Este documento resume três tópicos principais sobre computação gráfica: 1) Dispositivos de exibição como CRTs e monitores de tela plana; 2) Dispositivos de entrada como mouse, luvas de dados e câmeras; 3) Arquitetura de sistemas gráficos com CPU, controlador de vídeo e buffer de quadros.

1. Computação Gráfica
Capítulo 2
Computação Gráfica
Hardware
Traduzido do Inglês para o Português -www.onlinedoctranslator.com

2. Contorno
2
-Dispositivos de exibição de vídeo
-CRT
-PMD
-Dispositivos de entrada

3. Dispositivo de exibição de vídeo
-
Tubo de raios catódicos (CRT,陰極射綫管)
-
Alta resolução
-
Boa fidelidade de cores
-
Alto contraste (400:1)
-
Altas taxas de atualização
3
ai
A focagem e
sistemas de deflexão
- UMAfeixe de elétrons (電⼦束)emitido por
umCanhão de elétrons , passa por
sistemas de focagem e deflexão que
direcionam o feixe para posições
especificadas nofósforo(磷)-tela revestida .

4. Focagem e Deflexão do CRT
4
-
osistema de focagem:força o feixe de elétrons a convergir para uma
pequena seção transversal quando atinge o fósforo
-osistema de desvio:força o feixe de elétrons a se espalhar quando está
próximo à tela
-Eles podem ser controlados com campos elétricos ou magnéticos.

5. Atualizar CRT
5
-Atualizar -Redesenhando a imagem repetidamente
-Como a luz emitida pelo fósforo desaparece rapidamente, o
processo de atualização é necessário para manter a imagem.
-Implementado direcionando rapidamente o feixe de elétrons de volta aos
mesmos pontos da tela.
-Taxa de atualização (frame/seg. ou Hz): o número de uma imagem
(ou um quadro) é redesenhado na tela por segundo.
-Por exemplo: uma taxa de atualização de 60Hz significa 60 quadros por segundo.

6. Exibições de varredura raster
-Métodos de varredura rastertornaram-se a tecnologia dominante desde
cerca de 1975.
-O feixe de elétrons é varrido pela tela, uma linha de cada vez
uma linha de varredura
6
-
Quadro: a área total da tela
-Píxeisoupeles(pimagemelmentos): a tela consiste em uma grade regular
de pontos.
-Resolução: o número máximo de pontos que podem ser exibidos
sem sobreposição na tela.
-
Proporção da tela: a largura dividida pela altura.

7. Exibições de varredura raster
Varredura de feixe de elétrons:
-Retraço horizontal : após atualizar cada linha, o feixe de
elétrons retorna à esquerda da tela.
-Retração vertical: depois de atualizar toda a tela, o feixe de elétrons
retorna ao canto superior esquerdo da tela para o próximo novo
quadro.
7

8. Exibições de varredura raster
-
Entrelaçamento: cada quadro é exibido em duas passagens
não entrelaçado entrelaçado, ciclo 1 entrelaçado, ciclo 2 entrelaçado,
2 ciclos
-Evite cintilação perceptível com taxas de
atualização mais lentas.
Ex.: na verdade 25Hz, se entrelaçar 50Hz
para ver toda a tela exibida (na metade
do tempo).

9. Exibições de varredura raster
9
-Termos
-
Pixel:cada ponto da tela.
-Linha de digitalização:cada linha da tela.
-Quadro:a tela total.
-Resolução:o número máximo de pixels que podem ser exibidos em uma
tela sem sobreposição.
-Suavizador de quadros(atualização/buffer de cores):a área de memória que armazena
o valor de cor de um quadro.
Suavizador de quadroscontém o conteúdo do que será exibido.
O que acontece dentro do computador para
gerar algo (ex: retângulo) na tela?

10. Fra
10
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0
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0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0
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Perguntas:
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para o buffer de quadros?

