Gráficos de computador

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Uma captura de tela do Blender 2.45 exibindo o modelo de teste 3D Suzanne

A computação gráfica trata da geração de imagens com o auxílio de computadores . Hoje, a computação gráfica é uma tecnologia central em fotografia digital, filmes, videogames, telefones celulares e monitores de computador e em muitas aplicações especializadas. Uma grande quantidade de hardware e software especializados foram desenvolvidos, com as telas da maioria dos dispositivos sendo acionadas por hardware de computação gráfica . É uma área vasta e recentemente desenvolvida da ciência da computação. A frase foi cunhada em 1960 pelos pesquisadores de computação gráfica Verne Hudson e William Fetter da Boeing. Freqüentemente, é abreviado como CG ou, normalmente, no contexto do filme, como imagens geradas por computador (CGI). Os aspectos não artísticos da computação gráfica são o assunto da ciência da computaçãopesquisar. [1]

Alguns tópicos em computação gráfica incluem design de interface de usuário , gráficos de sprite , renderização , traçado de raio , processamento de geometria , animação por computador , gráficos vetoriais , modelagem 3D , shaders , design de GPU , superfícies implícitas , visualização , computação científica , processamento de imagem , fotografia computacional , científica visualização , geometria computacional e visão computacional, entre outros. A metodologia geral depende muito das ciências subjacentes da geometria , óptica , física e percepção .

A computação gráfica é responsável por exibir os dados de arte e imagem de maneira eficaz e significativa para o consumidor. Ele também é usado para processar dados de imagem recebidos do mundo físico, como conteúdo de fotos e vídeos. O desenvolvimento da computação gráfica teve um impacto significativo em muitos tipos de mídia e revolucionou a animação , o cinema , a publicidade , os videogames em geral.

Visão geral

O termo computação gráfica tem sido usado em um sentido amplo para descrever "quase tudo nos computadores que não seja texto ou som". [2] Normalmente, o termo computação gráfica se refere a várias coisas diferentes:

  • a representação e manipulação de dados de imagem por um computador
  • as várias tecnologias usadas para criar e manipular imagens
  • métodos para sintetizar e manipular digitalmente conteúdo visual, consulte o estudo de computação gráfica

Hoje, a computação gráfica é generalizada. Essas imagens são encontradas na televisão, jornais, boletins meteorológicos e em uma variedade de investigações médicas e procedimentos cirúrgicos. Um gráfico bem construído pode apresentar estatísticas complexas de uma forma mais fácil de entender e interpretar. Na mídia, "esses gráficos são usados ​​para ilustrar artigos, relatórios, teses" e outros materiais de apresentação. [3]

Muitas ferramentas foram desenvolvidas para visualizar dados. As imagens geradas por computador podem ser categorizadas em vários tipos diferentes: gráficos bidimensionais (2D), tridimensionais (3D) e animados. À medida que a tecnologia melhorou, os gráficos de computador 3D tornaram-se mais comuns, mas os gráficos de computador 2D ainda são amplamente usados. A computação gráfica surgiu como um subcampo da ciência da computação que estuda métodos para sintetizar e manipular digitalmente o conteúdo visual. Ao longo da última década, outros campos especializados foram desenvolvidos como visualização de informação e visualização científica mais preocupada com "a visualização de dados tridimensionaisfenômenos (arquitetônicos, meteorológicos, médicos, biológicos , etc.), onde a ênfase está em representações realistas de volumes, superfícies, fontes de iluminação e assim por diante, talvez com um componente dinâmico (tempo) ". [4]

História

As ciências precursoras para o desenvolvimento da computação gráfica moderna foram os avanços na engenharia elétrica , eletrônica e televisão que ocorreram durante a primeira metade do século XX. As telas podiam exibir arte desde o uso dos irmãos Lumière de mates para criar efeitos especiais para os primeiros filmes datados de 1895, mas essas exibições eram limitadas e não interativas. O primeiro tubo de raios catódicos , o tubo de Braun , foi inventado em 1897 - por sua vez, permitiria o osciloscópio e o painel de controle militar- os precursores mais diretos do campo, uma vez que forneceram os primeiros visores eletrônicos bidimensionais que respondiam à entrada programática ou do usuário. No entanto, a computação gráfica permaneceu relativamente desconhecida como disciplina até a década de 1950 e o período pós- Segunda Guerra Mundial - período durante o qual a disciplina emergiu de uma combinação de universidade pura e pesquisa acadêmica de laboratório em computadores mais avançados e militares dos Estados Unidos . maior desenvolvimento de tecnologias como radar , aviação avançada e foguetesdesenvolvido durante a guerra. Novos tipos de monitores foram necessários para processar a riqueza de informações resultante de tais projetos, levando ao desenvolvimento da computação gráfica como uma disciplina.

1950

Sala de controle do setor SAGE .

Os primeiros projetos, como Whirlwind e SAGE Projects, introduziram o CRT como uma interface de exibição e interação viável e a caneta de luz como um dispositivo de entrada . Douglas T. Ross, do sistema Whirlwind SAGE, realizou um experimento pessoal no qual escreveu um pequeno programa que capturou o movimento de seu dedo e exibiu seu vetor (seu nome traçado) em um visor. Um dos primeiros videogames interativos a apresentar gráficos interativos reconhecíveis - Tennis for Two - foi criado para um osciloscópio por William Higinbotham para entreter os visitantes em 1958 emLaboratório Nacional de Brookhaven e simulou uma partida de tênis. Em 1959, Douglas T. Ross inovou novamente enquanto trabalhava no MIT na transformação de declarações matemáticas em vetores de máquina-ferramenta 3D gerados por computador, aproveitando a oportunidade para criar uma imagem de exibição de um personagem de desenho animado da Disney . [5]

A Hewlett-Packard, pioneira em eletrônicos, abriu seu capital em 1957 após incorporar-se na década anterior, e estabeleceu fortes laços com a Universidade de Stanford por meio de seus fundadores, que eram ex-alunos . Isso deu início à transformação de décadas do sul da área da Baía de São Francisco no principal centro de tecnologia da computação do mundo - agora conhecido como Vale do Silício . O campo da computação gráfica se desenvolveu com o surgimento do hardware de computação gráfica.

