Introdução à Computação Gráfica

Neste artigo serão abordados vários tópicos relacionados à computação gráfica, com o objetivo de oferecer ao leitor uma visão geral sobre a origem, conceitos e aplicações da disciplina nas diversas áreas do conhecimento.

A Computação Gráfica, abreviado comumente como CG, é a área da ciência da computação que estuda a geração, manipulação e interpretação de imagens. Simplificando este conceito e voltando no sentido original da palavra, o termo computação gráfica define o processo de produzir imagens sintéticas a partir da descrição simbólica de uma cena, sendo esta um conjunto de elementos gráficos (pontos, linhas, arestas, áreas) que representam objetos, posição, movimento, aparência, iluminação, etc.

Computação Gráfica

Até a década de 80 o maior emprego da computação gráfica era em pesquisas espaciais, no qual as imagens capturadas fora da Terra eram transmitidas e recebidas como arranjos numéricos representando a intensidade captada pelos sensores das sondas espaciais. Atualmente, a CG encontra-se muito mais difundida, sendo parte essencial de qualquer interface com o usuário em diversas aplicações e áreas do conhecimento humano como, por exemplo, na medicina quando são geradas imagens do corpo humano em exames de raio-x e tomografia.

 

Breve histórico

O termo computação gráfica que utilizamos atualmente foi utilizado pela primeira vez pelo Dr. Ivan Sutherland no início da década de 60. Ele introduziu esse conceito em sua tese de doutorado no MIT (Massachusetts Institute of Technology) quando programou terminais gráficos vetoriais que mais tarde levou o surgimento dos sistemas CAD para criação de plantas esquemáticas.

Dr. Ivan Sutherland
Dr. Ivan Sutherland

Já na década de 70 foram desenvolvidas muitas técnicas e algoritmos que são utilizados até hoje, tal como o algoritmo de z-buffer (memória de profundidade), mas o alto custo do hardware tornava inviável popularização dessa tecnologia na época.

O grande “salto” da computação gráfica foi com o surgimento da tecnologia de circuitos integrados e, posteriormente, na década de 80, o lançamento dos primeiros computadores pessoais de baixo custo, como o IBM-PC e o Macintosh da Apple.

Em meados da década de 80, o novo terminal gráfico de varredura (raster graphics displays) foi a tecnologia que popularizou de vez o uso de gráficos nos computadores pessoais, tecnologia esta que possibilitou o desenvolvimento de inúmeros aplicativos baratos e fáceis de usar, tais como processadores de textos e planilhas eletrônicas. Nessas interfaces gráficas, o usuário conseguia posicionar janelas que atuavam como terminais virtuais, cada qual executando aplicativos independentes, permitindo assim que ele executasse vários aplicativos simultaneamente.

O aprimoramento da tecnologia raster e o surgimento de placas aceleradoras gráficas permitiu na década de 90 a geração de imagens com alto grau de realismo em tempos real, favorecendo assim o surgimento de novas tecnologias nas áreas de jogos e efeitos especiais.

 

Subáreas da Computação Gráfica




O surgimento de computadores mais potentes possibilitaram novas aplicações para a computação gráfica, o que resultou mais tarde na sua divisão em subáreas. Síntese de Imagens, Análise de Imagens e Processamento de Imagens são as principais subáreas da CG que basicamente se diferenciam na relação entre o uso e manipulação dos dados e imagens.

Segue abaixo a definição do campo de estudo de cada subárea da computação gráfica:

 

Síntese de Imagens

Área da CG que estuda a produção de imagens sintéticas a partir da descrição matemática dos objetos. Essas imagens geradas oriundos da modelagem dos dados, constituem uma representação visual que tentam ou não reproduzir a realidade, na forma bi ou tri dimensional (2D ou 3D) e que podem ser visualizadas em algum dispositivo como, por exemplo, terminais de vídeos, impressoras, etc.

Exemplo de aplicação da subárea Síntese de Imagens: Geração de imagens sintéticas

Imagem sintética gerada em computação gráfica
Imagem sintética gerada por computação gráfica

Fonte: http://ricardombertani.wordpress.com

 

Análise de Imagens

Também chamada de visão computacional, é a área da CG que busca obter a especificação dos componentes de uma imagem a partir de sua representação visual, ou seja, através da informação pictórica da imagem (a própria imagem) produz-se uma informação não visual de forma a facilitar o entendimento e/ou obter algum dado relevante da imagem.

Exemplo de aplicação da subárea Análise de imagens: Reconhecimento de face.