11. Suavizador de quadros
-Sistema preto e branco: um bit para cada pixel
-
Mais cores: n bits por pixel
0 1 … 1 0
por exemplo: n =8, 16, 24…
Termos
Profundidade de bits: o número de bits por pixel no buffer de
quadros. Bitmap: o buffer de quadros com1 bits por pixel.
Pixmap: o buffer de quadros commúltiplo bits por pixel.
11

12. Suavizador de quadros
-Se quisermos um buffer de quadros de 640 por 480 pixels,
devemos alocar:
Pixels no buffer de quadros =640 * 480
-
Quantos bits devemos alocar?
n * 640 * 480, n é o número de bits por pixel
12

13. Profundidade de bits do buffer de quadro
-
1 bit por pixel (bitmap)
1 bit
-
16 bits por pixel (cor alta)
-5bits para vermelho, 5/6 bits para verde, 5 bits para azul
-potencial de 32 vermelhos, 32/64 verdes, 32 azuis
-
cores totais: 65536 (216) 8 bits
-
32 bits por pixel (cor verdadeira)
-8bits para vermelho, verde, azul e alfa
24+ bits
-
potencial para 256 vermelhos, verdes e azuis
-cores totais: 16777216 (224: mais do que o olho pode distinguir)
13
(Fotos da Wiki)

14. Memória da placa gráfica
-Quanta memória está na nossa placa gráfica?
-
640 * 480 * 32 bits =1.228.800 bytes
-
1024 * 768 * 32 bits =3.145.728 bytes
-
1600 * 1200 * 32 bits =7.680.000 bytes
14

15. Exibições de varredura aleatória
-Exibições de vetor (ou exibições de escrita de
traços)
Usando uma única arma para desenhar linhas.
Pense em ter uma caneta de desenho MUITO
RÁPIDA.
-Vantagens:
-Linhas suaves e brilhantes, geralmente para
aplicações de desenho de linha
-
Resolução mais alta do que os sistemas de varredura raster
-Desvantagens:
-
Não é possível exibir cenas sombreadas realistas
Jogo: Vectrex
http://www.vectrex.co.uk/
15

16. CRTs coloridos
16
-Imagens coloridas geralmente produzidas em monitores CRT
usando vários tipos de fósforos que emitem luz colorida
diferente
-
Dois métodos principais
-Método de penetração de feixe
-Método de máscara de sombra

17. CRTs coloridos
-Penetração do FeixeMétodo (parasistemas de varredura aleatória )
Fósforo
camadas
-Atela CRT revestida por dentro com duas camadas de
fósforo, geralmenteVermelhoeVerde.
-Ascores geradas dependematé que ponto o feixe de elétrons
penetra nas camadas de fósforo .
-Vermelhoé produzido por umfeixe de elétrons lento;
-VerdeA cor é gerada porelétrons muito rápidospenetra através da camada
vermelha e excita a camada verde interna;
-LaranjaeAmarelosão gerados porum feixe intermediário acelera, como uma
combinação devermelhoeverde.
-
Vantagens: barato;
-Desvantagens: um número limitado de cores; baixa qualidade.
17

18. CRTs coloridos
18
tocam)
método.
cor de foro
-Máscara de sombraMétodo (para
-
Gerar mais cores do que o
-
Cada pixel da tela são pontos de
revestimento, vermelho, verde e azul.
Cada canhão de elétrons para ativar
um dos três pontos de cor de
fósforo.
Uma grade de máscara de sombra é
colocada atrás da tela direcionando as
armas para cada triângulo de pontos.
CRT Como fazer

19. Monitores de tela plana
19
-
Vantagens:
-
Pequeno Volume.
-
Peso Leve.
-
Baixo consumo de energia.

20. Monitores de tela plana
20
-Os FPDs são divididos em duas categorias principais:
1.Exibições Emissivas: converterelétricoenergia em luz.
Exemplos:
-
Painéis de plasma (等離⼦體顯⽰屏)
-Telas eletroluminescentes de filme fino (薄膜電發光)
-
Diodos emissores de luz (CONDUZIU:發光⼆極管)
-
CRTs planos
2.Exibições Não Emissivas:usarópticoefeitos para converter a luz
do ambiente ou de uma fonte de luz interna para produzir uma
imagem.
Exemplo: Visor de Cristal Líquido (LCD)

21. Visor de cristal líquido
-
Placas de vidro: contém um
polarizador de luz (偏光器)
-
Cristal líquido: cristais se
liquefazem quando excitados
por calor ou campo eletrônico.
-
O cristal líquido pode ser
alinhado para bloquear ou
transmitir a luz.
-
Imagem produzida pela passagem
de luz polarizada através de um
Figura 2-13
usado no projeto da maioria dos dispositivos LCD.
O efeito do obturador de distorção de luz
21
material de cristal líquido.
Como fazer LCD

