Rodrigo de Toledo. Domínios da Computação Gráfica Processamento de imagens Modelagem de dados...

Rodrigo de Toledo

Domínios da Computação Gráfica

Processamento de imagens

Modelagem de dados(geometria computacional)

Visão(análise de imagem,

visão computacional)

Visualização(computação gráfica,síntese de imagem)

DADOSDADOS

IMAGEMIMAGEM

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

2x2 8x8 32x32original

5x5

Filtro Laplaciano

0 1 0

1 - 4 1

0 1 0

1 1 1

1 - 8 1

1 1 1

• Filtro passa alta.

• Somar à imagem originalpara realçar os detalhes.

truncation

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

DADOSDADOSIMAGEMIMAGEM

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

IMAGEMIMAGEMDADOSDADOS

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

3D

x

Visualização

Interativa

Pré-processada

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

Pré-processada Interativa

2D 3D

Superfícies Volumes

Programação CPU Programação GPU

Vis. Científica Game

Glyphs

Onde estou!

Computação Gráfica

Modelagem Visualização Proc. Img. Visão

Pré-processada Interativa

2D 3D

Superfícies Volumes

Programação CPU Programação GPU

Vis. Científica Game

Glyphs

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

DADOSDADOS

• 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 universosExemplo: uma esfera

UniversoFísico

Universo deRepresentação

Universo deImplementação

UniversoMatemático S: x2 + y2 + z2 = 1

Cor: vermelhoVertices: 256x1 y1 z1;, x2 y2 z2; ...Triangulos: 250P1 P2 P5; P2 P7 P10; ...

Paradigma dos 4 universos(outros exemplos)

UniversoFísico

Universo deRepresentação

Universo deImplementação

UniversoMatemático

879987987898

8 9 8 7 8 9 7 8 9 9 7 8

Discretização (Amostragem)

Representação (Vetor)

Imagens no Universo Físico

Amostragem e Quantização

Codificação e Formatos

Funçõesno Espaço de Cor

Cores no Universo Físico

Representação de Cor

Especificação de Cor

Modelos Matemáticos de

Cor (Espaço)

COR IMAGEMVOZ HUMANA

Níveis de escala

Cena

Macro Microscale

Meso

• Objetos do mundo virtual

• Representação dos objetos

• Textura

• 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 78 45 43 61

54 87 98 65 2 56 41

85 96 63 52 41 48 75

46 97 31 15 48 26 95

34 67 49 16 32 65 89

78 54 67 15 65 68 78

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

in

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

Macro-escala Micro-escala

Meso-escala

• rasterização / z-buffer• traçado de raio• subdivisão espacial• culling

• shading• LOD• impostors

• texturas• meso-estruturas• aplicação

• photon mapping• BSSRDF• PRT