Computação Gráfica

IGCE – Instituto de Geociências e Ciências ExatasDEMAC – Departamento de Estatística, Matemática

e Computação

Daniel Pedronettepedronette@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:

– 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

• Vantagens:

• 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

• Vantagens– 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

– 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