História da
História da
Computação Gráfica
Frederico Damasceno Bortoloti
Frederico Damasceno Bortoloti
Objetivos
Objetivos
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li
i
C
t
ã G áfi
• Explicar como surgiu a Computação Gráfica
– Antecedentes tecnológicos e científicos
• Descrever a evolução histórica da Computação Gráfica
• Descrever a evolução histórica da Computação Gráfica
– Principais marcos da investigação científica
– Principais aplicações em indústrias e na sociedade
• Referir a situação atual da Computação Gráfica
– Temas candentes da investigação científica em curso Aplicações eminentes em indústrias e na sociedade – Aplicações eminentes em indústrias e na sociedade
• Perspectivar o futuro da Computação Gráfica
Introdução
Introdução
E
d
t d C
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ã G áfi
• Enquadramento da Computação Gráfica
– A Computação Gráfica (CG) nasce no início dos anos 60
– Desde cedo evidenciou um potencial imenso, condicionado porDesde cedo evidenciou um potencial imenso, condicionado por
• Custos iniciais elevados da computação e do hardware
• Incompreensão dos processos associados à geração de imagem • Complexidade inerente a software de sistema e de aplicação • Complexidade inerente a software de sistema e de aplicação
– Os avanços científicos e tecnológicos ocorreram "em picos" – As contribuições prestadas à Computação Gráfica tipificam-se
em
• Pioneiros - I. Sutherland, A. Ray Smith
• Inovadores - J. Blinn, T. Whitted, L. Carpenter
• Adaptadores - MAGI, Abel & Assoc., LucasFilm
Organização
Organização
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• Origens da Computação Gráfica
– Pré-História e Anos 40, 50 e 60
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d d C
ã G áfi
• Passado da Computação Gráfica
– Anos 70, 80 e 90
• Presente da Computação Gráfica
– Anos 2000 a 2009
• Futuro da Computação Gráfica
– Curto, Médio e Longo Prazo, Comparação do
Estado-d
t
da-arte
Origens da Computação Gráfica
Origens da Computação Gráfica
P é Hi tó i
• Pré-História
– Algumas das fundações que merecem destaque:
• Euclides [300-250AC] - fez uma formulação inicial da geometria[ ] ç g • Brunelleschi [Séc. XV] - arquiteto e escultor que usou de forma
criativa a noção de perspectiva visual
• Descartes [Séc. XVII] - matemático e filósofo que formulou a [ ] q geometria analítica e os sistemas de coordenadas 2D e 3D
• Sylvester [Séc. XIX] - matemático que inventou as matrizes e a notação matricial, uma das ferramentas mais comuns da
Computação Gráfica
– Em 1885 iniciou-se o desenvolvimento da tecnologia do tubo de raios catódicos (CRT), ainda hoje usada em telas de
computadores e televisões
Origens da Computação Gráfica
Origens da Computação Gráfica
P é Hi tó i (
t )
• Pré-História (cont.)
– Em 1927 a indústria do cinema define os seus regulamentos, entre os quais se inclui a freqüência de atualização (refresh rate) q q ç ( ) de 24 imagens/segundo
– Em 1930 P. e W. Mauchly constroem o primeiro computador ENIAC
– Em 1938 Valensi propõe um sistema de televisão a cores
• Aspectos de Mudança
– No fim dos anos 30, o cinema sonoro consolidava a sua presença e a resposta da sociedade era entusiástica
– A televisão dava os primeiros passos e prometia revolucionarp p p – Começavam a surgir mais computadores para fins
Origens da Computação Gráfica
Origens da Computação Gráfica
• Anos 40 e 50
– Dois projetos militares norte-americanos incluem elementos básicos de Computação Gráfica:
básicos de Computação Gráfica:
• Whirlwind - construção de um simulador de vôo
• SAGE - sistema de defesa aéreo contra ataques nucleares
Origens da Computação Gráfica
Origens da Computação Gráfica
Anos 40 e 50 (cont )
• Anos 40 e 50 (cont.)
– Em 1941 iniciam-se as emissões regulares de TV nos EUA – Em 1947 os Bell Labs inventam o transístor
– Em 1950 Wiener publica o livro “Cybernetics and Society”, no qual se especulava sobre os efeitos dos computadores na sociedade
E 1950 L k i i i b d t i – Em 1950 Laposky cria as primeiras obras de arte com raiz
tecnológica, usando para esse efeito um osciloscópio
– Em 1956 no MIT constrói-se o primeiro computador totalmente transistorizado
transistorizado
– Em 1957 P.J. Hanratty (GE , GM, MCS), conhecido como “pai
do CAD/CAM”, desenvolve um software CAD chamado
PRONTO o primeiro sistema de programação comercial para PRONTO, o primeiro sistema de programação comercial para NC (controle numérico)
– Em 1957 é fundada a empresa de computadores Digital
Origens da Computação Gráfica
Origens da Computação Gráfica
Anos 40 e 50 (cont )
• Anos 40 e 50 (cont.)
– Em 1958 no MIT liga-se uma tela com capacidades gráficas ao computador de médio porte TX-1
E 1959 C t lj (Cit ë ) d l l it
– Em 1959, Casteljau (Citroën) desenvolve um algoritmo para computação de uma curva de Bézier.
• Aspectos de Mudança
– Algumas universidades americanas dispõem de acesso a
centros de computação com os computadores mais evoluídos da época
N i id d l i il i d tili
– Nas universidades e em empresas, alguns privilegiados utilizam o computador para investigar idéias e aplicações emergentes – Nessas organizações lançam-se as sementes das atividades de
investigação e desenvolvimento que conduziriam ao investigação e desenvolvimento que conduziriam ao
aparecimento da Computação Gráfica (assim batizada por W.
