Material da aula do dia 20/08/2018 da disciplina de Computação Gráfica e Processamento de Imagens. Anhanguera, Bacharelado em Ciência da Computação.

1. COMPUTAÇÃO GRÁFICA E
PROCESSAMENTO DE IMAGENS
AULA 3: 20/08/2018
INTRODUÇÃO, EVOLUÇÃO E HISTÓRIA
1
Prof.ª M.ª Eng.ª Elaine Cecília Gato
Material Adaptado de:
Prof.ª Dr.ª Patrícia Bellin Ribeiro
Prof.ª Dr.ª Maria Cristna F. de Oliveira
Prof.ª Dr.ª Rosane Minghim

2. Introdução
2
 Subárea da Ciência da Computação
 Técnicas para a geração, exibição, manipulação e
interpretação de modelos de objetos e de imagens utlizando
o computador
 Modelos e imagens criados a partr de dados do mundo real
→ converter dados em imagens
 Usuários em disciplinas diversas
 Ciência, engenharia, arquitetura, medicina, arte, publicidade,
lazer como cinema, jogos, etc.
 Enorme gama de aplicações

3. Introdução
3
 Áreas relacionadas
 Computação Gráfca
 Processamento de Imagens
 Visão Artfcial
 Visualização Computacional

4. Sistema Gráfco
 Dispositvo de exibição gráfco
 Tecnologia matricial: matriz de pixels
 Imagens geradas ou representadas no computador
 Sistemas altamente interatvos
 O usuário controla o conteúdo, a estrutura e a aparência
dos objetos e imagens visualizadas na tela, usando
dispositvos de interação
 Forte relação com Interação Usuário Computador (HIC)

5. IHC
 Os usuários comuns
tnham uma certa
difculdade para
estabelecer
comunicação com o
computador. Muitas
vezes se deparando
com mensagens não
esclarecedoras

6. IHC
 Uma alternatva para contornar a necessidade de conhecer
comandos e parâmetros, do sistema operacional, e dos
sofwares, foi a criação da interface gráfca em 1970.
 Baseada em uma demonstração de Doug Engelbart em,
1968, cujo objetvo era de traduzir toda a informação digital
em uma linguagem visual.
 Em 1984 começou a ser popularizada pela empresa Apple.
 Interface gráfca: É o condutor do usuário entre a imensidão
de zeros e uns que existe entre ele e o computado

7. Processamento de Imagens
7
 Técnicas de transformação de imagens descritas como
matriz de pixels;
 Objetvos:
 Melhorar característcas visuais: aumentar contraste,
melhorar foco, reduzir ruído, eliminar distorções, etc.
 Extrair elementos de interesse, ou transformar a imagem,
criando efeitos visuais.
 Cena: matriz de pixels

8. Processamento de Imagens
8

9. Visão Computacional

Técnicas para interpretar imagens, à
semelhança dos seres humanos

Extrair informação de imagens digitais

Objetvos

Extrair modelos geométricos;

Implementar no computador tarefas que requerem
habilidade visual;

Dotar máquinas da capacidade de “ver”

10. Visão Computacional

Informação não pictórica a partr da imagem

Exemplo: obter primitvas geométricas que descrevem
elementos contdos na imagem, ou reconhecer padrões.

Problema extremamente complexo! Visão envolve
inteligência

Aplicações: Robótca, reconhecimento de padrões, etc.

11. Visão Computacional

12. Visão Computacional

13. Típico Sistema de Visão

14. Visão Computacional

15. Visão Computacional

16. Visão Computacional

17. Visão Computacional
 Extração de
Característcas:
Modelo
Matemátco,
Semelhança de
Triângulos,
Combinar as
marcações 3 a 3.

18. Visão Computacional
 Reconhecimento de
padrões, utlizando
inteligência artfcial
(IA)
 Armazenar o modelo
matemátco de
todos os triângulos

19. Visão Computacional
 Reconhecimento de Padrões utlizando IA

20. Visualização Computacional
 Técnicas da Computação Gráfca para representar
dados/informação:
 Representações gráfcas interatvas de dados numéricos ou não numéricos
 Objetvos:
 Facilitar o entendimento de fenômenos complexos e a exploração de
diferentes cenários
 Síntese para gerar as representações visuais, análise (pelo usuário)
para extrair informações
 Tipos de Visualização: Visualização Cientfca e Visualização de
Informação;

21. Visualização Computacional

22. Visualização Computacional

Mapa de uma coleção de textos

Cada região corresponde a um texto: colorida por
tema, e posicionada por semelhança

23. Computação Gráfca
23
 Síntese de imagens;
 Técnicas para gerar representações
visuais a partr de especifcações
geométricas e de atributos visuais
dos seus componentes: modelagem
e rendering (renderização);
 Objetvo: Mundo 3D no
computador;
 Cena descrita em termos de sua
geometria e atributos visuais para a
renderização, até obter matriz de
pixels.