22. Mostra em Realidade Virtual
-
Monitores montados na cabeça (HMDs)
-Atela e um rastreador de posição são fixados na cabeça do
usuário. Duas pequenas telas de TV são encaixadas em um
rack e colocadas na frente dos dois olhos.
-Um sistema de trilha é usado para relatar a posição do espaço
HMD 3D.
-
Ele permite o movimento da cabeça com total
liberdade e dá a sensação de imersão.
-
Aplicações de HMDs
- Entretenimento portátil, jogo de PC para assistir a filmes
- privados
- Simulador de voo virtual
óculos leves
Exemplo de vídeo de introdução:Capacete de realidade virtual para simulador de vôo
22

23. Mostra em Realidade Virtual
-Monitores rastreados pela cabeça (HTDs)
-Atela é estacionária, o rastreador rastreia a cabeça do usuário em relação à
tela.
-Exemplo: CAVE, monitor estéreo
Nascimento da CAVE:
Catedral de bolso
(1991)
(A CAVERNA, da Wiki)
• Óculos estereoscópicos
• Os usuários os usam para perceber a visão estereoscópica de
cenas 3D exibidas na tela
23

24. óculos 3d
24
Exibição 3D
Objeto 3D

25. Dispositivos de entrada
25
-Teclado
-
Rato(2D e 3D)
-Trackball: um dispositivo de entrada 2D, geralmente usado em
um mouse ou laptop.
-Bola de espaço: de mão, não móvel. Ele usa um medidor de
tensão para detectar tração, empurrão e torção aplicados à
bola e os traduz em locais 3D. Utilizado para navegação em
ambientes virtuais, CAD, etc.
-Visor montado na cabeça: Embora seja principalmente um dispositivo de
exibição, ele também pode rastrear a posição e a orientação
-Controle de video game: semelhante à bola espacial. Pode
ser móvel e imóvel.

26. Dispositivos de entrada
26
- luva de dados: uma luva com sensores. Usado para
controlar uma mão virtual para agarrar, soltar e mover
um objeto em um ambiente virtual.
- Scanner de imagem: insira uma imagem estática, foto ou
slides como imagens no computador.
- Painel de toque: altamente transparente e embutido em uma
superfície de exibição.
- Câmera digital: armazena diretamente as fotos como
imagens em um disquete.
- Gravador de vídeo digital: entrada de um videoclipe em
formato digital; frequentemente usado para teleconferência.
- Scanner de alcance a laser: entrada de pontos discretos e
dispersos em um modelo de superfície 3D a partir do qual um
modelo digital pode ser construído.

27. Dispositivos de entrada
27
Traga Gollum à Vida

28. Sistemas Gráficos
28
-Sistemas de gráficos raster interativos naturalmente usam várias unidades
de processamento.
-CPU
-Controlador de vídeo (controlador de exibição):um processador de propósito
especial, usado para controlar a operação do dispositivo de exibição.
-
Um sistema raster simples
-Suavizador de quadrospode estar em qualquer lugar na memória do sistema.
-O controlador de vídeo só acessa o frame buffer para atualizar a tela. (veja a
figura no próximo slide)

29. Sistemas Gráficos
-Arquitetura de um sistema gráfico raster simples nos velhos tempos
Controlador de vídeoapenas
acessa o buffer de quadros
para atualizar a tela.
O buffer de quadro pode
estar em qualquer lugar do
memoria do sistema.
CPU Sistema
Memória
Vídeo
Controlador
Monitor
Barramento do sistema
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Dispositivos de E/S

30. Sistemas gráficos
-Ar arquitetura de um sistema gráfico raster com um íon
po fixo da memória do sistema para o buffer de quadros
Dispositivo de E/S
CPU Sistema
Memória
Quadro
Amortecedor
Vídeo
Controlador Monitor
-O trabalho gráfico é feito pela CPU -lento
-Àmedida que o ciclo de atualização aumenta, os ciclos de memória usados pelo controlador de vídeo
aumentam – menos memória para outros trabalhos na CPU
-Solução:Processador de exibição gráfica
30

31. Processador de exibição R ster-Scan
31
-G controlador de phics(coprocessador de exibição):uma separaçãocessor de
p exibição.
-P pose: para liberar a CPU do trabalho gráfico.
-UMAparadomemória do processador de vídeo área pode ser fornecida.
Dispositivo de E/S
Conversão de digitalização
Desenhar primitivos
Transformação
CPU Exibição
Processador
Sistema
Memória
Renderização
…
Exibição
Processador
Memória
Quadro
Amortecedor
Vídeo
Controlador Monitor

32. Fim do Capítulo 2
32