Origens da Computação Gráfica
Origens da Computação Gráfica
• Anos 60
– Os computadores da época possuem alguns kbytes de
memória não existem sistemas operativos nem dispositivos memória, não existem sistemas operativos nem dispositivos gráficos de saída
– Em 1960 é lançado o computador comercial DEC PDP-1 – Em 1961 no MIT é criado o primeiro jogo de computador
(Spacewars) para o computador DEC PDP-1
– Whitney Sr cria efeitos especiais para o filme VertigoWhitney Sr. cria efeitos especiais para o filme Vertigo
(Hitchcock)
Computador
Origens da Computação Gráfica
Origens da Computação Gráfica
• Anos 60 (cont.)
– Em 1963 Sutherland (MIT) apresenta um sistema de desenho interativo de primitivas gráficas 2D baseado em caneta luminosa interativo de primitivas gráficas 2D baseado em caneta luminosa
– Em 1963 Engelbart (SRI) inventa o dispositivo de interação “mouse” – Zajac produz nos Bell Labs o primeiro filme gerado por computador
(imagens formadas de linhas e texto)
Sistema de desenho interativo SketchPad
Origens da Computação Gráfica
Origens da Computação Gráfica
• Anos 60 (cont.)
O laboratório TX-2 contém 320 KB de RAM, 8MB de fita magnética e monitor de 7“ com resolução
1024x1024. O programa foi escrito em macro
assembler em fitas de papel a ser perfuradas no
t d
computador a ser
carregado. Utiliza uma caneta de luz diretamente
it d t d
Ivan Sutherland
Origens da Computação Gráfica
Origens da Computação Gráfica
• Anos 60 (cont.)
O primeiro mouse.
Origens da Computação Gráfica
Origens da Computação Gráfica
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60 (
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• Anos 60 (cont.)
– Em 1963 surge o primeiro sistema comercial de CAD (DAC-1) – Em 1966 é lançado no mercado o console caseiro de jogosEm 1966 é lançado no mercado o console caseiro de jogos
Odyssey
– É criada a empresa MAGI, pioneira na produção computacional de animação e efeitos especiais
de animação e efeitos especiais
– Em 1967 Rougelet (GE) cria um simulador interativo de vôo (NASA)
Origens da Computação Gráfica
Origens da Computação Gráfica
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• Anos 60 (cont.)
1966: Ralph Baer cria o 1º produto de CG ao consumidor: Odyssey Pinball
Origens da Computação Gráfica
Origens da Computação Gráfica
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• Anos 60 (cont.)
1967: GE apresenta o
primeiro simulador de vôo em tempo real colorido para a
Origens da Computação Gráfica
Origens da Computação Gráfica
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• Anos 60 (cont.)
– Em 1968 é fundada a empresa INTEL
– Aparecem várias empresas da área da Computação Gráfica,Aparecem várias empresas da área da Computação Gráfica, com destaque para a Evans & Sutherland (estações gráficas de trabalho)
– Em 1969 Bushnell lança comercialmente a plataforma de vídeoEm 1969 Bushnell lança comercialmente a plataforma de vídeo games Computer Space (a precursora das máquinas de arcade modernas)
– A empresa MAGI produz para a IBM o primeiro anúncio – A empresa MAGI produz, para a IBM, o primeiro anúncio
comercial baseado em técnicas de Computação Gráfica
– É criado o grupo de interesse SIGGRAPH no âmbito do ACM N d ARPANET
Origens da Computação Gráfica
Origens da Computação Gráfica
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• Marcos Científicos dos Anos 60
– Em 1963 Coons (MIT, Ford) inventa a teoria de representação de superfícies curvas através de “retalhos” (meshes) baseados p ( ) em aproximações polinomiais
– Em 1965 Roberts cria um algoritmo de remoção de partes invisíveis de segmentos de reta e introduz a noção de g ç
coordenadas homogêneas na representação geométrica de objetos
– Bresenham desenvolve algoritmos eficientes para o desenhoBresenham desenvolve algoritmos eficientes para o desenho
de primitivas geométricas 2D (algoritmos incrementais de varrimento)
– A Universidade do Utah cria o departamento de Ciências daA Universidade do Utah cria o departamento de Ciências da Computação, no qual a Computação Gráfica assumirá papel de destaque na investigação científica
Origens da Computação Gráfica
Origens da Computação Gráfica
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• Marcos Científicos dos Anos 60 (cont.)
