Introdução a Computação Gráfica O formato do curso: mais informativo, não depende de estudo em casa. Rodrigo de Toledo

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

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

Filtros de Amplitude x Topológico Gamma Correction PUNCH

Filtro Gaussiano 5x5 original 2x2 8x8 32x32

Filtro Laplaciano truncation Filtro passa alta. 1 - 4 1 - 8 truncation Filtro passa alta. Somar à imagem original para realçar os detalhes. offset

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...

Processamento de Imagens

Visão Computacional DADOS IMAGEM

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

Visão Computacional LAK 5519

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

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

Modelagem de dados (visualização)

Modelagem de dados

VISUALIZAÇÃO IMAGEM DADOS

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

Visualização 2D x 3D

Visualização Pré-processada Interativa

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

Visualização Interativa Games x Visualização Científica

Superfície x Volume 350 millions of triangles

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

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

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)

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

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

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

Níveis de escala Cena Meso Objetos do mundo virtual Textura Macro Microscale Microscale: niveau PHISIQUE FR (Subsurface scattering) FR (Photon mapping) Representação dos objetos Nível fotométrico

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?

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

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

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

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

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

Nível de Escala - Macro Representação Paramétrica:

Nível de Escala - Macro Representação Paramétrica: Superfícies de Bèzier:

Nível de Escala - Macro Representação Paramétrica: NURBS:

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

Nível de Escala - Macro Explícita: Mapa de alturas (ex: terreno) 15 2 42 78 45 46 54 5 4 65 43 61 87 98 56 41 85 96 63 52 48 75 97 31 26 95 34 67 49 16 32 89 68 Explícita: Mapa de alturas (ex: terreno)

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)

Aplicando mapa de altura

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

Nível de Escala - Micro Photon Mapping Exige muito processamento

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

Algoritmos de Visualização Nível de cena Meso-escala rasterização / z-buffer traçado de raio subdivisão espacial culling texturas meso-estruturas aplicação Micro-escala Macro-escala Microscale: niveau PHISIQUE FR (Subsurface scattering) FR (Photon mapping) shading LOD impostors photon mapping BSSRDF PRT