Computação Gráfica IGCE – Instituto de Geociências e Ciências Exatas DEMAC – Departamento de Estatística, Matemática e Computação Computação Gráfica Daniel Pedronette pedronette@gmail.com

Definição Computação Gráfica: área da Ciência da Computação preocupada com a manipulação e visualização de objetos reais ou imaginários. Para tanto ela se vale de estruturas de dados, algoritmos e modelos matemáticos e físicos que permitem a representação computacional desses objetos.

Sub-Áreas Síntese de Imagens: produção de representações visuais a partir das especificações geométricas e outros dados (como cor, etc). É considerada por muitos autores como a própria Computação Gráfica. Processamento de Imagens: envolve as técnicas de transformação de Imagens. Estas transformações visam melhorar as características visuais da imagem. Análise de Imagens: área que procura obter a especificação dos componentes de uma imagem a partir de sua representação visual, analisando seu significado semântico.

Sub-Áreas Síntese de Imagens Processamento de Imagens Análise de Imagens

Sub-Áreas

Breve Histórico 1950: Início da Computação Gráfica, pela primeira vez, um tubo de raios catódicos é ligado à um Computador, on MIT e Projeto Sage. 1959: Surge o termo Computer Graphics - criado por Verne L. Hudson, quando o mesmo coordenava um projeto para a Boeing de simulação de fatores humanos em aviões; 1970: Surgem os primeiros monitores à varredura. No início da década de 80 a Computação Gráfica ainda era uma área muito pouco explorada. Causas : Alto custo dos equipamentos envolvidos; Custo computacional elevado (para os padrões da época) de seus algoritmos. Avanços tecnológicos fizeram a relação custo/capacidade computacional dos recursos exigidos em aplicações gráficas cair. Hoje: Popularização da Computação Gráfica

Aplicações: Análise de Dados

Aplicações – CAD/CAM

Aplicações – CAD/CAM CAD (Computer Aided Design) CAM (Computer Aided Manufacturing) Projetos: Engenharia Civil; Engenharia Mecânica; Engenharia Eletrônica Projetos Elétricos, Hidráulicos, Redes

Aplicações – Científicas

Aplicações - Entretenimento

Outras Aplicações Educação e Treinamento: Realidade Virtual Simuladores Realidade Virtual Interfaces Gráficas

Dispositivos de Visualização Monitores CRT Varredura Vetorial - Random Scan Displays Varredura Matricial - RasterScan Displays Varredura Fixa Varredura Entrelaçada Monitores de LCD OLED Dispositivos de Visualização 3D

Monitores CRT Cathode-Ray Tube Funcionamento básico: Feixe de elétrons emitido Raios são eletromagneticamente direcionados Atingem um screen de fósforo que, ao ser atingido emite luz A luz dura um curto intervalo de tempo e necessita de refresh

Monitores CRT

Vetoriais x Matriciais

Matriciais - Varredura Fixa Refresh Rate: 30 a 60 HZ Com Refresh Rate por volta de 30 Hz pode-se notar o fenômeno de flickering (image piscando na tela)

Varredura Entrelaçada Objetivo: criado para eliminar o problema de flickering em CRTs de baixo Refresh Rate

Monitores CRT Coloridos

Monitores LCD São uma classe de materiais que se podem apresentar em estados da matéria compreendidos entre o Líquido e o Sólido. No estado líquido cristalino, os materiais apresentam simultaneamente propriedades físicas características dos líquidos e propriedades físicas típicas dos sólidos.

Cristais Líquidos Estados da Matéria: Os sólidos sempre mantêm a orientação de suas moléculas e ficam na mesma posição em relação umas às outras. As moléculas nos líquidos são justamente o oposto: elas podem mudar sua orientação e se mover para qualquer lugar no líquido. Cristais Líquidos existem em um estado peculiar que é líquido e sólido: Suas moléculas tendem a manter sua orientação, como as em estado sólido; Mas também se movem para posições diferentes, como as em estado líquido. Por isso que esse nome aparentemente contraditório surgiu.

Monitores LCD

Monitores LCD

LCD: Matriz Ativa x Matriz Passiva Existem atualmente duas tecnologias de fabricação de telas de LCD: Matriz passiva (DSTN) Matriz ativa (TFT). As telas de matriz passiva apresentam um angulo de visão mais restrito, e um tempo maior é necessário para a imagem ser atualizada. Enquanto num monitor CRT, um ponto demora cerca de 15 a 20 milessegundos para mudar de cor, num monitor LCD de matriz passiva são necessários entre 150 e 250 milessegundos. Os monitores de matriz passiva são encontrados apenas em equipamentos antigos, não sendo mais fabricados atualmente. Os LCDs de matriz ativa, usados atualmente, já apresentam uma qualidade muito superior, com um tempo de atualização de imagem mais próximo do dos monitores CRT, entre 40 e 50 milessegundos. Isto significa entre 20 e 25 quadros por segundo, o que já é suficiente para assistir a um filme em DVD por exemplo.