– Em 1967 Appel cria algoritmos de cálculo de visibilidade, sombras e visualização 3D, e um ano depois inventa um método de cálculo ç p de visibilidade precursor do método de traçagem de raios (ray
tracing)
– Em 1968 a Univ. do Utah convida D. Evans a formar uma seção ç de Computação Gráfica no departamento de Ciências da
Computação
– Sutherland (MIT) apresenta um novo dispositivo de visualizaçãoSutherland (MIT) apresenta um novo dispositivo de visualização
– Em 1969 nos Bell Labs constrói-se a primeira matriz de pixels (cada pixel representado por 3 bits)
A Kay desenvolve na Xerox PARC a primeira interface gráfica
– A. Kay desenvolve, na Xerox PARC, a primeira interface gráfica com o usuário
Capacete
Origens da Computação Gráfica
Origens da Computação Gráfica
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d M d
• Aspectos de Mudança
– A década de 60 registrou grande atividade na investigação fundamental da Computação Gráfica (algoritmos, métodos e p ç ( g técnicas), dado tudo estar por descobrir e fazer
– Surgiram as primeiras manifestações de arte computacional (Stuttgard e Nova Iorque em 1965, Londres em 1968, etc)
( g q , , )
– A investigação centra-se em grupos sediados em universidades americanas e surge uma massa crítica de investigadores
– A Computação Gráfica 2D desenvolve-se muito rapidamente e – A Computação Gráfica 2D desenvolve-se muito rapidamente e
aparecem algoritmos fundamentais eficientes
– A Computação Gráfica 3D ainda é muito incipiente e não existem algoritmos de visualização satisfatórios
Origens da Computação Gráfica
Origens da Computação Gráfica
• Progressos Obtidos nos Anos 60
(Wireframe) (Wireframe)
Organização
Organização
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• Origens da Computação Gráfica
– Pré-História e Anos 40, 50 e 60
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• Passado da Computação Gráfica
– Anos 70, 80 e 90
• Presente da Computação Gráfica
– Anos 2000 a 2009
• Futuro da Computação Gráfica
– Curto, Médio e Longo Prazo, Comparação do
Estado-d
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da-arte
Passado da Computação Gráfica
Passado da Computação Gráfica
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• Anos 70
– O computador mais avançado da época (IBM 360) possui 64 kbytes de memória, uma tela vetorial e uma caneta luminosay – Em 1971 surge a empresa de efeitos especiais Abel &
Associates
– Em 1972 A Kay na Xerox PARC produz o computador gráficoEm 1972 A. Kay, na Xerox PARC, produz o computador gráfico
Alto
– Catmull produz curtas animações por via computadorizada
Bushnell funda a empresa ATARI e lança o video game Pong
– Bushnell funda a empresa ATARI e lança o video game Pong
Passado da Computação Gráfica
Passado da Computação Gráfica
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• Anos 70 (cont.)
– Em 1973 Metcalf desenvolve a tecnologia Ethernet
– É exibido o filme comercial Westworld, que continha grafismosÉ exibido o filme comercial Westworld, que continha grafismos 2D produzidos por computador
– É editado o primeiro livro que aborda detalhadamente os
algoritmos e métodos da Computação Gráfica (autores Newman algoritmos e métodos da Computação Gráfica (autores Newman e Sproull)
– Em 1974 Shoup e Ray Smith criam o programa de desenho
Superpaint (inspirador dos programas modernos de desenho) Superpaint (inspirador dos programas modernos de desenho)
– Kahn e Cerf definem o protocolo TCP
– O filme comercial Futureworld (na sequência de Westworld) té i 3D i l d t d
Passado da Computação Gráfica
Passado da Computação Gráfica
• Anos 70 (cont.)
1973: “Westworld” de Michael Crichton usa gráficos 2D
• Primeira vez que um computador é usado para manipulação de imagem.
• Figura cenas que mostram ao público o mundo visto pelo circuito do olho de um humano sintético em um parque temático do Oeste americano. Esse efeito foi
alcançado com ferramentas gráficas 2D
d i d d té i d t
derivadas de técnicas de processamento de imagens.
Passado da Computação Gráfica
Passado da Computação Gráfica
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• Anos 70 (cont.)
– Em 1975 Gates e Allen fundam a empresa Microsoft
– Em 1976 Jobs e Wozniak fundam a Apple e um ano depoisEm 1976 Jobs e Wozniak fundam a Apple e um ano depois lançam o computador pessoal Apple II
– Em 1977 a Academia cria a categoria de Oscar de Efeitos Especiais
Especiais
– Em 1978 a DEC lança o computador DEC VAX 11/780, plataforma muito usada no desenvolvimento de programas gráficos
gráficos
– Em 1979 a Disney exibe o filme comercial Black Hole, cuja sequência de abertura é totalmente produzida por computador
G L t t C t ll R S ith t
– G. Lucas contrata Catmull, Ray Smith e outros para uma nova empresa denominada LucasFilm
Passado da Computação Gráfica
Passado da Computação Gráfica
• Anos 70 (cont.)
1974: Intel desenvolve o processador 8080 processor.
1975: Bill Gates inicia a Microsoft 1975: Bill Gates inicia a Microsoft
1976: Steve Jobs e Steve Wozniak iniciam a Apple.pp
Passado da Computação Gráfica
Passado da Computação Gráfica
• Anos 70 (cont.)
1977: Academy of Motion Pictures Art and Sciences apresenta a categoria de apresenta a categoria de VISUAL EFFECTS para Oscars.
Passado da Computação Gráfica
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• Marcos Científicos dos Anos 70
– Em 1970 Bézier (Renault) desenvolve novas formas de
representação de superfícies 3D generalizadas (para a indústria p ç p g (p automóvel)
– Gouraud inventa um método de coloração de faces 3D
– Em 1972 Shoup cria na Xerox PARC a primeira matriz deEm 1972 Shoup cria, na Xerox PARC, a primeira matriz de pixels com 8 bits/pixel
– Newell, Newell e Sancha inventam algoritmos de cálculo de visibilidade de superfícies 3D baseados em técnicas de
visibilidade de superfícies 3D baseados em técnicas de ordenação
– Em 1973 realiza-se a primeira conferência SIGGRAPH
E 1974 C t ll d l ét d fi i t d ál l d – Em 1974 Catmull desenvolve um método eficiente de cálculo de
Passado da Computação Gráfica
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• Marcos Científicos dos Anos 70 (cont.)