Outros avanços na computação levaram a maiores avanços na computação gráfica interativa . Em 1959, o computador TX-2 foi desenvolvido no Lincoln Laboratory do MIT . O TX-2 integrou uma série de novas interfaces homem-máquina. Uma caneta de luz pode ser usada para desenhar esboços no computador usando o revolucionário software Sketchpad de Ivan Sutherland . [6] Usando uma caneta de luz, Sketchpad permitia desenhar formas simples na tela do computador, salvá-las e até mesmo recuperá-las mais tarde. A caneta de luz em si tinha uma pequena célula fotoelétrica em sua ponta. Esta célula emitia um pulso eletrônico sempre que era colocada na frente da tela do computador e da tela doCanhão de elétronsdisparou diretamente contra ele. Simplesmente cronometrando o pulso eletrônico com a localização atual do canhão de elétrons, foi fácil identificar exatamente onde a caneta estava na tela em um determinado momento. Uma vez que isso fosse determinado, o computador poderia desenhar um cursor naquele local. Sutherland pareceu encontrar a solução perfeita para muitos dos problemas gráficos que enfrentou. Mesmo hoje, muitos padrões de interfaces gráficas de computador começaram com este programa Sketchpad inicial. Um exemplo disso é o desenho de restrições. Se alguém quiser desenhar um quadrado, por exemplo, não precisa se preocupar em desenhar quatro linhas perfeitamente para formar as bordas da caixa. Pode-se simplesmente especificar que deseja desenhar uma caixa e, em seguida, especificar a localização e o tamanho da caixa. O software irá construir uma caixa perfeita,com as dimensões certas e no local certo. Outro exemplo é que o software de Sutherland modelou objetos - não apenas uma imagem de objetos. Em outras palavras, com um modelo de carro, pode-se mudar o tamanho dos pneus sem afetar o resto do carro. Pode esticar a carroceria do carro sem deformar os pneus.

1960

A própria frase "computação gráfica" foi cunhada em 1960 por William Fetter , um designer gráfico da Boeing . [6] Esta citação antiga em muitas fontes secundárias vem completa com a seguinte frase:

Fetter disse que os termos foram na verdade dados a ele por Verne Hudson, da Divisão Wichita da Boeing . [7]

Em 1961, outro aluno do MIT, Steve Russell , criou outro título importante na história dos videogames , Spacewar! Escrito para o DEC PDP-1 , o Spacewar foi um sucesso instantâneo e as cópias começaram a fluir para outros proprietários do PDP-1 e, eventualmente, a DEC conseguiu uma cópia. [ carece de fontes? ] Os engenheiros da DEC usaram-no como um programa de diagnóstico em cada novo PDP-1 antes de enviá-lo. A força de vendas percebeu isso rapidamente e, ao instalar novas unidades, executaria o "primeiro videogame do mundo" para seus novos clientes. ( Tennis For Two de Higginbotham tinha derrotado Spacewarpor quase três anos; mas era quase desconhecido fora de uma pesquisa ou ambiente acadêmico.)

Mais ou menos na mesma época (1961-1962), na Universidade de Cambridge, Elizabeth Waldram escreveu um código para exibir mapas de radioastronomia em um tubo de raios catódicos. [8]

EE Zajac, um cientista do Bell Telephone Laboratory (BTL), criou um filme chamado "Simulação de um sistema de controle de atitude por gravidade de dois giros" em 1963. [9] Neste filme gerado por computador, Zajac mostrou como a atitude de um satélite poderia ser alterado enquanto orbita a Terra. Ele criou a animação em um computador mainframe IBM 7090 . Ainda na BTL, Ken Knowlton , Frank Sinden, Ruth A. Weiss e Michael Noll começaram a trabalhar na área de computação gráfica. Sinden criou um filme chamado Força, Massa e Movimento ilustrando as leis do movimento de Newtonem operação. Na mesma época, outros cientistas estavam criando gráficos de computador para ilustrar suas pesquisas. No Lawrence Radiation Laboratory , Nelson Max criou os filmes Fluxo de um fluido viscoso e Propagação de ondas de choque em uma forma sólida . A Boeing Aircraft criou um filme chamado Vibration of an Aircraft .

Também em algum momento do início dos anos 1960, os automóveis também dariam um impulso através do trabalho inicial de Pierre Bézier na Renault , que usou as curvas de Paul de Casteljau - agora chamadas curvas de Bézier após o trabalho de Bézier no campo - para desenvolver técnicas de modelagem 3D para a Renault carrocerias de automóveis. Essas curvas formariam a base para muitos trabalhos de modelagem de curvas em campo, pois as curvas - ao contrário dos polígonos - são entidades matematicamente complexas para desenhar e modelar bem.

Versão de arcade Pong

Não demorou muito para que grandes corporações começassem a se interessar por computação gráfica. TRW , Lockheed-Georgia , General Electric e Sperry Rand estão entre as muitas empresas que começaram na computação gráfica em meados da década de 1960. A IBM foi rápida em responder a esse interesse lançando o terminal gráfico IBM 2250 , o primeiro computador gráfico disponível comercialmente. Ralph Baer , um engenheiro supervisor da Sanders Associates , criou um videogame doméstico em 1966 que mais tarde foi licenciado para a Magnavox e chamado de Odyssey. Embora muito simplista e exigindo peças eletrônicas razoavelmente baratas, permitia ao jogador mover pontos de luz em uma tela. Foi o primeiro produto gráfico de computador de consumo. David C. Evans foi diretor de engenharia da divisão de computadores da Bendix Corporation de 1953 a 1962, após o que trabalhou nos cinco anos seguintes como professor visitante em Berkeley. Lá ele continuou seu interesse por computadores e como eles se relacionavam com as pessoas. Em 1966, a Universidade de Utah recrutou Evans para formar um programa de ciência da computação, e a computação gráfica rapidamente se tornou seu principal interesse. Esse novo departamento se tornaria o principal centro de pesquisa mundial para computação gráfica ao longo da década de 1970.

Além disso, em 1966, Ivan Sutherland continuou a inovar no MIT quando inventou o primeiro head-mounted display (HMD) controlado por computador . Ele exibiu duas imagens separadas em wireframe, uma para cada olho. Isso permitiu ao espectador ver a cena do computador em 3D estereoscópico . O hardware pesado necessário para suportar o visor e rastreador foi chamado de Espada de Dâmocles por causa do perigo potencial caso caísse sobre o usuário. Depois de receber seu Ph.D. do MIT, Sutherland tornou-se Diretor de Processamento de Informação da ARPA (Advanced Research Projects Agency), e mais tarde tornou-se professor em Harvard. Em 1967, Sutherland foi recrutado por Evans para ingressar no programa de ciência da computação da Universidade de Utah- um desenvolvimento que tornaria aquele departamento um dos mais importantes centros de pesquisa gráfica por quase uma década depois, eventualmente produzindo alguns dos mais importantes pioneiros no campo. Lá Sutherland aperfeiçoou seu HMD; vinte anos depois, a NASA redescobriria suas técnicas em sua pesquisa de realidade virtual . Em Utah, Sutherland e Evans eram consultores muito procurados por grandes empresas, mas estavam frustrados com a falta de hardware gráfico disponível na época, então começaram a formular um plano para abrir sua própria empresa.

Em 1968, Dave Evans e Ivan Sutherland fundaram a primeira empresa de hardware de computação gráfica, Evans & Sutherland . Embora Sutherland originalmente quisesse que a empresa fosse localizada em Cambridge, Massachusetts, Salt Lake City foi escolhida devido à sua proximidade com o grupo de pesquisa de professores da Universidade de Utah.