Matriz Ativa

Matriz Passiva Matriz passiva Para ativar um pixel, o circuito integrado envia uma carga para a coluna correta de um dos substratos e um fio-terra ativado na linha correta do outro substrato. A linha e a coluna se cruzam no pixel designado e isso libera a voltagem para distorcer os cristais líquidos naquele pixel. A simplicidade do sistema de matriz passiva é interessante, mas tem desvantagens significativas, notavelmente o tempo de resposta lento e o controle de voltagem impreciso. O tempo de resposta refere-se à habilidade da LCD de renovar a imagem mostrada. O controle impreciso da voltagem impede a habilidade da matriz passiva de influenciar somente um pixel de cada vez. Quando a voltagem é aplicada para destorcer um pixel, os pixels ao redor dele também se destorcem parcialmente, o que faz com que as imagens pareçam distorcidas e com falta de contraste.

Matriz Ativa As LCDs de matriz ativa dependem de transistores de filme finos (TFT). TFTs são pequenos transistores e capacitores São dispostos em uma matriz sobre um substrato de vidro. Para dirigir-se a um pixel particular, a linha apropriada é ativada e então uma carga é enviada para a coluna correta.

Vantagens Desvantagens LCD Tela realmente plana elimina as distorções das imagens Menor ocupação de espaço e peso que o monitor LCD possui nas várias aplicações desenvolvidas nesta área, possibilitando a evolução tecnológica no aspecto móvel dos vários aparelhos que utilizam esta tecnologia; Dispositivos LCD cansam menos os olhos em comparação com outras tecnologias; Consumo menor que os CRTs Desvantagens: Dificuldade em produzir monitores LCD perfeitos, dado o número elevado de transistores incorporados; Mais caros que os CRTs

OLED Diodo orgânico emissor de luz. Desponta como a sucessora natural das telas de LCD e plasma para televisões e computadores. A grande vantagem da tecnologia Oled é que a tela possui "luz própria", Já é utilizado na indústria: o modelo XEL-1 da Sony, por exemplo, tem apenas 3 milímetros de espessura. Ele tem 11 polegadas e já está a venda nos Estados Unidos por US$ 2.500.

OLED - Funcionamento

OLED – Funcionamento Fonte de alimentação do dispositivo contendo o OLED, aplica uma voltagem através do OLED; Uma corrente elétrica flui do cátodo para o ânodo através das camadas orgânicas O ânodo remove elétrons da camada condutiva das moléculas orgânicas, isto é equivalente a entregar buracos de elétrons à camada condutiva; O elétron fornece energia na forma de um fóton de luz O OLED emite luz; A cor da luz depende do tipo de molécula orgânica na camada emissiva. Os fabricantes colocam vários tipos de filmes orgânicos no mesmo OLED para fazer displays coloridos; A intensidade ou brilho da luz depende da quantidade de corrente elétrica aplicada. Quanto maior for a corrente, maior será o brilho da luz.

OLED – Matriz Passiva

OLED – Matriz Ativa

OLED -Vantagens e Desvantagens As camadas orgânicas de plástico do OLED são mais finas, leves e flexíveis do que as camadas cristalinas do LED ou LCD; Como as camadas de emissão de luz do OLED são mais leves, o substrato do OLED pode ser flexível ao invés de rígido. Os OLEDs são mais brilhantes do que os LEDs. Os OLEDs não precisam de luz de fundo como os LCDs Consome muito menos energia Desvantagens Vida útil - enquanto os filmes de OLED vermelho e verde apresentam uma longa vida útil (10 mil a 40 mil horas), os orgânicos azuis apresentam atualmente uma vida útil mais curta (apenas mil horas aproximadamente); Fabricação- os processos de fabricação são caros atualmente; Agua- a água pode facilmente danificar os OLEDs;

Dispositivos de Visualização 3D

Dispositivos de Entrada Teclado Mouse Touch Screen Data Gloves

Touch Screen Infravermelho Resistivo Capacitivo Opera detectando interrupções da luz no ponto tocado. Resistivo Diminui a resistência elétrica no ponto tocado, indicado aos sensores. Capacitivo Toque cria uma corrente elétrica que pode ser detectada por sensores.

Touch Screen - Infravermelho

Touch Screen - Capacitivo

Touch Scren - Resistivo

Data Glove Sensores mecânicos ou eletromagnéticos detectam movimentos.

Referências HEARN, D. e BAKER, PAULINE - Computer Graphics with OpenGL, Prentice-Hall, 2004. FRANCIS S. HILL JR. - Computer Graphics, Macmillan Publishing Company, 1990. TORI ROMERO ET AL. - Fundamentos de Computação Gráfica, LTC, 1987. ALECRIM, E., Monitores LCD (Liquid Crystal Display). Em http://www.infowester.com/monlcd.php. Acessado em Março/2009. TYSON, J., How Stuff Works. Em: http://informatica.hsw.uol.com.br/lcd.htm FREYDENRICH,, C. How OLEDs Work, Em http://electronics.howstuffworks.com/oled1.htm Wikipedia, http://pt.wikipedia.org