– Em 1975 Phong inventa um método de coloração de faces 3D capaz de reproduzir efeitos direcionais de iluminação (reflexões p p ç ( simples)
– Mandelbrot formaliza a teoria dos fractais
– Newell define um objeto geométrico (bule de chá de Utah)Newell define um objeto geométrico (bule de chá de Utah),
muito usado em testes e que viria a tornar-se mundialmente famoso
– Em 1976 Catmull cria um programa para geração de imagens – Em 1976 Catmull cria um programa para geração de imagens
intermédias em animação (tweening)
Passado da Computação Gráfica
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• Marcos Científicos dos Anos 70 (cont.)
– Em 1977 surge o primeiro standard gráfico de programação (puramente 2D), designado GKS (Graphical Kernel System
-(p ) g ( p y
ANSI)
• Aspectos de Mudança
Obtiveram se progressos na visualização 3D o que permitiu a – Obtiveram-se progressos na visualização 3D, o que permitiu a
criação de curtas animações para fins didáticos e publicitários – A indústria cinematográfica começou a olhar com interesse para
ti t d C t ã G áfi
os praticantes da Computação Gráfica e promoveu a caça aos talentos
– As plataformas DEC VAX e Apple I e II alargaram imenso o d i ti d d C t ã grupo de investigadores e programadores em Computação Gráfica
Passado da Computação Gráfica
Passado da Computação Gráfica
Passado da Computação Gráfica
Passado da Computação Gráfica
Anos 80
• Anos 80
– É a década do computador pessoal (IBM PC e Apple Macintosh, incorporando um dispositivo mouse e matrizes de pixels com telas de varrimento (desaparecem a caneta luminosa e a tela telas de varrimento (desaparecem a caneta luminosa e a tela vetorial)
– A tecnologia Ethernet para ligação em rede local difunde-se Em 1980 Carpenter mostra no SIGGRAPH animações 3D – Em 1980 Carpenter mostra no SIGGRAPH animações 3D
realistas com paisagens verossímeis geradas por métodos fractais
– A Disney usa técnicas de CG na produção do filme Tron (asA Disney usa técnicas de CG na produção do filme Tron (as
animações foram criadas pelas empresas MAGI, Abel & Assoc., etc)
Passado da Computação Gráfica
Passado da Computação Gráfica
Anos 80 (cont )
• Anos 80 (cont.)
1981: IBM apresenta o primeiro IBM PC (chip 16 bits 8088)
Passado da Computação Gráfica
Passado da Computação Gráfica
Anos 80 (cont )
• Anos 80 (cont.)
– Era dos Sistemas CAD 3D: CADKEY (Micro-Control): 3D wire-frame CAD
GM S lid
– GM Solid
– Em 1981 a Unigraphics lança o Uni-Solid para modelagem sólida CSG.
D lt S tè IBM l CATIA
– Dassault Systèmes e IBM lançam o CATIA
– Em 1981 a LucasFilm cria uma aplicação de síntese foto realista de imagem para fins de produção comercial de animações
E 1982 ã f d d SGI Ad b
– Em 1982 são fundadas as empresas SGI e Adobe
– A Autodesk, fundada por John Walker, lança uma aplicação de
CAD designada AutoCAD
R l (Sh D t ) i i d l d d ólid B R
– Romulus (Shape Data): primeiro modelador de sólido B-Rep – SDRC lança o I-DEAS
Passado da Computação Gráfica
Passado da Computação Gráfica
• Anos 80 (cont.)
Uni-Solid
Passado da Computação Gráfica
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80 (
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• Anos 80 (cont.)
– Em 1983 a Industrial Light & Magic (ILM) cria os efeitos especiais 3D do filme Star Trek II - The Wrath of Khanp
– Em 1984 a filme comercial The Last Starfighter inclui imagens 3D
Passado da Computação Gráfica
Passado da Computação Gráfica
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80 (
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• Anos 80 (cont.)
1983: Primeiro comercial da Coca Cola usando 1983: Primeiro comercial da Coca Cola usando Ursos Polares
Passado da Computação Gráfica
Passado da Computação Gráfica
A
80 (
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• Anos 80 (cont.)
1984: The Last Starfighter é o primeiro filme live action com animações de ç computador realísticas de modelos altamente detalhados.
1989: The Abyss é o primeiro filme 1989: The Abyss é o primeiro filme a incluir animação de personagens 3D convincente.
Passado da Computação Gráfica
Passado da Computação Gráfica
Anos 80 (cont )
• Anos 80 (cont.)
– Em 1984 a Abel & Assoc. cria um anúncio comercial por computador
A L Fil i d í t f t li t d – A LucasFilm cria um novo programa de síntese foto realista de
imagem baseado no método de traçagem de raios (REYES)
– Em 1985 é criado o Euclid (Matra Datavision): híbrido B-Rep/CSG E 1986 S J b Pi à L Fil
– Em 1986 S. Jobs compra a Pixar à empresa LucasFilm
– A INTEL e a Texas Inst. desenvolvem processadores gráficos – Em 1988 a Parametric Technology Corporation (PTC) lança o
P /ENGINEER Pro/ENGINEER
Passado da Computação Gráfica
Passado da Computação Gráfica
Anos 80 (cont )
• Anos 80 (cont.)
– Em 1988 a Pixar tem o filme Luxo Jr. nomeado para um Oscar e recebe a patente do programa de síntese de imagem
RENDERMAN RENDERMAN
Passado da Computação Gráfica
Passado da Computação Gráfica
Anos 80 (cont )
• Anos 80 (cont.)
Passado da Computação Gráfica
Passado da Computação Gráfica
A
80 (
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• Anos 80 (cont.)
