LIMITED OFFER
Save 50% on book bundles
Immediately download your ebook while waiting for your print delivery. No promo code needed.
Computação Gráfica, Volume 1
Geração de Imagens
- 2nd Edition - July 27, 2018
- Authors: Eduardo Azevedo, Aura Conci, Cristina Nader Vasconcelos
- Language: Portuguese
- eBook ISBN:9 7 8 - 8 5 - 3 5 2 - 8 7 8 0 - 6
Adotado na maioria das universidades brasileiras em cursos de graduação e pós-graduação, Computação Gráfica, vol. 1 é hoje a principal referência em português para desenvolviment… Read more
Purchase options
Institutional subscription on ScienceDirect
Request a sales quoteAdotado na maioria das universidades brasileiras em cursos de graduação e pós-graduação, Computação Gráfica, vol. 1 é hoje a principal referência em português para desenvolvimento de produtos, sistemas, artigos e monografias. Todo este sucesso deve-se a um cuidadoso trabalho de atualização de seu conteúdo e pesquisa utilizando material bibliográfico internacional e o mesmo conteúdo adotado nas principais universidades americanas e europeias.
Com experiência prática e décadas de ensino nas disciplinas relacionadas com a computação gráfica, os autores apresentam o material de maneira didática e agradável em um texto de fácil entendimento. A cada tópico, as bases teóricas necessárias para o entendimento do assunto são apresentadas, visando uma formação profissional sólida. No entanto, pesquisadores e desenvolvedores não deixarão de encontrar ideias no estado da arte e caminhos ainda alvos de pesquisas futuras.
- Material complementar atualizado;
- Conteúdo atualizado
Graduação em cursos de Computação
CAPÍTULO 1
VISÃO GERAL ________________________________________________ 1
1.1. Um breve histórico ________________________________________________ 3
1.2. Áreas ___________________________________________________________ 4
1.3. Características da percepção visual ___________________________________ 5
1.3.1. Informações monoculares _____________________________________ 5
1.3.1.1. Perspectiva ou posicionamento face ao horizonte __________ 5
1.3.1.2. Familiaridade com a cena ou tamanho relativo ____________ 6
1.3.1.3. Oclusão ____________________________________________ 7
1.3.1.4. Densidade das texturas ________________________________ 7
1.3.1.5. Variação da refl exão da luz e sombras ____________________ 8
1.3.2. Informações visuais óculo motoras _____________________________ 9
1.3.2.1. Acomodação _______________________________________ 10
1.3.2.2. Convergência _______________________________________ 11
1.3.3. Informações visuais estereoscópicas____________________________ 12
1.4. Representação de dados em CG ____________________________________ 13
1.4.1. Aliasing ___________________________________________________ 15
1.5. Modelagem e estrutura de dados ____________________________________ 16
1.5.1. Sólidos ___________________________________________________ 17
1.5.2. Sólidos realizáveis __________________________________________ 18
1.5.3. Formas de representação de sólidos ____________________________ 19
1.5.3.1. Representação aramada (wire frame) ____________________ 19
1.5.3.2. Representação por faces (ou superfícies limitantes) ________ 20
1.5.3.3. Representação por faces poligonais _____________________ 22
1.5.3.4. Fórmula de Euler ___________________________________ 23
1.5.3.5. Estrutura de dados baseada em vértices _________________ 25
1.5.3.6. Estrutura de dados baseada em arestas __________________ 25
1.5.3.7. Considerações finais sobre as listas de dados _____________ 26
CAPÍTULO 2
TRANSFORMAÇÕES GEOMÉTRICAS NO PLANO E NO ESPAÇO __________29
2.1. Sistemas de coordenadas __________________________________________ 31
2.1.1. Sistemas de coordenadas cartesianas ___________________________ 31
2.2. Sistemas de coordenadas e a Computação Gráfi ca ______________________ 35
2.2.1. Sistema de coordenadas do objeto _____________________________ 36
2.2.2. Sistema de coordenadas do mundo ____________________________ 37
2.2.3. Sistema de coordenadas da câmera ____________________________ 38
2.2.4. Sistema de coordenadas normalizado___________________________ 40
2.2.5. Sistema de coordenadas do dispositivo _________________________ 41
2.3. Escalares, pontos e vetores _________________________________________ 42
2.4. Aritmética de vetores _____________________________________________ 44
2.5. Produto interno e produto vetorial __________________________________ 45
2.6. Matrizes ________________________________________________________ 48
2.7. Transformações lineares ___________________________________________ 52
2.7.1. Transformação de escala _____________________________________ 54
2.7.2. Transformação de rotação ____________________________________ 56
2.7.3. Outras transformações lineares _______________________________ 61
2.7.3.1. Transformação de refl exão ____________________________ 61
2.7.3.2. Transformação de cisalhamento ________________________ 63