24. Computação Gráfca

Modelagem:

Requer criar uma descrição matemátca dos
objetos em termos matemátcos que um
computador consegue interpretar;

Informações:

Geométricas;

Sobre os materiais;

Sobre a fonte de luz e o observador

25. Computação Gráfca

Rendering (renderização):

Determinar quais dos objetos presentes na cena defnidos pelos
programas de modelagem e animação são visíveis na tela em cada
quadro, atribuindo cores às imagens e desenhando-as na tela.

Animação:

Descrever como os objetos se movimentam ao longo do tempo;

Geração de uma imagem:

Uma sequência delas, a partr das representações, que são os
modelos

26. Computação Gráfca

Poligonização: aproximação da descrição
geométrica por uma malha de faces poligonais
(planares), como triângulos;

Simulação da interação de fontes de luz com
as primitvas da cena.

27. Computação Gráfca


28. Computação Gráfca


29. Relação entre as áreas

30. Histórico: 1963 Sketchpad
 Ivan Sutherland’s apresenta o sistema
que vinha desenvolvendo para o seu
Doutorado no MIT;
 Programa para desenho e manipulação
de elementos geométricos na tela de
um monitor de vídeo;
 Entrada via caneta ótca (light pen),
saída no monitor de vídeo;
 Primeira tentatva de usar um monitor
de vídeo como dispositvo de interação,
bem como de usar o computador para
gerar e exibir fguras.

31. Histórico: 1963 Sketchpad
 Naquela época, um monitor de
vídeo era um dispositvo muito
caro;
 Um computador com monitor e
recursos gráfcos era “especial”
e acessível para poucos;
 Em 2018:
 Qualquer computador é um
sistema gráfco;
 O custo do hardware caiu
drastcamente;
 O que custa “caro” é o sofware e
o conhecimento.

32. Histórico: 1963 Sketchpad
 VÍDEO:
 1 – Sketchpad (1961)

33. Histórico: Anos 70
 Monitor de Vídeo:
 Natureza analógica;
 Imagens formadas pelo desenho
de segmentos de reta, ou seja,
traçado de contornos;
 Tecnologia cara, ausência de
cores, etc.;
 Primeiros programas de CAD:
Indústrias Automobilístca e
Aeronáutca;
 Contexto: pouca interação com
o usuário, uso restrito,
equipamento caro!

34. Histórico: SPACEWAR
 É considerado o primeiro game do
mundo;
 Foi criado em 1961 pelo Insttuto de
Tecnologia de Massachusets (MIT),
nos Estados Unidos;
 Como os computadores só existam
em grandes Insttuições, o público
não pôde brincar com as naves do
jogo na época;
 Tinha só um bit e por isso era
visualizado em duas cores.

35. Histórico: SPACEWAR
 VÍDEO
 2 – Spacewar (MIT 1962)

36. Histórico: PONG
 Diferentemente do "SpaceWar", o
"Pong" foi criado para ser um game;
 É jogado por duas pessoas, que
controlam duas raquetes e uma
bolinha;
 Foi o primeiro game a ser
comercializado, e a empresa Atari
lançou o jogo em 1972;
 A partr daí, começou a onda de
games e consoles no mundo.

37. Histórico: PONG
 VÍDEO:
 3 – Pong (1972)

38. Histórico: SPACE INVADERS
• Esse game foi criado em 1978 e mostra um exército de
alienígenas;
• Os jogadores já podiam ver os gráfcos do game em
quatro cores, o que signifcava um avanço para o
período;
• Em 2003 um jogo como "Enter the Matrix" já possuia 16
milhões de cores (que é uma combinação de 24 bits).