– Em 1988 a Pixar recebe um Oscar pelo filme animado Tin Toy – Em 1989 a ILM cria o personagem de “água” do filme The AbyssEm 1989 a ILM cria o personagem de água do filme The Abyss
• Marcos Científicos dos Anos 80
– Em 1980 Whitted inventa o método de traçagem de raios (ray
t i )
tracing)
– Em 1984 Greenberg desenvolve um novo método de síntese foto realista de imagem baseado em teorias de transporte (radiosidade)
Passado da Computação Gráfica
Passado da Computação Gráfica
Marcos Científicos dos Anos 80
• Marcos Científicos dos Anos 80
– Em 1984 Porter e Duff inventam algoritmos sofisticados de composição criativa de imagens 2D (aplicáveis ao cinema) E 1986 K ji d ã t áti
– Em 1986 Kajiya descreve a equação matemática que governa os fenômenos de transporte da luz, na base da iluminação
global
Progressos Obtidos nos Anos 80
• Progressos Obtidos nos Anos 80
– O hardware gráfico evolui imensamente (algoritmos em hardware)
S “ li i ” t t d i
– Surge a “guerra religiosa” entre a traçagem de raios e a radiosidade
– O método de traçagem de raios transforma-se em promessa adiada
adiada
– A equação de Kajiya finalmente formaliza a síntese foto e fisicamente realista de imagem 3D e aponta novos caminhos
Passado da Computação Gráfica
Passado da Computação Gráfica
Passado da Computação Gráfica
Passado da Computação Gráfica
Anos 90
• Anos 90
– A plataforma dos inícios de 90 era a estação gráfica de trabalho
SGI com 16 Mbytes de memória, matriz de pixels com 24
bits/pixel suporte hardware para coloração Gouraud e bits/pixel, suporte hardware para coloração Gouraud e visibilidade z-buffer (os computadores IBM PC ainda não possuíam hardware gráfico)
– Sistemas de Kernel tais como ACIS ou ParaSolid oferecem umaSistemas de Kernel tais como ACIS ou ParaSolid oferecem uma biblioteca abrangente de módulos de softwares individuais para customizar ou contruir um sistema de Modelagem de Sólidos
Passado da Computação Gráfica
Passado da Computação Gráfica
Anos 90 (cont )
• Anos 90 (cont.)
– Em 1991 Berners-Lee cria no CERN a World Wide Web – O filme Terminator 2 (ILM) inclui um personagem
t d i d computadorizado
– Em 1993 é produzido o filme Jurassic Park (ILM e S. Spielberg) e um ano depois recebe um Oscar de Efeitos Especiais
Passado da Computação Gráfica
Passado da Computação Gráfica
Anos 90 (cont )
• Anos 90 (cont.)
Passado da Computação Gráfica
Passado da Computação Gráfica
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90 (
t )
• Anos 90 (cont.)
– Em 1993 a empresa Cyan lança o jogo 3D de personagem Myst, que em 1988 se transforma no jogo mais vendido de sempre
q j g p
– Em 1995 a Pixar produz o filme animado comercial Toy Story – A Sony lança o console de jogos Playstation
Em 1998 a Pixar produz o filme A Bug’s Life e em 1999 Toy – Em 1998 a Pixar produz o filme A Bug s Life e em 1999 Toy
Story 2 (todos os filmes da Pixar são enormes sucessos de
Passado da Computação Gráfica
Passado da Computação Gráfica
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90 (
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• Anos 90 (cont.)
1990: Windows 3 0 é lançado 1994 Pl St ti N64 ã l d
Passado da Computação Gráfica
Passado da Computação Gráfica
Anos 90 (cont )
• Anos 90 (cont.)
– Em 1995: SolidWorks 95 (Dassault)
– Em 1996: SolidEdge (Intergraph), Mech. Desktop (Autodesk) – Em 1999 o novo software criado por John Knoll e sua equipe
da Industrial Light & Magic (ILM) cria os efeitos especiais 3D do filme Star Wars I – The Phantom Menace, com atores em CGI interagindo com atores reais
Passado da Computação Gráfica
Passado da Computação Gráfica
Marcos Científicos dos Anos 90
• Marcos Científicos dos Anos 90
– O ACM reforça o reconhecimento público das contribuições
científicas dos investigadores da Computação Gráfica através de prêmios anuais de mérito (Achievement Awards do SIGGRAPH) prêmios anuais de mérito (Achievement Awards do SIGGRAPH) – Em 1992 surge o standard gráfico de programação OpenGL
(SGI)
A Univ do Illinois desenvolve tecnologia de realidade virtual – A Univ. do Illinois desenvolve tecnologia de realidade virtual
(CAVE)
– A partir de 1993 a Pixar recebe prêmios sucessivos da Academia Em 1995 M Pesce introduz o conceito VRML (standard ISO
– Em 1995 M. Pesce introduz o conceito VRML (standard ISO 1997)
– Em 1997 a Univ. de Chapell Hill cria um novo sistema
computacional paralelo para produção interativa de imagens em computacional paralelo para produção interativa de imagens em cenas complexas
– Em 1997 a empresa NVIDIA começa a contratar investigadores para produzir hardware gráfico 3D para computadores pessoais
p p g p p p
Passado da Computação Gráfica
Passado da Computação Gráfica
Marcos Científicos dos Anos 90 (cont )
• Marcos Científicos dos Anos 90 (cont.)