2.7.3.3. Descoberta de uma transformação linear qualquer _________ 66
2.8. Transformações afins _____________________________________________ 67
2.8.1. Transformação de translação _________________________________ 67
2.8.2. Coordenadas homogêneas ___________________________________ 68
2.8.3. Combinações de transformações ______________________________ 70
2.8.3.1. Escala ao longo de uma direção qualquer ________________ 71
2.8.3.2. Reescrevendo as rotações com cisalhamentos _____________ 71
2.8.3.3. Rotação ao redor de um ponto qualquer _________________ 72
2.9. Quatérnios – representação alternativa para rotações ___________________ 72
2.9.1. Números complexos ________________________________________ 74
2.9.2. Quatérnios ________________________________________________ 77
2.9.2.1. Adição de dois quatérnios ____________________________ 78
2.9.2.2. Multiplicação de quatérnios por valores reais _____________ 79
2.9.2.3. Produto de elementos da base de ℍ ____________________________ 80
2.9.2.4. Produto de dois quatérnios ___________________________ 80
2.9.2.5. Conjugado de um quatérnio __________________________ 82
2.9.3. Utilizando quatérnios _______________________________________ 83
2.10. Câmera virtual _________________________________________________ 86
2.10.1. Câmera como objeto virtual 3D ______________________________ 87
2.10.1.1. Posicionando a câmera em relação à cena _______________ 88
2.10.1.2. Sistema de coordenadas da câmera ____________________ 89
2.10.2. Projeção _________________________________________________ 91
2.10.2.1. Projeção paralela ___________________________________ 91
2.10.2.2. Projeção em perspectiva _____________________________ 95
2.10.2.3. Especifi cação dos pontos de fuga _____________________ 100
2.10.3. Câmera virtual (parâmetros intrínsecos) ______________________ 102
CAPÍTULO 3
CURVAS E SUPERFÍCIES ______________________________________105
3.1. Representação de curvas _________________________________________ 107
3.1.1. Conjunto de pontos _______________________________________ 107
3.1.2. Representação analítica _____________________________________ 109
3.1.3. Forma não paramétrica de representar curvas ___________________ 109
3.1.4. Forma paramétrica de representar curvas ______________________ 111
3.1.5. Curvas paramétricas de terceira ordem ________________________ 114
3.1.6. Curvas de Hermite ________________________________________ 114
3.1.7. Curvas de Bézier __________________________________________ 120
3.1.8. Curvas Splines ____________________________________________ 126
3.1.8.1. B-Splines uniformes e periódicas ______________________ 128
3.1.8.2. B-Splines não periódicas _____________________________ 129
3.1.8.3. B-Splines não uniformes _____________________________ 130
3.1.8.4. Desenvolvimento da formulação genérica de B-Splines _____________________________________________ 130
3.1.8.5. Interpolação com Splines ____________________________ 133
3.1.9. Curvas racionais __________________________________________ 135
3.2. Superfícies _____________________________________________________ 138
3.2.1. Superfícies de revolução ____________________________________ 139
3.2.2. Superfícies geradas por deslocamento _________________________ 140
3.2.3. Superfícies geradas por interpolação bilinear ___________________ 141
3.2.4. Interpolações trilineares ____________________________________ 143
3.2.5. Superfícies de formas livres__________________________________ 145
3.2.6. Superfícies paramétricas bicúbicas ____________________________ 145
3.2.7. Superfícies de Hermite _____________________________________ 146
3.2.8. Superfícies de Bézier _______________________________________ 147
3.2.9. Superfícies de B-Spline _____________________________________ 149
3.2.10. Tangentes e normais às superfícies __________________________ 149
3.2.11. Superfícies racionais ______________________________________ 150
3.2.12. NURBS _________________________________________________ 151
CAPÍTULO 4
CORES ____________________________________________________153
4.1. Fundamentos básicos ____________________________________________ 155
4.1.1. Percepção tricromática _____________________________________ 155
4.1.2. A luz ____________________________________________________ 157
4.1.3. Refl exão × absorção _______________________________________ 160
4.2. Formas de descrição das cores _____________________________________ 161
4.2.1. Espaço RGB de representação de cores ________________________ 162
4.2.2. Funções de combinação de cores _____________________________ 164
4.2.3. O espaço de cores XYZ _____________________________________ 168
4.2.4. Os espaços de cores CMK e CMYK ___________________________ 172
4.2.5. Tipos de espaço de cores ____________________________________ 173
4.2.6. Outros espaços de cor ______________________________________ 175
CAPÍTULO 5
RENDERIZAÇÃO _____________________________________________181