Também em 1968, Arthur Appel descreveu o primeiro algoritmo de lançamento de raio , o primeiro de uma classe de algoritmos de renderização baseados em traçado de raio que desde então se tornaram fundamentais para alcançar fotorrealismo em gráficos modelando os caminhos que os raios de luz tomam de uma fonte de luz para as superfícies em uma cena e na câmera.

Em 1969, o ACM iniciou um Grupo de Interesse Especial sobre Gráficos ( SIGGRAPH ), que organiza conferências , padrões gráficos e publicações no campo da computação gráfica. Em 1973, foi realizada a primeira conferência anual SIGGRAPH, que se tornou um dos focos da organização. O SIGGRAPH cresceu em tamanho e importância à medida que o campo da computação gráfica se expandiu ao longo do tempo.

Década de 1970

Um importante avanço tecnológico que permitiu a tecnologia de computação gráfica prática foi o surgimento da tecnologia de integração em grande escala (LSI) de óxido de metal (MOS) no início dos anos 1970. [10] [11] A tecnologia MOS LSI tornou possível grandes quantidades de capacidade computacional em pequenos chips de circuito integrado MOS , o que levou ao desenvolvimento do terminal gráfico de computador Tektronix 4010 em 1972 [11] , bem como do microprocessador em 1971. [ 12] Memória MOS , particularmente a memória dinâmica de acesso aleatório ( DRAM ) chip introduzido em 1970, [13] também era capaz de armazenar kilobits de dados em um único chip de memória de alta densidade , [14] tornando possível armazenar uma imagem gráfica raster de definição padrão (SD) inteira em um buffer de quadro digital , que foi usado pela Xerox PARC para desenvolver SuperPaint , o primeiro sistema de computação gráfica baseado em raster compatível com vídeo, em 1972. [14]

O bule de chá Utah de Martin Newell e seus renderizadores estáticos se tornaram emblemáticos no desenvolvimento de CGI durante os anos 1970.

Posteriormente, uma série de avanços no campo - avanços particularmente importantes na transformação de gráficos utilitários em realistas - ocorreram na Universidade de Utah na década de 1970, que havia contratado Ivan Sutherland . Ele se juntou a David C. Evans para dar uma aula de computação gráfica avançada, que contribuiu com uma grande quantidade de pesquisas fundadoras para o campo e ensinou vários alunos que iriam fundar várias das empresas mais importantes do setor - nomeadamente Pixar , Silicon Graphics , e Adobe Systems . Tom Stockham liderou o grupo de processamento de imagem da UU, que trabalhou em estreita colaboração com o laboratório de computação gráfica.

Um desses alunos foi Edwin Catmull . Catmull acabara de sair da The Boeing Company e estava se formando em física. Tendo crescido na Disney , Catmull adorava animação, mas rapidamente descobriu que não tinha talento para o desenho. Agora Catmull (junto com muitos outros) via os computadores como a progressão natural da animação e queria fazer parte da revolução. A primeira animação por computador que Catmull viu foi a sua própria. Ele criou uma animação de sua mão abrindo e fechando. Ele também foi pioneiro no mapeamento de textura para pintar texturas em modelos tridimensionais em 1974, agora considerada uma das técnicas fundamentais na modelagem 3D. Tornou-se um de seus objetivos produzir um longa-metragem usando computação gráfica - um objetivo que ele alcançaria duas décadas depois de seu papel fundador na Pixar . Na mesma aula, Fred Parke criou uma animação do rosto de sua esposa. As duas animações foram incluídas no longa-metragem de 1976, Futureworld .

Como o laboratório de computação gráfica da UU estava atraindo pessoas de todas as partes, John Warnock foi outro desses pioneiros; mais tarde, ele fundou a Adobe Systems e criou uma revolução no mundo editorial com sua linguagem de descrição de página PostScript , e a Adobe iria mais tarde criar o software de edição de fotos padrão da indústria no Adobe Photoshop e um proeminente programa de efeitos especiais da indústria cinematográfica no Adobe After Effects .

James Clark também estava lá; mais tarde, ele fundou a Silicon Graphics , fabricante de sistemas de renderização avançados que dominariam o campo dos gráficos de alta tecnologia até o início dos anos 1990.

Um grande avanço na computação gráfica 3D foi criado na UU por esses pioneiros - determinação de superfície oculta . Para desenhar uma representação de um objeto 3D na tela, o computador deve determinar quais superfícies estão "atrás" do objeto da perspectiva do visualizador e, portanto, devem ser "escondidas" quando o computador cria (ou renderiza) a imagem. O 3D Core Graphics System (ou Core ) foi o primeiro padrão gráfico a ser desenvolvido. Um grupo de 25 especialistas do ACM Special Interest Group SIGGRAPH desenvolveu esta "estrutura conceitual". As especificações foram publicadas em 1977 e se tornaram a base para muitos desenvolvimentos futuros no campo.

Também na década de 1970, Henri Gouraud , Jim Blinn e Bui Tuong Phong contribuíram para as bases do sombreamento em CGI por meio do desenvolvimento dos modelos de sombreamento Gouraud e Blinn-Phong , permitindo que os gráficos fossem além de uma aparência "plana" para uma aparência mais retratando com precisão a profundidade. Jim Blinn também inovou ainda mais em 1978 ao introduzir o mapeamento de relevo , uma técnica para simular superfícies irregulares e o predecessor de muitos tipos mais avançados de mapeamento usados ​​hoje.

O arcade de videogame moderno como é conhecido hoje nasceu na década de 1970, com os primeiros jogos de arcade usando gráficos sprite 2D em tempo real . Pong em 1972 foi um dos primeiros jogos de arcade de gabinete de sucesso. Speed ​​Race em 1974 apresentava sprites movendo-se ao longo de uma estrada de rolagem vertical . Gun Fight em 1975 apresentava personagens animados de aparência humana, enquanto Space Invaders em 1978 apresentava um grande número de figuras animadas na tela; ambos usaram um circuito barrel shifter especializado feito de chips discretos para ajudar seu microprocessador Intel 8080 a animar seus gráficos framebuffer .

1980

Donkey Kong foi um dos videogames que ajudou a popularizar a computação gráfica para um grande público na década de 1980.

A década de 1980 começou a ver a modernização e comercialização da computação gráfica. Com a proliferação do computador doméstico , um assunto que antes era apenas uma disciplina acadêmica foi adotado por um público muito maior, e o número de desenvolvedores de computação gráfica aumentou significativamente.