– A partir de 1993 G. Ward desenvolve o programa de síntese fisicamente realista de imagem RADIANCE, que se torna uma referência de facto em arquitetura e iluminação
referência de facto em arquitetura e iluminação
Imagens fisicamente realistas produzidas Imagens fisicamente realistas produzidas pelo programa RADIANCE
Passado da Computação Gráfica
Passado da Computação Gráfica
Progressos Obtidos nos Anos 90
• Progressos Obtidos nos Anos 90
– 1991 foi o ano da virada da indústria de cinema em relação à Computação Gráfica e pouco depois essa participação
expandia se às indústrias do vídeo da televisão e do expandia-se às indústrias do vídeo, da televisão e do lazer/entretenimento
– As empresas Pixar e ILM emergem como grandes líderes desta área
área
– Os jogos 3D Myst, Doom, Quake e Riven ilustram
convincentemente muitos avanços científicos e tecnológicos da Computação Gráficap ç
– Surgem empresas dedicadas à fabricação de hardware gráfico 3D para computadores pessoais IBM PC e Apple (ATI, 3dfx,
NVIDIA, etc)
– Os consoles de jogos evoluem rapidamente e transformam-se em computadores especializados em jogos (Playstation e
Passado da Computação Gráfica
Passado da Computação Gráfica
Progressos Obtidos nos Anos 90 (cont )
• Progressos Obtidos nos Anos 90 (cont.)
Myst Doom Quake Quake
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Progressos Obtidos nos Anos 90 (cont )
• Progressos Obtidos nos Anos 90 (cont.)
– A investigação científica dispersou-se por muitos subdomínios especializados, sendo consenso geral que as grandes idéias já teriam sido quase todas inventadas (Blinn SIGGRAPH 98) teriam sido quase todas inventadas (Blinn - SIGGRAPH 98) – Apareceram arquiteturas paralelas para produção de imagem e
animação computadorizada (a Pixar foi pioneira nesta área)
Deu se uma enorme disseminação da atividade científica devida – Deu-se uma enorme disseminação da atividade científica devida
à WWW e ao Email (destaque para sites de universidades americanas)
– A investigação e desenvolvimento em Computação GráficaA investigação e desenvolvimento em Computação Gráfica migra para os computadores pessoais IBM PC (Windows e
Linux), o que facilita enormemente a sua disseminação mundial
Organização
Organização
O i
d C
t
ã G áfi
• Origens da Computação Gráfica
– Pré-História e Anos 40, 50 e 60
P
d d C
ã G áfi
• Passado da Computação Gráfica
– Anos 70, 80 e 90
• Presente da Computação Gráfica
– Anos 2000 a 2009
• Futuro da Computação Gráfica
– Curto, Médio e Longo Prazo, Comparação do
Estado-d
t
da-arte
Presente da Computação Gráfica
Presente da Computação Gráfica
Anos 2000 a 2009
• Anos 2000 a 2009
– A plataforma mais comum para atividades em Computação Gráfica é o computador pessoal IBM PC com 512 Mbytes de memória suporte hardware de coloração Phong visibilidade z memória, suporte hardware de coloração Phong, visibilidade
z-buffer, mapeamento de texturas em tempo real e tela de elevada
resolução
– Em 2000 são lançadas no mercado os consoles de jogos SegaEm 2000 são lançadas no mercado os consoles de jogos Sega
Dreamcast e Sony Playstation 2 (poderosos computadores
gráficos)
– A Disney exibe o filme animado por computador Dinosaur e a y p p
Sony o filme Hollow Man (outras empresas avançam para a
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Anos 2000 a 2009 (cont )
• Anos 2000 a 2009 (cont.)
2002: MS XBox 2000: PlayStation 2
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Anos 2000 a 2009 (cont )
• Anos 2000 a 2009 (cont.)
– Em 2001 exibe-se o filme Shrek (DreamWorks), que recorre a novos métodos de síntese e animação de personagens
“naturais”naturais
2002
Academy of Motion Pictures • Academy of Motion Pictures apresentou uma categoria de BEST ANIMATED FEATURE.
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Anos 2000 a 2009 (cont )
• Anos 2000 a 2009 (cont.)
– Em 2001 exibe-se o filme Pearl Harbour (Disney), repleto de efeitos especiais ultra realistas em seqüências de combate aéreo e naval
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Anos 2000 a 2009 (cont )
• Anos 2000 a 2009 (cont.)
– Em 2003, 2004, 2005 Lord of the Rings Trilogy, P. Jackson e o
WETA workshop criam um personagem com captura de
movimentos que interage com atores reais movimentos que interage com atores reais.
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Anos 2000 a 2009 (cont )
• Anos 2000 a 2009 (cont.)
– Em 2007 e 2009, Bay (com patrocínio da GM) lança
Transformers e Transformers 2: Revenge of the Fallen
“Com mais de 555 tomadas e 46 robôs – algo em torno de 50.000 partes individualmente animáveis –
mais 250 artistas trabalharam no projeto da A Industrial, Light & Magic
(ILM) contou com o software
seqüência de Transformers. A equipe calculou que levariam 16.000 anos para renderizar o filme em um PC caseiro.
(ILM) contou com o software
de entretenimento digital da
Autodesk, Inc. para criar
centenas de tomadas de A ILM usou as potencialidades de uma variedade de
softwares da Autodesk na linha de produção:
Autodesk 3ds Max para pintura digital dos modelos, A t d k S fti d t t d t
centenas de tomadas de efeitos visuais em 2009, incluindo "Transformers:
Revenge of the Fallen " Autodesk Softimage no departamento de arte,
Autodesk Inferno/SABRE para composições,
Autodesk Backburner para processamento em rede e Autodesk Maya (com Python) como a ferramenta
Revenge of the Fallen, "Harry Potter and the Half-Blood Prince," "Terminator Salvation" e "Star Trek." Autodesk Maya (com Python) como a ferramenta
central para animação, montagem e layout.”
http://www.entrepreneur.com
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Anos 2000 a 2009 (cont )
• Anos 2000 a 2009 (cont.)
