C
Computação
t ã Gráfica
G áfi
Dispositivos de Visualização
Profa. Carolina Watanabe
Material elaborado pela Profa. Marcela X. Ribeiro, UFSCar,
Atualizado pela Profa. Carolina Watanabe, UNIR
1
Dispositivos de
Visualização/Exibição
• Vetoriais: traçam segmentos de reta
perfeitos (contínuos)
• Matriciais: traçam pontos da malha de
exibição. Segmentos de reta são tratados
como sequências de pontos.
pontos
2
Monitor de Vídeo - CRT
• Primeiro Monitor Usando em CG: Tecnologia
´ di i l´ é o CRT (Cathode
´tradicional´
(C h d Ray
R Tube)
T b )
Tecn. Do
Osciloscópio
Fli k i
Flickering
Varreduras: Raster x Random 3
Conversão Digital-Analógica
Digital Analógica
para exibição no CRT
4
CRT- Vantagens/Desvantagens
+ rapidez na geração de imagens simples;
- Tecnologia cara;
- Memória limitada;;
- Efeito de flickering.
5
CRT
• Colorido: 3 feixes, 3 tipos de fósforos
• CRT com Memória: Uma persistência maior do fósforo é
conseguida através do uso de uma máscara, entre o canhão
e a tela;
t l
A: Canhão B: cobertura condutora
C: Deflector
D: superfície de fósforo
E: Feixe de Elétrons F: Máscara
6
LCD - Liquid Crystal Display
• não possuem um tubo de raios catódicos (CRT)
mas sim
i uma fonte
f
de
d luz
l fluorescente;
fl
• baseia-se em produzir imagens sobre uma
superfície plana composta por cristal líquido e
filtros coloridos;
• Possuem duas superfícies com filtros polarizados,
qque controlam os raios de luz que
q passam
p
através
das moléculas de cristal líquido.
7
LCD
Vantagens
• tela
l plana;
l
• Menor cansaço;
• Menor consumo energia;
Desvantagens
(90º),
),
• ângulo limitado a uma visão perpendicular (90
Atualmente, a maioria dos monitores de LCD
chegam a 178º de visão.
• Persistencia pixels LCD;
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Computação Gráfica:
Dispositivos de Exibição
• Natureza Analógica
l i
• gráficos vetoriais
(“
(“vector
graphics”
hi ” )
– imagens formadas por
segmentos de reta
– geradas a partir de “display
files”
• Natureza Digital
i i l
• gráficos matriciais
(“
(“raster
graphics”)
hi ”)
– imagens formadas pelo
preenchimento de matriz de
“pixels”
– geradas a partir de “frameb ff ”
buffers”
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Geração da Imagem em
Dispositivo Vetorial
• Descrição da cena mantida em arquivo
d
denominado
i d “display
“di l file”
fil ”
• Controlador de vídeo interpreta comandos
especificados
p
no display
p y file
f
• Comandos primitivos:
– posiciona no ponto (x,y)
– traça
t
linha
li h da
d posição
i ã corrente
t até
té o ponto
t (x,y)
( )
10
Dispositivos Vetoriais:
Características
• Representação
Representação, manipulação e display da
cena baseadas na representação geométrica
d objetos
dos
bj t (mantida
(
tid na display
di l list).
li t)
• Restauração da tela é feita retraçando os
vetores que definem os objetos (varredura
por rastreio aleatório)
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Dispositivos Vetoriais:
Vantagens
• Operações podem ser aplicadas diretamente
sobre
b objetos
bj t
• Transformações podem ser aplicadas apenas
aos pontos extremos
• Pouca
P
memória
ó i mesmo para cenas complexas
l
• Ausência de aliasing para retas
12
Dispositivos Vetoriais:
Desvantagens
• Difícil preencher interiores dos objetos
• “Flicker” em imagens complexas
• Restauração da tela depende da complexidade da cena
• Alto custo
• Tecnologia ultrapassada (há muito tempo)
13
Arquitetura de Dispositivo de
Exibição Matricial
14
M ó i dde IImagem
Memória
•frame-buffer, que
contém uma posição
associada a cada pixel
da tela
15
Varredura por Rastreio Fixo
16
Estrutura de um CRT Colorido
17
Frame Buffer – Matriz de Pixels
• Profundidade do pixel: número de bits
associado a cada pixel
• pixel com 3 bits (pixel depth = 3, ou bit
planes
l
= 3)) permite
i representar 8 cores
distintas
• pixel
i l depth
d th = d =>
> 2d cores distintas
di ti t
18
Cores RGB em 3 bits
(1 bit para cada cor)
R
0
0
0
0
1
1
1
1
Valores
G
0
0
1
1
0
0
1
1
B
0
1
0
1
0
1
0
1
Valor
Binário
COR
0
1
2
3
4
5
6
7
BLACK
BLUE
GREEN
CYAN
RED
MAGENTA
YELLOW
WHITE
19
Uso de Uma Paleta de Cores
Video Look
Look-up
up Table
A palette é um bloco da RAM que é endereçado pela
cor lógica e cuja saída é o nível de R, G, B do monitor20
Uso de Uma Paleta de Cores
Video Look-up Table
• “Pixel Depth” = (profundidade)
• depth = d  2d cores possíveis (reais)
• Palette Range: nro de cores exibidas simultaneamente 2d
(clut).
