento que envolvem a pré-produção, construção de uma cena e de seus elementos, aplicação de materiais e maps, entendendo recursos de luz e câmeras e animação estão relacionadas a que processo? a) Desenvolvimento em 2-D. b) Desenvolvimento em 3-D. c) Desenvolvimento de jogos digitais. d) Desenvolvimento de software. e) Desenvolvimento de aplicações mobile. Interatividade As etapas de planejamento que envolvem a pré-produção, construção de uma cena e de seus elementos, aplicação de materiais e maps, entendendo recursos de luz e câmeras e animação estão relacionadas a que processo? a) Desenvolvimento em 2-D. b) Desenvolvimento em 3-D. c) Desenvolvimento de jogos digitais. d) Desenvolvimento de software. e) Desenvolvimento de aplicações mobile. Resposta ATÉ A PRÓXIMA!
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