Transformers Transformers
O time de layout da ILM usou
software personalizado (Zeno) para rastrear uma versão em CG da
rastrear uma versão em CG da câmera do filme (topo). Para
continuar com as transformações em tempo real, animadores trabalham p , com uma renderização de baixa
resolução (meio) e coordenam com o time de desenvolvimento de criaturas para igualar o maquinário e encaixar a magia digital de volta ao corte final (fim).
Organização
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• Origens da Computação Gráfica
– Pré-História e Anos 40, 50 e 60
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– Anos 70, 80 e 90
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– Anos 2000 a 2009
• Futuro da Computação Gráfica
– Curto, Médio e Longo Prazo, Comparação do
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Futuro da Computação Gráfica
Futuro da Computação Gráfica
Contexto Atual
• Contexto Atual
– A Computação Gráfica congregou à sua volta várias indústrias e passou a liderar negócios ligados ao cinema, vídeo, lazer, etc
Indústria da Computação Gráfica
s e dólare s lhões d e Mi Anos Fonte: ACM-SIGGRAPH
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Contexto Atual (cont )
• Contexto Atual (cont.)
– Em 2000 as vendas de bilhetes do cinema americano atingiram os $1,725 bilhões de dólares e as vendas de vídeo games os 1 472 bilhões
1,472 bilhões
– Em 2008 as vendas de bilhetes chegaram a $9,76 bilhões de dólares e as vendas de vídeo games a $22 bilhões
Segundo a IDSA 60% dos americanos com mais de 6 anos – Segundo a IDSA, 60% dos americanos com mais de 6 anos
jogam vídeo games e esta indústria cresce a um ritmo 3 vezes superior aos das indústrias do cinema e do hardware
– Desde 1998 que se tem assistido a um desenvolvimentoDesde 1998 que se tem assistido a um desenvolvimento
tecnológico impressionante nas plataformas computacionais
orientadas à CG, o que se traduz por cada vez mais sofisticados processadores gráficos com desempenhos muito acima dos
d d l
processadores de uso geral
– O potencial dos vídeo games está a levar à entrada de novas empresas nesta área e ao reposicionamento das existentes
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Curto Prazo
• Curto Prazo
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Curto Prazo (cont )
• Curto Prazo (cont.)
Dreamcast Playstation 2 Gamecube
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Médio Prazo
• Médio Prazo
– Para quando a geração em tempo real num computador pessoal de animações computacionais semelhantes aos filmes A Bug’s
Life Toy Story ou Dinosaur? Life, Toy Story ou Dinosaur?
– Tendo em conta que a evolução dos processadores gráficos
segue um ritmo de duplicação de capacidade de processamento em cada seis meses será possível produzir um filme desse tipo em cada seis meses, será possível produzir um filme desse tipo em tempo real e a uma cadência imagem de 60 HZ entre
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Médio Prazo (cont )
• Médio Prazo (cont.)
– Os dispositivos de visualização tenderão a evoluir para grandes dimensões, definições de 1200 dpi e freqüências de atualização próximas de 72 Hz o que já está levando ao abandono das
próximas de 72 Hz, o que já está levando ao abandono das tecnologias baseadas em CRT
– A síntese realista de imagem deverá voltar a interessar-se pelo método da traçagem de raios como forma preferencial de
método da traçagem de raios como forma preferencial de produção de imagem com elevada qualidade:
• adoção de modelos de iluminação extremamente verossímeis
• uso de cenas 3D cada vez mais complexas (milhões de primitivas 3D)p ( p ) • facilidade de paralelismo do cálculo em redes locais de alto débito • recurso a suporte hardware nas tarefas centrais da traçagem de raios
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Longo Prazo
• Longo Prazo
– Migração para hardware dos principais métodos de visualização 3D baseados em traçagem de raios
D l i t d ét d d i li ã 3D i t ti
– Desenvolvimento de métodos de visualização 3D interativos e com suporte de cenas dinâmicas
– Uso intensivo da computação distribuída na Computação Gráfica N i tili ã d t i t i i di ti í i d t
– No cinema, utilização de atores virtuais indistinguíveis de atores reais (por exemplo, “ressuscitando” atores já mortos!)
– Disseminação da produção de vídeo de elevada qualidade em computador pessoal
computador pessoal
Futuro da Computação Gráfica
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Comparação do Estado da arte
• Comparação do Estado-da-arte
A solução ultra-high-end Quadro® FX 5800 dá a geofísicos, designers, cientistas, engenheiros, e outros profissionais técnicos a supercomputação visual a partir de
p p p ç p
seus desktops. Oferece as mais robustas performances e características até o momento para Exploração de Óleo e Gás, Imageamento Médico, e Aplicações de Design.
- Memória de 4GB GDDR3 GPU
nVidia Quadro® FX 5800 - Memória de 4GB GDDR3 GPU
- Largura de banda de memória até 102 GB/s - Velocidade da Memória 800 MHz
- Barramento da memória 512-bits - Clock 650 MHz
PCI E 2 0 16 GB/ bi di i l
Cortesia da CyberHeart Inc Cortesia da Schlumberger - PCI Express 2.0 16 GB/s bi-direcional
- OpenGL 3.0 - DirectX 10
- Shader Model 4.0 - Texturas 8k x 8k
- Taxas de preenchimento que excedem 52 GT/s - Performance de geometria de 300 MT/s
- Painéis de resoluções ultra-altas (até 2560 x 1600) - DVI, DP, Stereo Output
- Modelagem interativa 4D
Cortesia da Realtime Technology AG Modelagem interativa 4D
- Suporta múltiplas GPUs - Suporta SDI
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Comparação do Estado da arte
• Comparação do Estado-da-arte
Os aceleradores gráficos para estações de trabalho ATI FirePro™ 3D V8750 fornece características líderes da indústria e preço por performance, ideal p ç p p para Computer Aided Design (CAD), Digital Content Creation (DCC), Profissionais de Óleo e Gás, e mercados de simulação.