5.1. Etapas da renderização ___________________________________________ 184
5.1.1. O pipeline gráfi co e o hardware gráfi co ________________________ 190
5.2. Rasterização ___________________________________________________ 192
5.2.1. Rasterização de retas _______________________________________ 192
5.2.1.1. Algoritmo de Bresenham para traçado de retas ___________ 195
5.2.2. Rasterização de polígonos ___________________________________ 197
5.3. Tratamento de visibilidade ________________________________________ 200
5.3.1. Recorte e remoção de primitivas _____________________________ 200
5.3.2. Algoritmo de eliminação de faces ocultas pela orientação em relação ao observador (culling) ___________________________ 204
5.3.3. Tratamento de oclusão _____________________________________ 209
5.3.3.1. Algoritmo de visibilidade por prioridade _______________ 209
5.3.3.2. Algoritmo z-buffer __________________________________ 211
5.4. Iluminação ____________________________________________________ 214
5.4.1. Fontes emissoras de luz ____________________________________ 215
5.4.1.1. Luz ambiente ______________________________________ 216
5.4.1.2. Luz direcional _____________________________________ 217
5.4.1.3. Luz pontual _______________________________________ 219
5.4.1.4. Holofote __________________________________________ 220
5.4.1.5. Outros tipos de fonte de luz __________________________ 222
5.4.2. Interação da luz com diferentes meios _________________________ 222
5.4.3. Modelo de iluminação local _________________________________ 227
5.4.4. Sombreamento (Shading) ___________________________________ 233
5.4.4.1. Sombreamento constante ____________________________ 234
5.4.4.2. Sombreamento de Gouraund _________________________ 236
5.4.4.3. Sombreamento de Phong ____________________________ 238
5.4.5. Modelos de iluminação global _______________________________ 239
5.4.5.1. Ray tracing ________________________________________ 240
5.4.5.2. Trabalhando com ray tracing _________________________ 250
5.4.5.3. Refrações _________________________________________ 250
5.4.5.4. Metais com ray tracing ______________________________ 250
5.4.5.5. Ray tracing em real-time rendering ____________________ 251
5.4.5.6. Caustic ___________________________________________ 251
5.4.5.7. Radiosidade _______________________________________ 253
5.5. Texturas _______________________________________________________ 256
5.5.1. Mapeamento de texturas ____________________________________ 260
5.5.1.1. Mapeamento de texturas 2D _________________________ 262
5.5.2. Mapeamento do ambiente ___________________________________ 267
5.5.3. Mapeamento de rugosidade e mapeamento de deslocamento ______ 270
5.5.4. Amostragem de textura _____________________________________ 274
Conclusões ________________________________________________________ 284
CAPÍTULO 6
ANIMAÇÃO ________________________________________________285
6.1. Histórico ______________________________________________________ 287
6.2. Aplicações da animação __________________________________________ 291
6.2.1. Diversão _________________________________________________ 291
6.2.2. Comunicação, instrução e treinamento ________________________ 291
6.2.3. Visualização ______________________________________________ 292
6.3. Animação por computador _______________________________________ 292
6.4. Formas de animação ____________________________________________ 293
6.4.1. Animação quadro a quadro __________________________________ 293
6.4.1.1. Straight ahead _____________________________________ 294
6.4.1.2. Pose-to-pose ______________________________________ 294
6.4.2. Animação por rotoscopia ___________________________________ 294
6.4.3. Animação por interpolação __________________________________ 295
6.4.4. Animação automática, por intermédio de Programas de computador ________________________________ 296
6.4.4.1. Animação por programas do tipo script ________________ 296
6.4.4.2. Animação por intermédio de simuladores _______________ 296
6.4.4.3. Animação por captura de movimento __________________ 297
6.4.5. Animação representacional __________________________________ 297
6.4.6. Animação track based ______________________________________ 298
6.4.6.1. Tracking de um ponto _______________________________ 298
6.4.6.2. Tracking de dois pontos _____________________________ 298
6.4.6.3. Tracking de quatro pontos ___________________________ 298
6.4.6.4. Tracking planar ____________________________________ 299
6.4.6.5. Tracking 3D _______________________________________ 299
6.5. Captura de movimento___________________________________________ 299
6.5.1. Aplicações _______________________________________________ 299
6.5.2. Sistemas de captura de movimento ___________________________ 300
6.5.2.1. Ótico ____________________________________________ 302
6.5.2.2. Mecânico _________________________________________ 302
6.5.2.3. Magnético ________________________________________ 303
