Computação Gráfica. 35T56 Sala 3E3 Bruno Motta de Carvalho DIMAp Sala 15 Ramal 227

Computação Gráfica

35T56 – Sala 3E3

Bruno Motta de Carvalho

Logística do Curso

 2 avaliações  Projetos práticos   Grupos de duas pessoas (somente para os  projetos!!)  Implementações podem ser feitas na  linguagem de sua preferência

Programa do Curso

 Introdução  Formação e representação de imagens  Algoritmos de rasterização e recorte  Transformações geométricas  OpenGL  Visualização 3D  Sistemas de representação de cores  Representação de curvas e superfícies

Programa do Curso

 Modelagem de sólidos  Iluminação e sombreamento  Ray­tracing  Radiosidade  Algoritmos de visibilidade  Animação  Programação de GPUs

Referências

 Computer Graphics: Principle and Practice.  Foley, Van Dam, Feiner and Hughes, Addison  Wesley, 1993  Computer Graphics with OpenGL, 3rd Ed. Hearn,  Baker. Prentice­Hall, 2004  OpenGL Programming Guide: The Official Guide  to Learning OpenGL, Version 1.4, Fourth Edition.  Shreiner, D., M. Woo, J. Neider and T. Davis.  Addison­Wesley, 2003.  http://www.rush3d.com/reference/opengl­ redbook­1.1/

Cronograma Inicial

Data Assunto Data Assunto

21/02/06Introdução 25/04/06Iluminação e sombreamento 23/02/06 27/04/06Ray-tracing

02/03/06Aquisição e Representação de Imagens 02/05/06PBRT

07/03/06Algoritmos de rasterização e recorte 04/05/06Acelerando o ray-tracing 09/03/06Transformações geométricas 09/05/06Revisão

14/03/06OpenGL 11/05/06Prova 16/03/06Aula prática de OpenGL 16/05/06Radiosidade 21/03/06Visualização tridimensional 18/05/06Radiosidade 23/03/06Visualização tridimensional 23/05/06Animação 28/03/06Sistemas de representação de cores 25/05/06Animação

30/03/06Prova 30/05/06Programação de GPUs 04/04/06Representação de curvas e superfícies 01/06/06Programação de GPUs 06/04/06Representação de curvas e superfícies 06/06/06Acompanhamento dos projetos 11/04/06Representação de curvas e superfícies 08/06/06Acompanhamento dos projetos

13/04/06Semana Santa 13/06/06Apresentação de Trabalhos 18/04/06Modelagem de sólidos 15/06/06Apresentação de Trabalhos 20/04/06Modelagem de sólidos 20/06/06Prova final

Introdução



O que é computação gráfica?



Como evoluiu a computação gráfica?



Quais as áreas de aplicação em que a 

Introdução

 Geração de imagens (possivelmente realísticas)  de cenas virtuais usando computadores. Neste  contexto se refere aos algoritmos, construções  conceituais e conhecimentos matemáticos  necessários para gerar cenas virtuais bi ou  tridimensionais   A síntese de figuras artificiais – a criação de  imagens a partir de descrições

Relacionamento com 

outras áreas afins

Descrições Imagens         Visão Computacional Computação     Gráfica Processamento    de Imagens

História da Computação 

Gráfica – Anos 60

 DAC­1 (Design Augmented by Computers) –  GM e IBM  Sketchpad (1961) – Ivan Sutherland (MIT) –  Primeiro programa gráfico interativo  Spacewar (1961) – Steve Russel (MIT) –  Primeiro vídeo­game  Primeiras aplicações de visualização científica  – Bell Labs., Boeing, etc.  Primeiras animações e algoritmos de  visibilidade (University of Utah) 

Evolução do Hardware 

Gráfico – Anos 60



Mini­computador interativo (PDP­1, da 

DEC) – 1960



Caneta ótica para o Sketchpad (MIT) 

– 1961



Terminal gráfico (IBM 2250) – 1965



Head­Mounted Display (Sutherland, 

MIT) – 1966

História da Computação 

Gráfica – Anos 70

 SCANIMATE (CIC) – programa para leitura  (através de scanners) e manipulação de  artwork já existente  Gouraud shading (1971) – interpolação de  cores nos polígonos  Fundação da III, LucasFilm, Robert Abel &  Associates, digital Effects, MAGI, Systems  Simulation, etc.  Primeiro SIGGRAPH (1973)  Texture­mapping, Z­buffering, renderização de  superfícies curvas (Catmull, UU) 1974

História da Computação 

Gráfica – Anos 70

 Phong Shading (Phong, UU) – 1974  Fractais (Mandelbrot, IBM) – 1975  Bump­Mapping, environment­Mapping (Blinn,  JPL) – 1976  Primeira edição da Computer Graphic World  (CGW) – 1977   Anti­aliasing (Blinn, JPL) – 1977   Primeiros efeitos especiais produzidos por CG  em longas metragem (Star Wars – 1977, Alien  – 1979) 

Evolução do Hardware 

Gráfico – Anos 70

 Primeiros microcomputadores (Altair 8800,  MITS) – 1971   Fundação da Atari – 1971 e criação do primeiro  video­game comercial (Pong) – 1972  Primeiros frame­buffers – 1972   Primeiro computador pessoal com display  gráfico (e mouse) Xerox Alto

 

(Xerox) – 1972  Fundação da Apple – 1975 

História da Computação 

Gráfica – Anos 80

 Ray­tracing (Whitted) – 1980   REYES, primeiro renderer da LucasFilm,  que evoluiu para o Renderman (Carpenter,  LucasFilm) – 1981   Autocad 1 – 1982   Primeiro morphing (Brigham) – 1982   Tron (1982), The Last Starfighter (1984),  Young Shelock Holmes (1985)  Wavefront – Primeiro software comercial  para animação 3D – 1984 