No início dos anos 1980, a tecnologia de integração de muito grande escala (VLSI) de óxido de metal (MOS) levou à disponibilidade de microprocessadores de unidade de processamento central (CPU) de 16 bits e os primeiros chips de unidade de processamento gráfico (GPU), que começou a revolucionar a computação gráfica, permitindo gráficos de alta resolução para terminais de computação gráfica e também para sistemas de computador pessoal (PC). O µPD7220 da NEC foi o primeiro GPU, fabricado em um chip NMOS VLSI totalmente integrado . Suportava resolução de até 1024x1024 e lançou as bases para o emergente mercado de gráficos para PC. Ele foi usado em várias placas de vídeo e foi licenciado para clones como o Intel 82720, a primeira unidade de processamento gráfico da Intel . [15] A memória MOS também se tornou mais barata no início dos anos 1980, permitindo o desenvolvimento de memória framebuffer acessível , [16] notavelmente RAM de vídeo (VRAM) introduzida pela Texas Instruments (TI) em meados dos anos 1980. [17] Em 1984, a Hitachi lançou o ARTC HD63484, o primeiro MOS complementar(CMOS) GPU. Ele era capaz de exibir alta resolução no modo colorido e resolução de até 4K no modo monocromático, e foi usado em uma série de placas gráficas e terminais durante o final dos anos 1980. [18] Em 1986, a TI introduziu o TMS34010 , o primeiro processador gráfico MOS totalmente programável . [17]

Os terminais de computação gráfica durante esta década tornaram-se estações de trabalho cada vez mais inteligentes, semi-autônomas e autônomas. O processamento de gráficos e aplicativos foi cada vez mais migrado para a inteligência na estação de trabalho, em vez de continuar a depender de mainframe central e minicomputadores . Típico da mudança inicial para estações de trabalho inteligentes de computação gráfica de alta resolução para o mercado de engenharia auxiliada por computador foram as estações de trabalho Orca 1000, 2000 e 3000, desenvolvidas pela Orcatech de Ottawa, um spin-off da Bell-Northern Research , e lideradas por David Pearson , um dos pioneiros em estações de trabalho. O Orca 3000 era baseado no microprocessador Motorola 68000 de 16 bits e AMD bit-sliceprocessadores e tinha o Unix como sistema operacional. Ele foi direcionado diretamente para a extremidade sofisticada do setor de engenharia de design. Artistas e designers gráficos começaram a ver o computador pessoal, especialmente o Commodore Amiga e o Macintosh , como uma ferramenta de design séria, que poderia economizar tempo e desenhar com mais precisão do que outros métodos. O Macintosh continua sendo uma ferramenta muito popular para computação gráfica entre estúdios de design gráfico e empresas. Os computadores modernos, que datam da década de 1980, costumam usar interfaces gráficas de usuário (GUI) para apresentar dados e informações com símbolos, ícones e imagens, em vez de texto. Os gráficos são um dos cinco elementos principais da tecnologia multimídia .

No campo da renderização realista, Japão 's Universidade de Osaka desenvolveu os links de 1 Sistema de Computação Gráfica , um supercomputador que utilizou até 257 Zilog Z8001 microprocessadores , em 1982, com a finalidade de renderização realista computação gráfica 3D . De acordo com a Sociedade de Processamento de Informação do Japão: "O núcleo da renderização de imagens 3D é calcular a luminância de cada pixel que compõe uma superfície renderizada a partir de um determinado ponto de vista, fonte de luz e posição do objeto. O sistema LINKS-1 foi desenvolvido para realizar um metodologia de renderização de imagem em que cada pixel pode ser processado em paralelo de forma independente usando traçado de raio. Ao desenvolver uma nova metodologia de software especificamente para renderização de imagens em alta velocidade, o LINKS-1 foi capaz de renderizar rapidamente imagens altamente realistas. Ele foi usado para criar o primeiro vídeo 3D do mundo, semelhante a um planetário, de todos os céus, feito inteiramente com computação gráfica. O vídeo foi apresentado no pavilhão da Fujitsu na Exposição Internacional de Tsukuba em 1985. " [19] O LINKS-1 era o computador mais poderoso do mundo , em 1984. [20] Também no campo da renderização realista, a equação geral de renderização de David Immel e James Kajiyafoi desenvolvido em 1986 - um passo importante para a implementação da iluminação global , que é necessária para buscar o fotorrealismo na computação gráfica.

A popularidade contínua de Star Wars e outras franquias de ficção científica eram relevantes no CGI cinematográfico nessa época, já que Lucasfilm e Industrial Light & Magic se tornaram conhecidos como a casa certa por muitos outros estúdios para computação gráfica de primeira linha no cinema. Avanços importantes no chroma keying ("bluescreening", etc.) foram feitos para os filmes posteriores da trilogia original. Duas outras partes do vídeo também sobreviveriam à era como historicamente relevantes: o vídeo icônico dos Dire Straits , quase totalmente CGI, para sua música " Money for Nothing " em 1985, que popularizou o CGI entre os fãs de música daquela época, e uma cena de Jovem Sherlock Holmesno mesmo ano apresentando o primeiro personagem totalmente CGI em um longa-metragem (um cavaleiro de vitral animado ). Em 1988, os primeiros shaders - pequenos programas projetados especificamente para fazer o sombreamento como um algoritmo separado - foram desenvolvidos pela Pixar , que já havia se separado da Industrial Light & Magic como uma entidade separada - embora o público não visse os resultados de tal tecnologia progresso até a próxima década. No final dos anos 1980, os computadores da Silicon Graphics (SGI) foram usados ​​para criar alguns dos primeiros curtas-metragens totalmente gerados por computador na Pixar , e as máquinas da Silicon Graphics foram consideradas um marco para o campo durante a década.

A década de 1980 também é chamada de era de ouro dos videogames ; Sistemas que vendem milhões da Atari , Nintendo e Sega , entre outras empresas, expuseram a computação gráfica pela primeira vez para um público novo, jovem e impressionável - assim como os computadores pessoais baseados em MS-DOS , Apple IIs , Macs e Amigas , tudo isso também permitia aos usuários programar seus próprios jogos, desde que fossem qualificados o suficiente. Para os fliperamas , avanços foram feitos nos gráficos 3D comerciais em tempo real . Em 1988, as primeiras placas gráficas 3D em tempo real dedicadasforam introduzidos para arcades, com o Namco System 21 [21] e Taito Air System. [22] No lado profissional, Evans & Sutherland e SGI desenvolveram hardware gráfico raster 3D que influenciou diretamente a unidade de processamento gráfico de chip único (GPU) posterior , uma tecnologia em que um chip separado e muito poderoso é usado em processamento paralelo com uma CPU para otimizar gráficos.

A década também viu a computação gráfica aplicada a muitos mercados profissionais adicionais, incluindo entretenimento baseado em localização e educação com o E&S Digistar, design de veículos, simulação de veículos e química.