39. Histórico: SPACE INVADERS

40. Histórico: SPACE INVADERS

41. Histórico: PONG
 VÍDEO:
 4 - Arcade Space Invaders (1978)
 14 - Enter the matrix game trailer

42. Histórico: Década de 80
 Disseminação de aplicatvos gráfcos,
motvada por diversos fatores;
 Evolução do hardware com a introdução da
tecnologia matricial;
 Imagens formadas por matrizes de pontos, ou
pixels: picture elements;
 Baixo custo, uso de cores, áreas preenchidas;
 Mais capacidade de processamento e menor
custo da memória;
 Melhores dispositvos de interação, como o
mouse.

43. Histórico: STREET FIGHTER
 Lançado em agosto de 1987, é uma
popular série de jogos de luta na qual
o jogador controla lutadores de
diversas partes do mundo, cada qual
com seus golpes especiais;
 A série é propriedade da empresa de
jogos Capcom e conseguiu atngir
jogadores de todos os gostos e estlos;
 Em 2018 Street Fighter completa 30
anos:
htps://jovemnerd.com.br/nerdbunke
r/historia-de-street-fghter-como-
voce-nunca-viu/

44. Histórico: STREET FIGHTER
 VÍDEO:
 35 - Street fghter TIMELINE

45. Histórico
 Primórdios: Década de 80
 Exemplo: Vídeo Clipes desenvolvidos com
técnicas do início da década de 80.
 VÍDEO: 5 - Dire Straits Money For Nothing
 VÍDEO: 6 - Krafwerk Music Non Stop (1986)

46. Histórico

Anos 70 e 80:

Vídeo Clipes de Michael Jackson revolucionam a
indústria da Música

VÍDEO: 18 - Jackson 5 Can you feel it HQ, 20 - Michael
Jackson Leave Me Alone

19 - Aha Take On Me

47. Histórico: Década de 90
 Gama de técnicas estabelecidas em Síntese de
Imagens
 Estratégias clássicas de modelagem:
 por fronteira, CSG, octrees, etc.
 Estratégias para descrição de modelos:
 varredura, formulações matemátcas para a defnição
interatva de curvas e superfcies (Bsplines, NURBS, etc.)

48. Histórico: Década de 90
 Estratégias alternatvas de modelagem:
 fractais, partculas, técnicas procedimentais, etc.
 Estratégias de rendering sofstcadas:
 ray tracing, radiosidade, modelos fsicos de iluminação,
imagebased rendering, etc.
 Consolidação da Visualização Computacional como
disciplina. Conceito de voxels: volume elements.

49. Histórico: Década de 90
 Organização de dados escalares em voxels, em grade
regular
 Voxels: valores escalares constantes em cada elemento

50. Histórico: Década de 90
 Computação Gráfca Volumétrica
 Modelos gráfcos utlizando voxels (ou tetraedros) como
primitvas
 Requer muita memória e processamento
 Realidade Virtual
 Mundos virtuais
 Interação imersiva
 Modelos de objetos/fenômenos gerados a partr de dados
coletados ou simulados;
 Aplicações em medicina, Metereologia, Estudo de escoamentos.

51. Histórico: Década de 90
 BATTLECRUISER 3000AD: Lançado em 1996, é
considerado o primeiro game comercial a utlizar redes
neurais.
 VÍDEO: 7 - Batlecruiser 3000AD
 HALF-LIFE: Lançado em 1998, traz a inteligência artfcial
dos inimigos baseada em scripts/ Máquina de estados.
 VÍDEO: 8 - Half Life 1 Trailer

52. Histórico: Marcos históricos
 LucasFilm, Pixar
 Ed Catmull, University of Utah
 Patches bicúbicos (representação de superfcies), z-bufer (remoção de
superfcies ocultas), mapeamento de texturas – início da década de 70.
 Loren Carpenter, Boeing
 Modelagem por fractais – montanhas, nuvens, água, etc. – início da
década de 80
 Robin Cook, Cornell University
 Novo modelo de refexão de luz, mais realista, shade trees
(“linguagem” para rendering) - década de 80.