História da Computação 

Gráfica – Anos 80

 Radiosidade (Goral, Greenberg, Cornell) –  1984  Shading languages (Perlin, NYU) – 1985   TOPAS – Primeiro software de animação  (de boa qualidade) para computadores  pessoais – 1986  Animação forense – 1986   Divisão gráfica da LucasFilm se separa  criando a Pixar – 1986

Evolução do Hardware 

Gráfico – Anos 80



Lançamento do IBM PC – 1981 



Fundação da SGI – 1982



Dataglove – 1983 



Placa de vídeo Targa – 1984 



VPL Research – Primeira firma 

especializada em realidade virtual – 

1985 



Macintosh – 1985 

História da Computação 

Gráfica – Anos 90

 3D Studio (Autodesk) – 1990   Programas de pintura  impressionista – NPR –  (Haeberli) – 1990   Terminator 2 – 1991   Doom – Primeiro jogo 3D para  múltiplos jogadores – 1993  Programa de ilustração em  nanquim (Salesin et al.) ­   1994 

História da Computação 

Gráfica – Anos 90

 Toy Story – Primeiro  longa­metragem  completamente  (??)gerado por  computador – 1995   Cassiopéia (1996)  Maya (Wavefront) – 1998

Evolução do Hardware 

Gráfico – Anos 90

 Playstation (Sony) – 1995   Nintendo 64 – 1996  NVidia RIVA 128 – 1997     NVidia RIVA TNT (primeira a suportar multi­ texturas) – 1998   NVidia GeForce 256 (primeira GPU) – 1999   NVidia GeForce2 Go (primeira GPU para  laptops) – 2000   NVidia GeForce3 (primeira GPU  programável) – 2001 

História da Computação 

Gráfica – Atual (Anos 2000)



Point­rendering



Programação em GPUs



Crowd simulation



Técnicas mais avançadas para 

representar fenômenos naturais, 

como fogo, água, raios, etc. 

Evolução do Hardware 

Gráfico – Atual (Anos 2000)

 NVidia GeForce3 (primeira GPU  programável) – 2001   Shading languages  NVidia GeForce FX – 2002   GeForce FX 5900 – 2003   GeForce 6800 – 2004   GPU ultrapassa a CPU em número de  transistores   Cinema digital

Aplicações de Computação 

Gráfica 

Aplicações de Computação 

Gráfica

Aplicações de Computação 

Gráfica

Aplicações de Computação 

Gráfica

 Treinamento

Aplicações de Computação 

Gráfica

Aplicações de Computação 

Gráfica

 Diagnósticos 

Aplicações de Computação 

Gráfica

 Diagnósticos 

Softwares Utilizados em 

Computação Gráfica

 OpenGL (Open Graphics Library) – Atualmente  na versão 2.0. Padrão de referência de placas  gráficas  DirectX  Open Inventor  Renderman   Maya   3DMax  Blender

OpenGL



Interface de software para o hardware 

gráfico



Permite que programas 

desenvolvidos em uma máquina com 

uma placa gráfica funcionem em 

outras máquinas com diferentes 

placas

OpenGL

 OpenGL Utility Library (GLU) – Contém  rotinas que usam comandos OpenGL para  mudar projeções, desenhar superfícies, etc.  (acompanha OpenGL)  OpenGL Extension to the X Window  System (GLX) – Para uso com X Window  The OpenGL Utility Toolkit (GLUT) –  Interface de programação para a escrita de  programas gráficos portáteis

OpenGL

 Extensões – Mecanismo utilizado para a  incorporação de novas funções ao padrão  OpenGL  Geralmente, extensões propostas por  companhias como Sun, Nvidia, ATI, são  incorporadas no padrão aprovado pela ARB  (Architecture Review Board) da OpenGL  GLEW (The OpenGL Extension Wrangler  Library) – Ajuda na inicialização e no  desenvolvimento de aplicações portáteis

DirectX

 API da Microsoft Windows API usada para  acessar funções de baixo nível  Direct Draw – Toda renderização passa por ele  Direct 3DRM – Sistema de alto nível baseado  em objetos e frames para programas 3D  Direct 3DIM – Suporte 3D de baixo nível para  DirectX  DirectX Graphics – A partir do DirectX 8.0, os  três sistemas acima foram unidos no DirectX  Graphics

Open Inventor

 Open Inventor é uma biblioteca orientada a  objeto baseada no OpenGL que  implementa objetos e métodos para a  criação de aplicações gráficas  tridimensionais interativas   Considerado por muitos como a biblioteca  padrão para visualização tridimensional e  software de simulação visual na  comunidade científica

Open Inventor

 Open Inventor oferece:  Objetos e um modelo de  eventos para interação  com o usuário  Componentes de  aplicações de alto nível  para a criação e edição  de cenas 3D  Impressão e conversão  de dados para vários  formatos

Open Inventor (Coin)

 Coin implementa a  API do Open  Inventor  Gratuita, com  versões para Unix,  Linux, BSD, Mac  OS e Windows  Com bindings para  Qt, Win32, Xt/Motif  e Mac OS X GUI

Estado da Arte em 

Computação Gráfica



Simulação de fluidos, fumaça, 

viscosidade



Renderização não­fotorealista (NPR)



Renderização baseada em imagens 



Renderização baseada em vídeos



Simplificação e deformação de malhas 

tridimensionais

Estado da Arte em 

Computação Gráfica



Caracterização e extração de 

movimento para animação



Programação de unidades de 

processamento gráfico (GPUs)



Modelagem interativa



Renderização de áudio



Animação de personagens 

influenciada por dados