- Memória de 2GB GDDR5 GPU
ATI FirePro™ 3D V8750 - Memória de 2GB GDDR5 GPU
- Largura de banda de memória até 115.2 GB/s - Velocidade da Memória 900 MHz
- Barramento da memória 256-bits - Clock 750 MHz
PCI E 2 0 16 GB/ bi di i l - PCI Express 2.0 16 GB/s bi-direcional - OpenGL 3.0
- DirectX 10.1 - Shader Model 4.1 - Texturas 8k x 8k
- Taxas de preenchimento que excedem 30 GT/s - Performance de geometria de 300 MT/s
- Painéis de resoluções ultra-altas (até 2560 x 1600) - DVI, DP, Stereo Output
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Comparação do Estado da arte
• Comparação do Estado-da-arte
Testando Especificações Técnicas dos Participantes
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• Comparação do Estado-da-arte
Performance em aplicativos – a decisão final
Filmes Televisão Jogos Engenharia Filmes, Televisão, Jogos Engenharia
Jogos Consumo de Energia
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• Comparação do Estado-da-arte
1 - Nvidia ofereceu soluções que não existem análogas no campo da AMD. As características d it t h d f Q d FX 4800 Q d FX 5800 i l l
Conclusão
de arquitetura e hardware fazem Quadro FX 4800 e Quadro FX 5800 mais velozes que qualquer outra solução AMD disponível em modelagem 3D e sistemas CAD. Além disso, apenas a Nvidia ofereceu solução equipada com quantidade sem precedentes de memória que pode ser útil para criação e processamento de modelos 3D altamente complexos.
2 – A otimização do driver da Nvidia fez até mesmo a última geração de baixo custo Quadro FX capaz de rodar tão rápida quanto as soluções AMD no segmento de preços high-end em um bom número de aplicativos. Essa situação acontece, por exemplo, no 3ds max, AutoCAD e
SolidWorks. Nvidia também oferece a engenheiros e modeladores 3D trabalhando com 3ds max e AutoCAD drivers avançados de performance especial para esses aplicativos em particular. e AutoCAD drivers avançados de performance especial para esses aplicativos em particular.
3 - Nvidia prestou muito mais atenção que a AMD às características adicionais de hardware de suas soluções profissionais. Quadro FX series tem recentemente adquirido suporte completo não apenas para SLI em suites CAD/CAM, mas também para SLI Multi-OS que permitem usar diferentes aceleradores gráficos para diferentes máquinas virtuais dentro de um único sistema diferentes aceleradores gráficos para diferentes máquinas virtuais dentro de um único sistema físico. Nvidia também forneceu suas placas Quadro FX com suporte a placas filhas SDI. Já a AMD, eles não puderam oferecer nada do tipo.
4 – Placas gráficas profissionais parecem ser um produto que não recebeu devida atenção por
Fonte: http://www.xbitlabs.com/articles/video/display/quadrofx-firepro.html parte da AMD. O design da FirePro V8700 foi totalmente copiado da série HD 4800, que é uma
solução para jogos. Essa abordagem fez com que as placas FirePro pudessem oferecer uma razão custo-benefício aceitável apenas em alguns poucos aplicativos CAD/CAM
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– Pré-História e Anos 40, 50 e 60
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Conclusões
Conclusões
Em cerca de 40 anos
• Em cerca de 40 anos
– A Computação Gráfica esteve na origem da indústria dos vídeo games
Aj d t f i d i ã t l
– Ajudou a transformar o cinema de animação numa arte e a alargar as suas fronteiras (diminuir as diferenças entre o animado e o real)
• Nos próximos 40 anos
– Ajudará a tornar os jogos de computador numa nova forma de arte – Com os dispositivos de interação adequados, diminuirá a
separação entre a realidade e as ficções (viver várias vidas l l )
paralelas)
– Tornar-se-á onipresente e deixará de ser falada como área diferenciada que presta serviços a outras atividades humanas
Referências
Referências
• Bibliográficas • Bibliográficas
– Foley et al; Introduction to Computer Graphics; AW; 1994
– Freeman, H.; Interactive Computer Graphics; IEEE CSP; 1980 Moller & Haines; Real Time Rendering; A K Peters Ltd; 1999 – Moller & Haines; Real-Time Rendering; A. K. Peters Ltd; 1999
– Morrison; Becoming a Computer Animator; SAMS Publishing; 1995 – Watt & Watt; Advanced Animation and Rendering Tech.; AW; 1992
• Internet • Internet
– Revista WIRED; http://www.wired.com
– Revista Computer Graphics World; http://www.cgw.com
– ACM;ACM; http://www acm orghttp://www.acm.org
– Pixar; http://www.pixar.com
– Xbitlabs; http://www.xbitlabs.com
– nVidia;nVidia; http://www.nvidia.comhttp://www.nvidia.com
– AMD (ATI); http://www.amd.com
– Dassault Systemes (SolidWorks, CATIA, SIMULIA, DELMIA, ENOVIA & 3DVIA); http://www.3ds.com
– Autodesk (AutoCAD, 3DS Max, Inventor); http://www.autodesk.com