53. Histórico: Marcos históricos
 LucasFilm, Pixar
 Pixar’s RenderMan
 1o. Toy Story, The Matrix, Titanic, Forrest Gump,
Jurassic Park, etc.
 Oscar em março de 2001 “for signifcant
advancements to the feld of moton picture
rendering”
 VÍDEOS: 9 - Toy Story 1, 10 - Toy Story 4, 11 -
Jurassic Park, 12 - Jurassic World, 13 - Cars (2006)

54. Histórico: Marcos históricos
 Filmes que utlizaram efeitos visuais diretamente
na película nos anos 60, 70 e 80 e que tveram
contnuação recentemente já com uso da CG:
 Alien
 Predador
 Terminator
 Superman
 Star Wars
 Star Trek
 Etc

55. Antes e Depois
 Vídeos:
 Who Framed Roger Rabbit 1988
 Space Jam 1996
 Star Wars 1977
 Star Wars The Force Awakens
 Mortal Kombat 1992
 Mortal Kombat X 2015
 Michael Jackson Black Or White
 Macross Ultmate Fronter
 Macross Zero
 Final Fantasy 1
 Final Fantasy VII 2015
 O Castelo Animado 2004

56. Cenário nos anos 2000
• Realismo extremo
– Simulações, jogos, flmes
– Memória e processamento deixaram de ser limitação
• Computação Ubíqua
– Mainframe: um computador, muitas pessoas
– PC: uma pessoa, um computador
– Computação Ubíqua: uma pessoa muitos computadores,
computadores embutdos em paredes, móveis, roupas,
carros etc, compartlhando cada um de nós,
• Inteligencia e Internet das Coisas

57. Cenário nos anos 2000

ENTER THE MATRIX

A inovação desse game são as narratvas dos
personagens. Faz parte da safra de jogos de 2003,
com visual cinematográfco.

SEGA RALLY REVO

Lançado em 2007 é um jogo de corrida da categoria
Arcade. Trata-se de um game onde o desempenho
é avaliado sob a forma de 2 elementos:

Acelerar e virar o volante.

Realidade: textura da Terra/areia da estrada.

58. Cenário nos anos 2000

AVATAR

Filme do diretor James Cameron em 2009 revela
um mundo inovador, em cenários extraordinários
e fabulosos, produzidos com a mais avançada
tecnologia de computação gráfca 3D.

Para a animação dos personagens do flme Avatar
foram utlizados atores reais, com sensores
conectados aos mesmos para transmitr os
movimentos das animações aos personagens 3D.

59. Cenário nos anos 2000

AVATAR

Na produção do flme foi combinada a ação real 3D e efeitos visuais
foto realístcos gerados em computador, criando personagens e
paisagens de um mundo em outro planeta.

Para a produção do flme foram usados Autodesk Digital
Entertainment Creaton (DEC) tools (Ferramentas para Criação de
Entretenimento Digital da Autodesk), Autodesk® MotonBuilder®
(Construtor de Animação da Autodesk) e o Maya, também chamado
Autodesk Maya sofware

VÍDEO: 15 - Avatar Movie Trailer

60. Cenário nos anos 2000

Vídeo Clipe composto por elementos da computação
gráfca e imagens do mundo real.

VÍDEO: 16 - Shania Twain I'm Gonna Getcha
Good!

Vídeo Clipe composto por elementos da computação

gráfca e imagens do mundo real.

VÍDEO: 17 - The Black Eyed Peas Boom Boom
Pow

61. Nos últmos 10 anos ….

Inúmeras técnicas novas;

Ultrassons, Ressonância magnétca, tomografas, etc.

Novos algoritmos e equações matemátcas;

Inteligência artfcial;

Hardware satsfatório;

Realidade aumentada, realidade virtual, imersão
(cinco sentdos!)

Adaptações cinematográfcas de HQ’s, Mangás,
Livros e Games realistas: Transformers, DC, Marvel,
Godzilla, Assassin’s Creed, Harry Poter, etc.

62. Leitura Complementar
62
• Insttuto de Computação da Universidade Federal
Fluminense. Professor Anselmo Montenegro:
htp://www2.ic.uf.br/~anselmo/cursos/CGI/slidesGrad/
• Universidade de São Paulo. Professor Fernando Paulovich:
htp://wiki.icmc.usp.br/index.php/Scc-250(paulovich)
• SOLOMON, CRIS. Fundamentos de Processamento Digital
de Imagens: uma abordagem prátca com exemplos em
Matlab. 1.ª edição, Rio de Janeiro: LTC, 2013

63. Referências Bibliográfcas
63
 Hearn, Donald.; Baker, M. P. Computer Graphics, C
version, 2rd Editon. Editora: Prentce Hall. 652p, 1997.
ISBN: 0-13-530924-7.
 Foley, James D., et al. Computer Graphics: Principles and
Practce, 2rd Editon in C. Editora: Addison-Wesley
Systems Programming Series. 1174p, 1997. ISBN: 0-201-
84840-6.
 htp://old.siggraph.org/educaton/materials/CaandaI.htm