• Pallete Width: nro de cores que a palette completa pode
exibir.
• Clut: Color Lookup Table CLT
21
Outras características dos
monitores
• O que diferencia os inúmeros modelos a venda?
– Tamanho, dot pitch, resolução, taxa de restauro
• Tamanho
– Entree 100 e 277 polegadas
po egadas ((14,, 15,
5, 17,
7, 20,
0, 27,
7, ...), ou +
– Medida da diagonal da área da tela
– Em geral, tamanhos maiores implicam também em
resoluções e taxas de restauro maiores, e
– Custos maiores
22
Outras características
Dot pitch
• Tamanho dos pontos que compõem a tela
• 1 pitch = conj. de 3 ‘dots’
dots (R,G,B)
• Medidas comuns: 0,29mm2, ou 0,22, 0,19...
0 40 00.80
0,40,
80
• Em geral, valores menores indicam melhor
qualidade
lid d de
d imagem
i
(nitidez),
( i id ) mas é uma
medida que tem pouco significado sozinha
23
Outras características
• Resoluções típicas: 1.280 x 1.024 (17 pol), 1.600 x
1 200 (20 pol)
1.200
l)
• Taxa de restauro (‘refresh rate’)
– Taxas típicas: > 75 Hz (capaz de atualizar a imagem
pelo menos 75 vezes por segundo)
– Taxas baixas causam o efeito de ‘flickering’, ou
cintilação: desconfortável e prejudicial aos olhos
• Taxa de restauro e resolução são relacionadas!
24
Dispositivos Matriciais:
Características - Resumo
• Representação, manipulação e exibição da cena é
f i a partir
feita
i do
d frame-buffer
f
b ff
– contém representação matricial discreta da cena
• Gerar imagem
g a ppartir da descrição
ç geométrica
g
da
cena requer um processo de conversão matricial
– Scan conversion
– Transforma descrição geométrica em matriz de pixels
25
Dispositivos de Entrada
• C
Convencionais:
i
i teclado,
t l d mouse, caneta
t
ótica,...
• Não convencionais: realidade virtual
26
Data Glove
27
Data Glove
• Permitem ´pegar´ um objeto virtual
• Conjunto de sensores detectam os
movimentos da mão e dos dedos,
dedos bem como
posição e orientação da mão
28
Scanners 3D
29
Scanners 2D e 3D
• Permitem entrar coordenadas definidas em
um espaço 2D e 3D
• Digitalizar desenhos ou objetos
• A partir dos pontos de entrada é
reconstruído
d um modelo
d l da
d superfície
f i do
d
objeto definido no espaço 3D
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Dispositivos de Entrada 3D
• Lêem uma posição 3D
• Retornam 3 valores para o programa: tripla
(x, y, z)
• Alguns retornam também 3 ângulos de
rotação
• Ex. Digitalizador 3D, spaceball, dataglove
31
32
33
34
C
Conversão
ã de
d Coordenadas
C d d
mundo 2D e dispositivos
p
Coordenadas do Mundo
(X, Y)
Coordenadas do
Dispositivo de
Entrada (DCX, DCY)
NDC
(NDCX, NDCY)
Coordenadas do
Dispositivo de
Saída (DCX, DCY)
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Dispositivos de Entrada – Tipos
Lógicos
• Choice
– retorna uma escolha feita pelo usuário
– Ex. teclado de funções, seleção de botão
– Fornece algum tipo de feedback sensorial (luz,
clicks, toque, ...)
• Keyboard
– Retorna teclas com significados específicos
– Letras, números, ...
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Dispositivos de Entrada – Tipos
Lógicos
• Valuators
– Retorna um valor associado a algo
– Ex. knobs (botões)
– Pode especificar ganho, máximo e mínimo
• Locators (posicionadores)
– Retornam a localização do cursor na tela
– Ex. mouse, trackball, tablet,
– Todos os posicionadores também podem funcionar
como valuators
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Dispositivos de Entrada – Tipos
Lógicos
Formas de ler um dispositivo de entrada:
• Sampling (amostragem): qual é a entrada
nesse momento?
• Event-based: aguarda até que o usuário
forneça alguma entrada (execute alguma
ação)
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