1990

Quarxs , pôster da série, Maurice Benayoun , François Schuiten , 1992

A nota esmagadora da década de 1990 foi o surgimento da modelagem 3D em grande escala e um aumento impressionante na qualidade do CGI em geral. Os computadores domésticos tornaram-se capazes de assumir tarefas de renderização que antes eram limitadas a estações de trabalho que custavam milhares de dólares; À medida que modeladores 3D se tornaram disponíveis para sistemas domésticos, a popularidade das estações de trabalho Silicon Graphics diminuiu e as poderosas máquinas Microsoft Windows e Apple Macintosh rodando produtos Autodesk como 3D Studio ou outro software de renderização doméstica aumentaram em importância. No final da década, a GPU daria início à sua ascensão ao destaque que ainda hoje desfruta.

O campo começou a ver os primeiros gráficos renderizados que poderiam realmente passar como fotorrealistas para olhos não treinados (embora ainda não pudessem fazer isso com um artista CGI treinado) e os gráficos 3D tornaram-se muito mais populares em jogos , multimídia e animação . No final da década de 1980 e início da década de 1990 foi criada, na França, a primeira série de computação gráfica para TV: La Vie des bêtes do estúdio Mac Guff Ligne (1988), Les Fables Géométriques (1989-1991) do estúdio Fantôme e Quarxs , a primeira série de computação gráfica em HDTV de Maurice Benayoun e François Schuiten (produção do estúdio ZA, 1990–1993).

No cinema, a Pixar iniciou sua séria ascensão comercial nesta era com Edwin Catmull , com seu primeiro grande filme, em 1995 - Toy Story - um sucesso comercial e de crítica de magnitude de nove dígitos. O estúdio para inventar o sombreador programável continuaria a ter muitos sucessos animados, e seu trabalho em vídeo de animação pré-renderizado ainda é considerado um líder do setor e pioneiro em pesquisas.

Em videogames, em 1992, Virtua Racing , rodando na placa de sistema de arcade Sega Model 1 , lançou as bases para jogos de corrida totalmente 3D e popularizou gráficos poligonais 3D em tempo real entre um público mais amplo na indústria de videogames . [23] O Sega Model 2 em 1993 e o Sega Model 3 em 1996 posteriormente ultrapassaram os limites dos gráficos 3D comerciais em tempo real. De volta ao PC, Wolfenstein 3D , Doom e Quake , três dos primeiros jogos de tiro em primeira pessoa 3D massivamente populares , foram lançados pela id Softwarepara aclamação crítica e popular durante esta década usando um motor de renderização inovado [ vago ] principalmente por John Carmack . O Sony PlayStation , Sega Saturn e Nintendo 64 , entre outros consoles, venderam aos milhões e popularizaram os gráficos 3D para jogadores domésticos. Certos títulos 3D de primeira geração do final da década de 1990 tornaram-se vistos como influentes na popularização dos gráficos 3D entre os usuários de console, como os jogos de plataforma Super Mario 64 e The Legend Of Zelda: Ocarina Of Time , e os primeiros jogos de luta 3D como Virtua Fighter , Battle Arena Toshinden , eTekken .

A tecnologia e os algoritmos de renderização continuaram a melhorar muito. Em 1996, Krishnamurty e Levoy inventado normal mapping - uma melhoria em Jim Blinn mapeamento colisão . Em 1999, a Nvidia lançou a seminal GeForce 256 , a primeira placa de vídeo doméstica faturada como uma unidade de processamento gráfico ou GPU, que em suas próprias palavras continha " transformação integrada , iluminação , configuração / recorte de triângulo e motores de renderização ". No final da década, os computadores adotaram estruturas comuns para processamento gráfico, como DirectX e OpenGL. Desde então, a computação gráfica se tornou mais detalhada e realista, devido a um hardware gráfico mais poderoso e software de modelagem 3D . A AMD também se tornou uma desenvolvedora líder de placas gráficas nesta década, criando um "duopólio" no campo que existe hoje.

2000

Uma captura de tela do videogame Killing Floor , construído no Unreal Engine 2 . Os computadores pessoais e os videogames de console deram um grande salto gráfico na década de 2000, tornando-se capazes de exibir gráficos em computação em tempo real que antes só eram possíveis pré-renderizados e / ou em hardware de nível empresarial.

CGI tornou-se onipresente durante esta era. Os videogames e o cinema CGI espalharam o alcance da computação gráfica para o público no final da década de 1990 e continuaram a fazê-lo em um ritmo acelerado nos anos 2000. CGI também foi adotado em massa para anúncios de televisão amplamente no final dos anos 1990 e 2000, e assim tornou-se familiar para um grande público.

O crescimento contínuo e a sofisticação crescente da unidade de processamento gráfico foram cruciais para esta década, e os recursos de renderização 3D tornaram-se um recurso padrão à medida que as GPUs de gráficos 3D se tornaram uma necessidade para os fabricantes de computadores desktop oferecerem. A linha de placas gráficas Nvidia GeForce dominou o mercado no início da década, com a presença ocasional significativa de concorrência da ATI . [24] À medida que a década avançava, mesmo as máquinas de baixo custo geralmente continham uma GPU com capacidade 3D de algum tipo, já que a Nvidia e a AMD introduziram chipsets de baixo preço e continuaram a dominar o mercado. Shadersque foi introduzido na década de 1980 para realizar processamento especializado na GPU, no final da década seria compatível com a maioria dos hardwares de consumo, acelerando os gráficos consideravelmente e permitindo uma textura e sombreamento muito melhorados em gráficos de computador por meio da adoção generalizada de mapeamento normal , mapeamento de relevo e uma variedade de outras técnicas que permitem a simulação de uma grande quantidade de detalhes.

Gráficos de computador usados ​​em filmes e videogames gradualmente começaram a ser realistas a ponto de entrar em um vale misterioso . Os filmes CGI proliferaram, com filmes de desenho animado tradicionais , como Idade do Gelo e Madagascar , bem como numerosas ofertas da Pixar , como Procurando Nemo, dominando as bilheterias nesse campo. The Final Fantasy: The Spirits Within , lançado em 2001, foi o primeiro longa-metragem totalmente gerado por computador a usar personagens CGI fotorrealistas e totalmente feito com captura de movimento. [25] O filme não foi um sucesso de bilheteria, no entanto. [26]Alguns comentaristas sugeriram que isso pode ser em parte porque os personagens CGI principais tinham características faciais que caíram no " vale misterioso ". [nota 1] Outros filmes de animação como The Polar Express também chamaram a atenção nesta época. Star Wars também ressurgiu com sua trilogia prequela e os efeitos continuaram a definir um padrão para CGI no cinema.

Nos videogames , o Sony PlayStation 2 e 3 , a linha de consoles Microsoft Xbox e ofertas da Nintendo , como o GameCube, mantiveram um grande número de seguidores, assim como o PC com Windows . Títulos marcantes de CGI como a série Grand Theft Auto , Assassin's Creed , Final Fantasy , BioShock , Kingdom Hearts , Mirror's Edge e dezenas de outros continuaram a abordar o fotorrealismo, fazer crescer a indústria de videogames e impressionar, até que as receitas dessa indústria se tornassem comparáveis ​​às dos filmes. A Microsoft decidiu expor o DirectX mais facilmente ao mundo dos desenvolvedores independentes com o programa XNA , mas não foi um sucesso. O próprio DirectX permaneceu um sucesso comercial, no entanto. O OpenGL também continuou a amadurecer, e ele e o DirectX melhoraram muito; as linguagens de sombreador de segunda geração HLSL e GLSL começaram a ser populares nesta década.