Notícia retirada da Revista Info (Fev/2013)

Notícia Revista Info
Favela da Rocinha ganha 80 câmeras para combater violência

Favela da Rocinha ganha 80 câmeras para ajudar a polícia a prender criminosos. Na central da policias, as imagens são analisadas por uma programa de reconhecimento de face que tecnologia ajudará, por exemplo, a identificar as pessoas que deixam as prisões durante os indultos e não voltam para a cela. (Fonte: http://info.abril.com.br)

 

Processamento de Imagens

Área de estudo que abrange a pesquisa de técnicas para realizar a manipulação de imagens, tais como ajustes de cor, brilho, contrastes, aplicações de filtros, entre outros. O processo parte de imagens já prontas para serem visualizadas, mas que são transferidas para o computador para serem manipuladas visando diferentes objetivos.

Um exemplo de aplicação do processamento de imagens é, por exemplo, em consultórios de cirurgiões plásticos e salões de beleza. Neste caso, uma pessoa pode ver como será o resultado de uma plástica ou corte de cabelo através de simulações no computador. Outro exemplo muito comum é a utilização de tratamento de imagens para retirar “objetos indesejados” de fotos publicitárias.

 

Aplicações da Computação Gráfica

A lista de aplicações da Computação Gráfica é muita extensa, mas, entre as mais comuns estão:

Interfaces: qualquer dispositivo digital que se utiliza de uma interface gráfica para interagir com usuário. Exemplos: computadores, videogames, celulares, etc.

Interface gráfica em aparelhos celulares
Interface gráfica em aparelhos celulares

 

Automação de escritórios: o uso de gráficos na disseminação de informações cresceu muito depois do surgimento de software para editoração eletrônica em computadores pessoais. Este tipo de software permite a criação de documentos que combinam texto, tabelas e gráficos – os quais tanto podem ser “desenhados” pelo usuário ou obtidos a partir de imagens digitalizadas.

Interface em aplicativos
Interface em aplicativos

 

CAD (Computer Aided Design – Desenho Assistido por Computador): sistemas gráficos interativos são utilizados para projetar componentes, peças, sistemas de dispositivos mecânicos, elétricos, eletromecânicos e eletrônicos. Isto inclui edifícios, carcaças de automóveis, aviões, navios, redes telefônicas e de computador.

CAD - Desenho Assistido por Computador
CAD – Desenho Assistido por Computador

 

Controle de processos: sistemas de controle de tráfego aéreo e espacial, sistemas de controle de refinarias e de usinas de energia mostram graficamente os dados coletados por sensores conectados a componentes críticos dos sistemas, de forma que os operadores possam responder adequadamente a condições críticas.

sistemas de controle de tráfego aéreo
sistemas de controle de tráfego aéreo

 

Cartografia: a computação gráfica é usada para produzir representações precisas e esquemáticas de fenômenos naturais e geográficos obtidos a partir da coleta de dados.

Cartografia
Cartografia

 

Entretenimento: a indústria do cinema é um exemplo de aplicação da computação gráfica que tem sido bastante desenvolvida. Além dos efeitos especiais, foi possível criar animações com animais, simular humanos virtuais e até mesmo criar grandes multidões.

animacao em 3D computacao grafica
Animação em 3D com auxílio da Computação Gráfica

 

Reprodução de ser humano virtual
Reprodução de ser humano virtual

 

Outra técnica que vem evoluindo bastante nos cinemas é a criação de personagens com movimentos e expressões idênticos aos do ser humano. Para isso, são utilizados dispositivos especiais que captam movimentos e expressões do corpo humano para reproduzir em personagens digitais.

Ainda sobre a aplicação da computação gráfica nos cinemas, segue abaixo um vídeo no qual a empresa de efeitos especiais ILM (Industrial Light and Magic) mostra parte do seu trabalho realizado no filme “Os Vingadores”. No vídeo, podemos observar as cenas mais trabalhas com a computação gráfica e que contou mais de 200 profissionais, como artistas, cientista e engenheiros.

Coordenador de curso na Etec de Itapira, pós-graduado em desenvolvimento de sistemas web e professor nos cursos de Administração e Técnico em Informática para Internet. Nerd por vocação e blogueiro por opção, é autor do livro “Diário de um Blogueiro” e dos blogs Neurônio 2.0 e Hiperbytes.

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5 COMENTÁRIOS

  1. Gostei muito deste Post, me ensinou muita coisa. Parabéns! Eu gostaria de ver um que mostrasse passo-a-passo como estas imagens são criadas. Como o Huck por exêmplo. Desde o começo. Se puder me indicar alguma postagem, agradeço muito.

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