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Introdução a Computação Gráfica

Introdução a Computação Gráfica. Rodrigo de Toledo. Domínios da Computação Gráfica. Modelagem de dados (geometria computacional). DADOS. V isualização (computação gráfica, síntese de imagem). V isão (análise de imagem, visão computacional). IMAGEM. Processamento de imagens.

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Introdução a Computação Gráfica

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Presentation Transcript

  1. Introdução a Computação Gráfica Rodrigo de Toledo

  2. Domínios da Computação Gráfica Modelagem de dados (geometria computacional) DADOS Visualização (computação gráfica, síntese de imagem) Visão (análise de imagem,visão computacional) IMAGEM Processamento de imagens

  3. Processamento de Imagem • Transformação de imagens… • Ex: Photoshop • Também pode ser: • Pos-processamento da visualização • Pre-processamento da visão • Ferramentas: • Filtros • Edição • Processamento

  4. Filtros de Amplitude x Topológico Gamma Correction PUNCH

  5. Filtro Gaussiano 5x5 original 2x2 8x8 32x32

  6. Filtro Laplaciano truncation • Filtro passa alta. • Somar à imagem originalpara realçar os detalhes. offset

  7. Processamento de Imagem • Edição • Desenho • Combinar imagens, exemplos: • Copiar e colar • Pixels alternados • Imagens com as cores misturadas (blend) • Álgebra (adição e subtração) • Transparência (composição) • Ampliar / reduzir • Muitos outros...

  8. Processamento de Imagens

  9. Visão Computacional DADOS IMAGEM

  10. Visão Computacional • Extrair informações apartir de imagens http://www.tecgraf.puc-rio.br/juizvirtual

  11. Visão Computacional LAK 5519

  12. Visão Computacional • Big Brother Público (Londres) • Detecção de Atividades suspeitas (Queen Mary, University of London)

  13. Visão Computacional • Seqüência de etapas (pipeline) • Detecção: • Regiões • Texturas • Arestas • Ícones • Câmera: • Posição • Rotação • Perspectiva • Informações: • Geometria • Objetos • Distâncias • Iluminação • Alto nível: • Pessoas • Movimentos • Atividades • 4D uso intenso de processamento de imagem uso intenso de matemática Noções de computação gráfica Quanto mais contextualizado melhor

  14. Modelagem de dados (visualização)

  15. Modelagem de dados

  16. IMAGEM DADOS VISUALIZAÇÃO

  17. Visualização • 2D x 3D • Photoshop x 3D Max • Interativa (ex:games) x Pré-processada (ex: “Os incríveis”) • Games x Visualização Científica • Superfície x Volume • CPU x GPU

  18. Visualização 2D x 3D

  19. Visualização Pré-processada Interativa

  20. Visualização Interativa • Frame rate • 30 fps • >10 fps • Qual a freqüência do olho humano? • 2 exigências: • Movimento visualmente contínuo • Tempo de latência “imperceptível” entre a ação do usuário e a reação da aplicação

  21. Visualização Interativa • Games x Visualização Científica

  22. 350 millions of triangles Superfície x Volume

  23. Modelagem Visualização Proc. Img. Visão 2D 3D Pré-processada Interativa Vis. Científica Game Onde estamos? Computação Gráfica Superfícies Volumes Glyphs Programação CPU Programação GPU

  24. Modelagem Visualização Proc. Img. Visão 2D 3D Pré-processada Interativa Vis. Científica Game Onde estou! Computação Gráfica Superfícies Volumes Glyphs Programação CPU Programação GPU

  25. Visualização Interativa • Perguntas: • Como aumentar qualidade sem perder performance? • Como aumentar performance sem perder qualidade? • Como aumentar o volume de objetos visualizados sem perder performance? • Como aumentar realismo? • Como aumentar interatividade? • Como visualizar o que não pode ser visto? (exemplos em visualização científica: campos vetoriais, reservatórios de petróleo)

  26. Modelos e Representações DADOS • Como representar o mundo real no mundo virtual? • Paradigmas de abstração: • 4 universos: • Físico • Matemático • Representação • Implementação • Representação depende do nível de escala • 4 níveis de escala: • Cena • Macro • Meso • Micro

  27. Universo Físico Universo Matemático Universo de Representação Universo de Implementação Paradigma dos 4 universos Exemplo: uma esfera S: x2 + y2 + z2 = 1 Cor: vermelho Vertices: 256 x1 y1 z1;, x2 y2 z2; ... Triangulos: 250 P1 P2 P5; P2 P7 P10; ...

  28. Universo Físico COR Cores no Universo Físico Universo Matemático Modelos Matemáticos de Cor (Espaço) Universo de Representação 8 9 8 7 8 9 7 8 9 9 7 8 Representação de Cor Universo de Implementação Especificação de Cor Paradigma dos 4 universos(outros exemplos) VOZ HUMANA IMAGEM Imagens no Universo Físico Funções no Espaço de Cor Amostragem e Quantização Discretização (Amostragem) Codificação e Formatos Representação (Vetor)

  29. Macro Cena Microscale Meso Níveis de escala • Objetos do mundo virtual • Textura • Representação dos objetos • Nível fotométrico

  30. Níveis de Escala • Cena (scene-scale) • Como organizar os objetos de uma cena virtual? • Como organizar os agentes ambientais? • Iluminação direta, iluminação indireta, névoa... • Como posicionar a camera virtual? • Como representar réplicas de um objeto? • Como permitir mudanças na cena com o decorrer do tempo?

  31. Nível de Escala - Cena • Grafo de cena: • Os grafos ainda contém: • Agrupamentos transformações, subobjetos etc...

  32. Nível de Escala - Macro • Nível do objeto (macroscale) • Como representar? • Implicitamente • Parametricamente • Explicitamente • Exemplo: círculo

  33. Nível de Escala - Macro • Representação Implícita: • Planar • Quádrica: S: x2 + y2 + z2 = 1

  34. Nível de Escala - Macro • Implícita: • Cúbica: • Torus (quártica):

  35. Nível de Escala - Macro • Representação Implícita: • CSG (Constructive Solid Geometry)

  36. Nível de Escala - Macro • Representação Paramétrica:

  37. Nível de Escala - Macro • Representação Paramétrica: • Superfícies de Bèzier:

  38. Nível de Escala - Macro • Representação Paramétrica: • NURBS:

  39. Nível de Escala - Macro • Representação Explícita: • Malha de polígonos  malha de triângulos

  40. Nível de Escala - Macro • Explícita: • Mapa de alturas (ex: terreno)

  41. Nível de Escala - Meso • Representação da meso-estrutura (mesostructure) • Mapa de cor (textura) • Mapa de normal (bump) • Mapa de altura • Meso-estrutura volumétrica • Função de iluminação (BRDF)

  42. Aplicando mapa de altura

  43. n in out Nível de Escala - Micro • Escala do raio de luz • Photon ou photon beam

  44. Nível de Escala - Micro • Photon Mapping • Exige muito processamento

  45. Nível de Escala - Micro • Tempo real: PRT function (Pre-computed Radiance Transfer)

  46. Macro-escala Nível de cena Micro-escala Meso-escala Algoritmos de Visualização • rasterização / z-buffer • traçado de raio • subdivisão espacial • culling • texturas • meso-estruturas • aplicação • shading • LOD • impostors • photon mapping • BSSRDF • PRT

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