6.6. Animação de personagens 3D _____________________________________ 304
6.6.1. Cinemática _______________________________________________ 307
6.6.1.1. Cinemática direta __________________________________ 308
6.6.1.2. Cinemática inversa _________________________________ 309
6.6.2. Ossos (Bones/Joints) _______________________________________ 309
6.6.3. Articulações ______________________________________________ 310
6.6.3.1. Grau de liberdade __________________________________ 310
6.6.3.2. Junta de revolução__________________________________ 311
6.6.3.3. Junta esférica ______________________________________ 312
6.6.4. Esqueleto ________________________________________________ 312
6.6.4.1. Controladores IK ___________________________________ 314
6.6.4.2. Ciclo de animação __________________________________ 317
6.6.5. Músculo fl exor ____________________________________________ 317
6.6.6. Animação facial ___________________________________________ 319
6.6.6.1. Sincronização labial ________________________________ 320
6.6.6.2. Sequência de texturas _______________________________ 320
6.6.6.3. Morphing _________________________________________ 320
6.6.6.4. Esqueleto _________________________________________ 320
6.6.6.5. Free form deformation ______________________________ 320
6.6.6.6. Weighted morphing ________________________________ 320
6.7. Animação de superfícies deformáveis _______________________________ 321
6.8. Produção de animação ___________________________________________ 324
6.9. Princípios da animação __________________________________________ 325
REFERÊNCIAS ______________________________________________329
ÍNDICE ____________________________________________________333
- No. of pages: 360
- Language: Portuguese
- Edition: 2
- Published: July 27, 2018
- Imprint: Elsevier Editora Ltda.
- eBook ISBN: 9788535287806
EA
Eduardo Azevedo
Eduardo Azevedo é mestre em educação, autor de uma série de livros acadêmicos adotados nas universidades portuguesas e brasileiras, possui grande experiência na criação e coordenação de cursos técnicos, de graduação e pós-graduação. Atualmente exerce o cargo de Diretor de Inovação na empresa de multimídia MultiRio, subordinada a secretaria de educação do município do Rio de Janeiro, desenvolvendo soluções para ensino, portal, webtv, webrádio, realidade aumentada e jogos educacionais.
AC
Aura Conci
Engenheira Civil pela U. Federal do Espírito Santo (1979), fez mestrado (1983) e doutorado (1988) em Engenharia Civil na Pontifícia U. Católica do Rio de Janeiro. Foi professor do Dep. Eng. Mecânica da PUC/RJ de 1988 a 1994, bolsista ESN-CNPq na City U. (Londres) em 2007/2008, bolsista de pós doutorado da CAPES em 2011 na U. Rey Juan Carlo- URJC de Madri e prof. visitante em 2013 na York U. (Canada). É professor titular da U. Federal Fluminense desde 1994. Tem trabalhado em Ciência da Computação, desde a criação do Instituto de Computação da UFF. Sua linha de pesquisa considera aplicações de Métodos Numéricos e Computação Visual, atuando principalmente nos seguintes temas: elementos finitos, computação gráfica, análise de imagens, processamento de imagens, imagens biomédicas, computação visual e reconhecimento de padrões. Orientou mais de oitenta trabalhos em todos os níveis acadêmicos, entre esses 8 teses de doutorado e 40 dissertações de mestrado. Membro da International Society for Geometry and Graphics-ISGG (desde 1998 e vice presidente no atual triênio: 2013-2016) e da ABCM (desde 1989). Faz parte do corpo editorial do International Journal of Signal and Imaging Systems Engineering (IJSISE), e Journal of Medical Imaging and Health Informatics (JMIHI). Membro do International Program Committee dos IWSSIP desde 2008. Foi quest editor da IEEE Computing in Science and Engeneeting (SiCE) vol.13 No. 3 e da IJICA (International Journal of Innovative Computing and Applications - Inderscience). Organizou, como editor convidado, edições especiais do SIGPRO (Signal Processing - Elsevier) e Journal of Medical Imaging and Health Informatics
CV
Cristina Nader Vasconcelos
Possui graduação no curso de Bacharel em Informática pela Universidade Federal do Rio de Janeiro (2003), mestrado em Informática pela Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro (2005) e doutorado (2009 ) pela mesma instituição. Tem experiência na área de Ciência da Computação, com ênfase em Computação Gráfica, atuando principalmente nos seguintes temas: visão computacional (área principal), processamento de imagens, realidade aumentada e computação gráfica. Suas contribuições principais incluem temas de processamento genérico paralelo em hardware gráfico aplicados a tarefas de visão computacional, métodos de otimização discreta em grafos, processamento, gerenciamento e formatos de imagens e video, estruturas de dados espaciais. Hoje é professora adjunta da Universidade Federal Fluminense no Instituto de Computação.