Na computação científica , a técnica GPGPU para passar grandes quantidades de dados bidirecionalmente entre uma GPU e a CPU foi inventada; acelerando a análise em muitos tipos de experimentos de bioinformática e biologia molecular . A técnica também foi usada para mineração de Bitcoins e tem aplicações em visão computacional .

2010s

Uma textura de placa de diamante renderizada em close-up usando princípios de renderização baseados na física - cada vez mais uma área ativa de pesquisa para computação gráfica na década de 2010.

Na década de 2010, o CGI tem sido quase onipresente em vídeo, os gráficos pré-renderizados são quase cientificamente fotorrealistas e os gráficos em tempo real em um sistema de alta tecnologia adequado podem simular o fotorrealismo para olhos não treinados.

O mapeamento de textura amadureceu em um processo de vários estágios com muitas camadas; geralmente, não é incomum implementar mapeamento de textura, mapeamento de relevo ou isosuperfície ou mapeamento normal , mapas de iluminação incluindo realces especulares e técnicas de reflexão e volumes de sombra em um mecanismo de renderização usando shaders , que estão amadurecendo consideravelmente. Shaders são agora quase uma necessidade para trabalhos avançados no campo, fornecendo complexidade considerável na manipulação de pixels , vértices e texturasem uma base por elemento e inúmeros efeitos possíveis. Suas linguagens shader HLSL e GLSL são campos ativos de pesquisa e desenvolvimento. A renderização com base física ou PBR, que implementa muitos mapas e executa cálculos avançados para simular o fluxo de luz óptica real , é uma área de pesquisa ativa também, junto com áreas avançadas como oclusão de ambiente , espalhamento de subsuperfície , espalhamento de Rayleigh , mapeamento de fótons e muitos outros. Experimentos com o poder de processamento necessário para fornecer gráficos em tempo real em modos de resolução ultra-alta como 4K Ultra HD estão começando, embora fora do alcance de todos, exceto o hardware de última geração.

No cinema, a maioria dos filmes animados agora são CGI; muitos filmes CGI animados são feitos por ano , mas poucos, se houver, tentam o fotorrealismo devido aos contínuos temores do vale misterioso . A maioria são desenhos animados em 3D .

Nos videogames, o Microsoft Xbox One , o Sony PlayStation 4 e o Nintendo Switch atualmente dominam o espaço doméstico e são todos capazes de gráficos 3D altamente avançados; o PC com Windows ainda é uma das plataformas de jogos mais ativas.

Tipos de imagem

Bidimensional

Sprites gráficos raster (esquerda) e máscaras (direita)

A computação gráfica 2D é a geração baseada em computador de imagens digitais - principalmente a partir de modelos, como imagem digital, e por técnicas específicas a eles.

A computação gráfica 2D é usada principalmente em aplicativos originalmente desenvolvidos com base em tecnologias tradicionais de impressão e desenho , como a tipografia. Nessas aplicações, a imagem bidimensional não é apenas uma representação de um objeto do mundo real, mas um artefato independente com valor semântico adicionado; os modelos bidimensionais são, portanto, preferidos porque fornecem um controle mais direto da imagem do que a computação gráfica 3D , cuja abordagem é mais semelhante à fotografia do que à tipografia .

Pixel art

Uma grande forma de arte digital, a pixel art é criada por meio do uso de software gráfico raster , onde as imagens são editadas no nível do pixel . Os gráficos na maioria dos jogos de computador e videogame antigos (ou relativamente limitados), jogos de calculadora gráfica e muitos jogos para telefones celulares são, em sua maioria, pixel art.

Gráficos Sprite

Um sprite é uma imagem ou animação bidimensional integrada em uma cena maior. Incluindo inicialmente apenas objetos gráficos manipulados separadamente do bitmap de memória de uma tela de vídeo, agora inclui várias maneiras de sobreposições gráficas.

Originalmente, sprites eram um método de integração de bitmaps não relacionados para que parecessem fazer parte do bitmap normal em uma tela , como criar um personagem animado que pode ser movido em uma tela sem alterar os dados que definem a tela geral. Esses sprites podem ser criados por um circuito eletrônico ou software . Em circuitos, um sprite de hardware é uma construção de hardware que emprega canais DMA personalizados para integrar elementos visuais com a tela principal no sentido de que ele sobrepõe duas fontes de vídeo discretas. O software pode simular isso por meio de métodos de renderização especializados.

Os gráficos vetoriais

Exemplo mostrando efeito de gráficos vetoriais versus gráficos raster (bitmap)

Os formatos de gráficos vetoriais são complementares aos gráficos raster . Gráficos raster são a representação de imagens como uma matriz de pixels e normalmente são usados ​​para a representação de imagens fotográficas. [27] Os gráficos vetoriais consistem na codificação de informações sobre as formas e cores que compõem a imagem, o que pode permitir mais flexibilidade na renderização. Há casos em que trabalhar com ferramentas e formatos vetoriais é a prática recomendada, e casos em que trabalhar com ferramentas e formatos de varredura é a prática recomendada. Há momentos em que os dois formatos vêm juntos. A compreensão das vantagens e limitações de cada tecnologia e da relação entre elas tem mais probabilidade de resultar no uso eficiente e eficaz das ferramentas.

Tridimensional

Os gráficos 3D, em comparação com os gráficos 2D, são gráficos que usam uma representação tridimensional de dados geométricos. Para fins de desempenho, ele é armazenado no computador. Isso inclui imagens que podem ser para exibição posterior ou para visualização em tempo real.

Apesar dessas diferenças, os gráficos de computador 3D contam com algoritmos semelhantes aos gráficos de computador 2D no quadro e gráficos de varredura (como em 2D) na exibição final renderizada. No software de computação gráfica, a distinção entre 2D e 3D é ocasionalmente confusa; Os aplicativos 2D podem usar técnicas 3D para obter efeitos como iluminação e, principalmente, 3D podem usar técnicas de renderização 2D.

Os gráficos de computador 3D são iguais aos modelos 3D. O modelo está contido no arquivo de dados gráficos, além da renderização. No entanto, existem diferenças que incluem o modelo 3D é a representação de qualquer objeto 3D. Até que seja exibido visualmente, o modelo não é gráfico. Devido à impressão, os modelos 3D não se limitam apenas ao espaço virtual. A renderização 3D é como um modelo pode ser exibido. Também pode ser usado em simulações e cálculos não gráficos em computador .

