Rodrigo de Toledo

Domínios da Computação Gráfica

Processamento de imagens

Modelagem de dados(geometria computacional)

Visão(análise de imagem,

visão computacional)

Visualização(computação gráfica,síntese de imagem)

DADOSDADOS

IMAGEMIMAGEM

Processamento de Imagem

• Transformação de imagens…• Ex: Photoshop• Também pode ser:

– Pos-processamento da visualização– Pre-processamento da visão

• Ferramentas:– Filtros– Edição– Processamento

Filtros de Amplitude x Topológico

Gamma Correction

PUNCH

Filtro Gaussiano

2x2 8x8 32x32original

5x5

Filtro Laplaciano

0 1 0

1 - 4 1

0 1 0

1 1 1

1 - 8 1

1 1 1

• Filtro passa alta.

• Somar à imagem originalpara realçar os detalhes.

truncation

offset

Processamento de Imagem

• Edição– Desenho– Combinar imagens, exemplos:

• Copiar e colar• Pixels alternados• Imagens com as cores misturadas (blend)• Álgebra (adição e subtração)• Transparência (composição)

– Ampliar / reduzir– Muitos outros...

Processamento de Imagens

Visão Computacional

DADOSDADOSIMAGEMIMAGEM

Visão Computacional

• Extrair informações apartir de imagens

http://www.tecgraf.puc-rio.br/juizvirtual

Visão Computacional

LAK 5519

Visão Computacional

• Big Brother Público (Londres)

• Detecção de Atividades suspeitas (Queen Mary, University of London)

Visão Computacional

• Seqüência de etapas (pipeline)

Detecção:• Regiões• Texturas• Arestas• Ícones

Câmera:• Posição• Rotação• Perspectiva

Informações:• Geometria• Objetos• Distâncias• Iluminação

Alto nível:• Pessoas• Movimentos• Atividades• 4D

uso intenso de processamento

de imagem

uso intenso de matemática

Noções de computação

gráfica

Quanto mais contextualizado

melhor

Modelagem de dados

(visualização)

Modelagem de dados

VISUALIZAÇÃO

IMAGEMIMAGEMDADOSDADOS

Visualização

• 2D x 3D– Photoshop x 3D Max

• Interativa (ex:games) x

Pré-processada (ex: “Os incríveis”)

• Games x Visualização Científica

• Superfície x Volume

• CPU x GPU

Visualização

2D

3D

x

Visualização

Interativa

Pré-processada

Visualização Interativa

• Frame rate– 30 fps– >10 fps

• Qual a freqüência do olho humano?

• 2 exigências:– Movimento visualmente contínuo– Tempo de latência “imperceptível” entre a ação do usuário e a reação da aplicação

Visualização Interativa

• Games x Visualização Científica

Superfície x Volume

350 millions of triangles

Onde estamos?

Computação Gráfica

Modelagem Visualização Proc. Img. Visão

Pré-processada Interativa

2D 3D

Superfícies Volumes

Programação CPU Programação GPU

Vis. Científica Game

Glyphs

Onde estou!

Computação Gráfica

Modelagem Visualização Proc. Img. Visão

Pré-processada Interativa

2D 3D

Superfícies Volumes

Programação CPU Programação GPU

Vis. Científica Game

Glyphs

Visualização Interativa

• Perguntas:• Como aumentar qualidade sem perder

performance?• Como aumentar performance sem perder

qualidade?• Como aumentar o volume de objetos visualizados

sem perder performance?• Como aumentar realismo?• Como aumentar interatividade?• Como visualizar o que não pode ser visto?

(exemplos em visualização científica: campos vetoriais, reservatórios de petróleo)

Modelos e Representações

DADOSDADOS

• Como representar o mundo real no mundo virtual?• Paradigmas de abstração:

– 4 universos:• Físico• Matemático• Representação• Implementação

• Representação depende do nível de escala– 4 níveis de escala:

• Cena• Macro• Meso• Micro

Paradigma dos 4 universosExemplo: uma esfera

UniversoFísico

Universo deRepresentação

Universo deImplementação

UniversoMatemático S: x2 + y2 + z2 = 1

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

Paradigma dos 4 universos(outros exemplos)

UniversoFísico

Universo deRepresentação

Universo deImplementação

UniversoMatemático

879987987898

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

Discretização (Amostragem)

Representação (Vetor)

Imagens no Universo Físico

Amostragem e Quantização

Codificação e Formatos

Funçõesno Espaço de Cor

Cores no Universo Físico

Representação de Cor

Especificação de Cor

Modelos Matemáticos de

Cor (Espaço)

COR IMAGEMVOZ HUMANA

Níveis de escala

Cena

Macro Microscale

Meso

• Objetos do mundo virtual

• Representação dos objetos

• Textura

• Nível fotométrico

Níveis de Escala

• Cena (scene-scale)– Como organizar os objetos de uma cena

virtual?– Como organizar os agentes ambientais?

• Iluminação direta, iluminação indireta, névoa...

– Como posicionar a camera virtual?– Como representar réplicas de um objeto?– Como permitir mudanças na cena com o

decorrer do tempo?

Nível de Escala - Cena• Grafo de cena:

– Os grafos ainda contém: • Agrupamentos transformações, subobjetos etc...

Nível de Escala - Macro

• Nível do objeto (macroscale)– Como representar?

• Implicitamente• Parametricamente• Explicitamente

– Exemplo: círculo

Nível de Escala - Macro

• Representação Implícita:– Planar– Quádrica:

S: x2 + y2 + z2 = 1

Nível de Escala - Macro

• Implícita:– Cúbica:

– Torus (quártica):

Nível de Escala - Macro

• Representação Implícita:– CSG (Constructive Solid Geometry)

Nível de Escala - Macro

• Representação Paramétrica:

Nível de Escala - Macro

• Representação Paramétrica:– Superfícies de Bèzier:

Nível de Escala - Macro

• Representação Paramétrica:– NURBS:

Nível de Escala - Macro

• Representação Explícita:– Malha de polígonos malha de triângulos

Nível de Escala - Macro

• Explícita:– Mapa de alturas

(ex: terreno)

15 2 42 78 45 46 54

5 4 65 78 45 43 61

54 87 98 65 2 56 41

85 96 63 52 41 48 75

46 97 31 15 48 26 95

34 67 49 16 32 65 89

78 54 67 15 65 68 78

Nível de Escala - Meso

• Representação da meso-estrutura (mesostructure)

– Mapa de cor (textura)

– Mapa de normal (bump)

– Mapa de altura

– Meso-estrutura volumétrica

– Função de iluminação (BRDF)

Aplicando mapa de altura

Nível de Escala - Micro

• Escala do raio de luz– Photon ou photon beam

in

out

n

in

Nível de Escala - Micro

• Photon Mapping– Exige muito processamento

Nível de Escala - Micro

– Tempo real: PRT function (Pre-computed Radiance Transfer)

Algoritmos de Visualização

Nível de cena

Macro-escala Micro-escala

Meso-escala

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

• shading• LOD• impostors

• texturas• meso-estruturas• aplicação

• photon mapping• BSSRDF• PRT