Animação por computador

A animação por computador é a arte de criar imagens em movimento por meio do uso de computadores . É um subcampo da computação gráfica e animação . Cada vez mais, ele é criado por meio de gráficos de computador 3D , embora os gráficos de computador 2D ainda sejam amplamente usados ​​para necessidades estilísticas, de baixa largura de banda e de renderização mais rápida em tempo real . Às vezes, o alvo da animação é o próprio computador, mas às vezes o alvo é outro meio , como o filme . Também é conhecido como CGI ( imagens geradas por computador ou imagens geradas por computador), especialmente quando usado em filmes.

As entidades virtuais podem conter e ser controladas por diversos atributos, como valores de transformação (localização, orientação e escala) armazenados na matriz de transformação de um objeto . Animação é a mudança de um atributo ao longo do tempo. Existem vários métodos de obtenção de animação; a forma rudimentar é baseada na criação e edição de quadros-chave , cada um armazenando um valor em um determinado momento, por atributo a ser animado. O software gráfico 2D / 3D mudará com cada quadro-chave, criando uma curva editável de um valor mapeado ao longo do tempo, que resulta em animação. Outros métodos de animação incluem procedural e expressão- técnicas baseadas: a primeira consolida elementos relacionados de entidades animadas em conjuntos de atributos, úteis para criar efeitos de partículas e simulações de multidão ; o último permite um resultado avaliado retornado de uma expressão lógica definida pelo usuário, juntamente com a matemática, para automatizar a animação de uma forma previsível (conveniente para controlar o comportamento do osso além do que uma hierarquia oferece na configuração do sistema esquelético ).

Para criar a ilusão de movimento, uma imagem é exibida na tela do computador e rapidamente substituída por uma nova imagem que é semelhante à imagem anterior, mas ligeiramente deslocada. Essa técnica é idêntica à ilusão de movimento na televisão e no cinema .

Conceitos e princípios

As imagens são normalmente criadas por dispositivos como câmeras , espelhos , lentes , telescópios , microscópios , etc.

Imagens digitais incluem imagens vetoriais e imagens raster , mas as imagens raster são mais comumente usadas.

Pixel

Na parte ampliada da imagem, os pixels individuais são representados como quadrados e podem ser vistos facilmente.

Na imagem digital, um pixel (ou elemento de imagem [28] ) é um único ponto em uma imagem raster . Os pixels são colocados em uma grade bidimensional regular e geralmente são representados por pontos ou quadrados. Cada pixel é uma amostra de uma imagem original, onde mais amostras normalmente fornecem uma representação mais precisa do original. A intensidade de cada pixel é variável; em sistemas de cores, cada pixel tem normalmente três componentes, como vermelho, verde e azul .

Os gráficos são apresentações visuais em uma superfície, como uma tela de computador. Os exemplos são fotografias, desenhos, projetos gráficos, mapas , desenhos de engenharia ou outras imagens. Os gráficos geralmente combinam texto e ilustração. O design gráfico pode consistir na seleção, criação ou disposição deliberada de tipografia apenas, como em um folheto, folheto, pôster, site da Web ou livro sem qualquer outro elemento. A clareza ou a comunicação efetiva podem ser o objetivo, a associação com outros elementos culturais pode ser buscada, ou apenas a criação de um estilo distinto.

Primitivos

Primitivas são unidades básicas que um sistema gráfico pode combinar para criar imagens ou modelos mais complexos. Os exemplos seriam sprites e mapas de personagens em videogames 2D, primitivos geométricos em CAD ou polígonos ou triângulos em renderização 3D. Primitivos podem ser suportados em hardware para renderização eficiente ou os blocos de construção fornecidos por um aplicativo gráfico .

Renderizando

Renderização é a geração de uma imagem 2D a partir de um modelo 3D por meio de programas de computador. Um arquivo de cena contém objetos em uma linguagem ou estrutura de dados estritamente definida; ele conteria geometria, ponto de vista, textura , iluminação e informações de sombreamento como uma descrição da cena virtual. Os dados contidos no arquivo de cena são então passados ​​para um programa de renderização para serem processados ​​e enviados para uma imagem digital ou gráfico rasterarquivo de imagem. O programa de renderização é geralmente integrado ao software de computação gráfica, embora outros estejam disponíveis como plug-ins ou programas totalmente separados. O termo "representação" pode ser feito por analogia com uma "representação artística" de uma cena. Embora os detalhes técnicos dos métodos de renderização variem, os desafios gerais a serem superados na produção de uma imagem 2D a partir de uma representação 3D armazenada em um arquivo de cena são delineados como o pipeline de gráficos ao longo de um dispositivo de renderização, como uma GPU . Uma GPU é um dispositivo capaz de auxiliar a CPU nos cálculos. Se uma cena deve parecer relativamente realista e previsível sob iluminação virtual, o software de renderização deve resolver a equação de renderização. A equação de renderização não leva em conta todos os fenômenos de iluminação, mas é um modelo geral de iluminação para imagens geradas por computador. 'Renderização' também é usado para descrever o processo de cálculo de efeitos em um arquivo de edição de vídeo para produzir a saída de vídeo final.

Projeção 3D
A projeção 3D é um método de mapeamento de pontos tridimensionais em um plano bidimensional. Como a maioria dos métodos atuais de exibição de dados gráficos são baseados em mídia bidimensional plana, o uso desse tipo de projeção é amplamente difundido. Este método é usado na maioria dos aplicativos 3D em tempo real e normalmente usa rasterização para produzir a imagem final.
Rastreamento de raio
Ray tracing é uma técnica da família de algoritmos de ordem de imagem para gerar uma imagem traçando o caminho da luz através dos pixels em um plano de imagem . A técnica é capaz de produzir um alto grau de fotorrealismo ; geralmente mais alto do que os métodos de renderização de linha de varredura típicos , mas a um custo computacional maior .
Sombreamento
Exemplo de sombreamento
O sombreamento se refere à representação da profundidade em modelos ou ilustrações 3D em vários níveis de escuridão . É um processo usado no desenho para representar níveis de escuridão no papel, aplicando a mídia de forma mais densa ou com um tom mais escuro para áreas mais escuras e menos densamente ou com um tom mais claro para áreas mais claras. Existem várias técnicas de sombreamento, incluindo hachura cruzada, onde linhas perpendiculares de proximidade variável são desenhadas em um padrão de grade para sombrear uma área. Quanto mais próximas as linhas estiverem, mais escura será a área exibida. Da mesma forma, quanto mais distantes as linhas estiverem, mais clara a área aparecerá. O termo foi recentemente generalizado para significar que sombreadores são aplicados.
Mapeamento de textura
O mapeamento de textura é um método para adicionar detalhes, textura de superfície ou cor a um gráfico gerado por computador ou modelo 3D . Sua aplicação a gráficos 3D foi iniciada pelo Dr. Edwin Catmull em 1974. Um mapa de textura é aplicado (mapeado) à superfície de uma forma, ou polígono. Esse processo é semelhante à aplicação de papel padronizado em uma caixa branca comum. Multitextura é o uso de mais de uma textura por vez em um polígono. [29] Texturas procedurais (criadas a partir de parâmetros de ajuste de um algoritmo subjacente que produz uma textura de saída) e texturas de bitmap (criadas em um aplicativo de edição de imagem ou importadas de uma câmera digital) são, de um modo geral, métodos comuns de implementação de definição de textura em modelos 3D em software de computação gráfica, enquanto a colocação pretendida de texturas na superfície de um modelo muitas vezes requer uma técnica conhecida como mapeamento UV (layout manual arbitrário de coordenadas de textura) para superfícies poligonais , enquanto as superfícies não uniformes Racionais B-spline (NURB) têm sua própria parametrização intrínseca usada como coordenadas de textura. O mapeamento de textura como uma disciplina também abrange técnicas para a criação de mapas normais e mapas de relevo que correspondem a uma textura para simular altura e mapas especulares para ajudar a simular reflexos de brilho e luz, bem comomapeamento de ambiente para simular refletividade tipo espelho, também chamada de brilho.
Anti-aliasing
Renderizar entidades independentes de resolução (como modelos 3D) para visualização em um dispositivo raster (baseado em pixel), como uma tela de cristal líquido ou televisão CRT, inevitavelmente causa artefatos de aliasing principalmente ao longo de bordas geométricas e limites de detalhes de textura; esses artefatos são chamados informalmente de " jaggies ". Os métodos de anti-aliasing corrigem esses problemas, resultando em imagens mais agradáveis ​​ao visualizador, mas podem ser um tanto caros em termos computacionais. Vários algoritmos de anti-aliasing (como superamostragem) podem ser empregados e, em seguida, personalizados para o desempenho de renderização mais eficiente em relação à qualidade das imagens resultantes; um artista gráfico deve considerar essa compensação se os métodos de suavização de serrilhado forem usados. Uma textura de bitmap pré-suavizada sendo exibida em uma tela (ou local da tela) em uma resolução diferente da resolução da própria textura (como um modelo texturizado à distância da câmera virtual) exibirá artefatos de aliasing, enquanto qualquer a textura definida por procedimento sempre mostrará artefatos de aliasing, pois são independentes de resolução; técnicas como mapeamento mip e filtragem de textura ajudam a resolver problemas de aliasing relacionados a texturas.

Renderização de volume

Tomografia computadorizada de volume renderizada de um antebraço com diferentes esquemas de cores para músculos, gordura, ossos e sangue

A renderização de volume é uma técnica usada para exibir uma projeção 2D de um conjunto de dados 3D amostrados discretamente . Um conjunto de dados 3D típico é um grupo de imagens de fatias 2D adquiridas por um scanner de TC ou MRI .

Normalmente, eles são adquiridos em um padrão regular (por exemplo, uma fatia a cada milímetro) e geralmente têm um número regular de pixels de imagem em um padrão regular. Este é um exemplo de grade volumétrica regular, com cada elemento de volume, ou voxel, representado por um único valor que é obtido pela amostragem da área imediata ao redor do voxel.

Modelagem 3D

Modelagem 3D é o processo de desenvolvimento de uma representação matemática em wireframe de qualquer objeto tridimensional, chamado de "modelo 3D", por meio de um software especializado. Os modelos podem ser criados automática ou manualmente; o processo de modelagem manual de preparação de dados geométricos para computação gráfica 3D é semelhante às artes plásticas , como escultura . Modelos 3D podem ser criados usando várias abordagens: uso de NURBs para gerar retalhos de superfície precisos e suaves, modelagem de malha poligonal (manipulação de geometria facetada) ou subdivisão de malha poligonal (mosaico avançado de polígonos, resultando em superfícies lisas semelhantes aos modelos NURB). Um modelo 3D pode ser exibido como uma imagem bidimensional por meio de um processo chamadoRenderização 3D , usada em uma simulação de computador de fenômenos físicos ou animada diretamente para outros fins. O modelo também pode ser criado fisicamente usandodispositivos de impressão 3D .

Pioneiros em computação gráfica

Charles Csuri
Charles Csuri é um pioneiro em animação por computador e belas artes digitais e criou a primeira arte por computador em 1964. Csuri foi reconhecido por Smithsonian como o pai da arte digital e animação por computador, e como um pioneiro da animação por computador pelo Museu de Arte Moderna ( MoMA) e Association for Computing Machinery - SIGGRAPH .
Donald P. Greenberg
Donald P. Greenberg é um inovador líder em computação gráfica. Greenberg é autor de centenas de artigos e serviu como professor e mentor de muitos proeminentes artistas gráficos de computador, animadores e pesquisadores, como Robert L. Cook , Marc Levoy , Brian A. Barsky e Wayne Lytle . Muitos de seus ex-alunos ganharam o Oscar por realizações técnicas e vários ganharam o Prêmio de Realização SIGGRAPH . Greenberg foi o diretor fundador do NSF Center for Computer Graphics and Scientific Visualization.
A. Michael Noll
Noll foi um dos primeiros pesquisadores a usar um computador digital para criar padrões artísticos e formalizar o uso de processos aleatórios na criação de artes visuais . Ele começou a criar arte digital em 1962, tornando-se um dos primeiros artistas digitais. Em 1965, Noll, juntamente com Frieder Nake e Georg Nees, foram os primeiros a exibir publicamente sua arte computacional. Em abril de 1965, a Howard Wise Gallery exibiu a arte computacional de Noll junto com padrões de pontos aleatórios de Bela Julesz .

Outros pioneiros

Uma renderização moderna do bule de chá de Utah , um modelo icônico em computação gráfica 3D criado por Martin Newell , 1975

Organizações

Estudo da computação gráfica

O estudo da computação gráfica é um subcampo da ciência da computação que estuda métodos para sintetizar e manipular digitalmente o conteúdo visual. Embora o termo frequentemente se refira a gráficos de computador tridimensionais, também abrange gráficos bidimensionais e processamento de imagem .

Como uma disciplina acadêmica , a computação gráfica estuda a manipulação de informações visuais e geométricas usando técnicas computacionais. Ele se concentra nos fundamentos matemáticos e computacionais de geração e processamento de imagens, em vez de questões puramente estéticas . A computação gráfica costuma ser diferenciada do campo da visualização , embora os dois campos tenham muitas semelhanças.

Aplicações

A computação gráfica pode ser usada nas seguintes áreas:

Veja também

Notas

  1. ^ O vale sobrenatural é uma hipótese no campo da robótica e da animação 3D por computador, segundo a qual, quando as réplicas humanas parecem e agem quase, mas não perfeitamente, como seres humanos reais, isso causa uma resposta de repulsa entre os observadores humanos. O conceito "vale" refere-se à queda em um gráfico do nível de conforto dos humanos em função da semelhança humana de um robô.

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Ligações externas