Computação gráfica (ciência da computação) - Computer graphics (computer science)
A 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 ao estudo de computação gráfica tridimensional , também abrange gráficos bidimensionais e processamento de imagem .
Visão geral
A computação gráfica estuda a manipulação anestésica de informações visuais e geométricas usando técnicas computacionais. Ele se concentra nos fundamentos matemáticos e computacionais da 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.
Os estudos conectados incluem:
- Matemática Aplicada
- Geometria computacional
- Topologia computacional
- Visão computacional
- Processamento de imagem
- Visualização de informação
- Visualização científica
As aplicações de computação gráfica incluem:
História
Existem várias conferências e revistas internacionais onde os resultados mais significativos em computação gráfica são publicados. Entre eles estão as conferências SIGGRAPH e Eurographics e a revista Association for Computing Machinery (ACM) Transactions on Graphics. A série conjunta de simpósios Eurographics e ACM SIGGRAPH apresenta os principais locais para os subcampos mais especializados: Simpósio sobre Processamento Geométrico, Simpósio sobre Renderização, Simpósio sobre Animação Computadorizada e Gráficos de Alto Desempenho.
Como no restante da ciência da computação, as publicações de conferências em computação gráfica são geralmente mais significativas do que as publicações em periódicos (e, subsequentemente, têm taxas de aceitação mais baixas).
Subcampos
Uma ampla classificação dos principais subcampos em computação gráfica pode ser:
- Geometria : formas de representar e processar superfícies
- Animação : formas de representar e manipular o movimento
- Rendering : algoritmos para reproduzir o transporte de luz
- Imagem : aquisição ou edição de imagens
Geometria
O subcampo da geometria estuda a representação de objetos tridimensionais em um ambiente digital discreto. Como a aparência de um objeto depende muito de seu exterior, as representações de limite são mais comumente usadas. As superfícies bidimensionais são uma boa representação para a maioria dos objetos, embora possam não ser múltiplas . Uma vez que as superfícies não são finitas, aproximações digitais discretas são usadas. Malhas poligonais (e, em menor extensão, superfícies de subdivisão ) são de longe a representação mais comum, embora as representações baseadas em pontos tenham se tornado mais populares recentemente (consulte, por exemplo, o Simpósio sobre Gráficos Baseados em Pontos). Essas representações são Lagrangianas, o que significa que as localizações espaciais das amostras são independentes. Recentemente, as descrições de superfície Euleriana (isto é, onde as amostras espaciais são fixadas), como conjuntos de níveis , foram desenvolvidas em uma representação útil para superfícies deformadas que sofrem muitas mudanças topológicas (com fluidos sendo o exemplo mais notável).
Os subcampos de geometria incluem:
- Modelagem de superfície implícita - um subcampo mais antigo que examina o uso de superfícies algébricas, geometria sólida construtiva , etc., para representação de superfície.
- Processamento de geometria digital - reconstrução de superfície , simplificação, carenagem, reparo de malha, parametrização , remeshing, geração de malha , compressão de superfície e edição de superfície se enquadram neste título.
- Geometria diferencial discreta - um campo nascente que define grandezas geométricas para as superfícies discretas usadas em computação gráfica.
- Gráficos baseados em pontos - um campo recente que se concentra em pontos como a representação fundamental de superfícies.
- Superfícies de subdivisão
- Processamento de malha fora do núcleo - outro campo recente que se concentra em conjuntos de dados de malha que não cabem na memória principal.
Animação
O subcampo de descrições de estudos de animação para superfícies (e outros fenômenos) que se movem ou deformam com o tempo. Historicamente, a maioria dos trabalhos neste campo tem se concentrado em modelos paramétricos e baseados em dados, mas recentemente a simulação física se tornou mais popular à medida que os computadores se tornaram mais poderosos computacionalmente.
Os subcampos de animação incluem:
- Captura de desempenho
- Animação de personagem
- Simulação física (por exemplo , modelagem de tecido , animação de dinâmica de fluidos , etc.)
Renderização
A renderização gera imagens de um modelo. A renderização pode simular o transporte de luz para criar imagens realistas ou pode criar imagens que possuem um estilo artístico específico em renderização não fotorrealística . As duas operações básicas na renderização realística são o transporte (a quantidade de luz que passa de um lugar para outro) e a dispersão (como as superfícies interagem com a luz). Consulte Renderização (computação gráfica) para obter mais informações.
Os subcampos de renderização incluem:
- Transporte descreve como a iluminação em uma cena vai de um lugar para outro. A visibilidade é um componente importante do transporte leve.
- Espalhamento: Modelos de espalhamento (como a luz interage com a superfície em um determinado ponto ) e sombreamento (como as propriedades do material variam na superfície) são usados para descrever a aparência de uma superfície. Em gráficos, esses problemas são frequentemente estudados no contexto da renderização, uma vez que podem afetar substancialmente o projeto dos algoritmos de renderização . As descrições de espalhamento são normalmente dadas em termos de uma função de distribuição de espalhamento bidirecional (BSDF). A última questão aborda como os diferentes tipos de espalhamento são distribuídos pela superfície (ou seja, qual função de espalhamento se aplica a onde). As descrições desse tipo são normalmente expressas com um programa chamado shader . (Observe que há alguma confusão, pois a palavra "sombreador" às vezes é usada para programas que descrevem a variação geométrica local .)
- Renderização não fotorrealística
- Renderização com base física - preocupada em gerar imagens de acordo com as leis da ótica geométrica
- Renderização em tempo real - concentra-se na renderização para aplicativos interativos, normalmente usando hardware especializado como GPUs
- Reavivando - área recente preocupada com a rápida re-renderização de cenas
Pesquisadores notáveis
- Arthur Appel
- James Arvo
- Brian A. Barsky
- Jim Blinn
- Jack E. Bresenham
- Loren Carpenter
- Edwin Catmull
- James H. Clark
- Robert L. Cook
- Franklin C. Crow
- Paul Debevec
- David C. Evans
- Ron Fedkiw
- Steven K. Feiner
- James D. Foley
- David Forsyth
- Henry Fuchs
- Andrew Glassner
- Henri Gouraud (cientista da computação)
- Donald P. Greenberg
- Eric Haines
- RA Hall
- Pat Hanrahan
- John Hughes
- Jim Kajiya
- Takeo Kanade
- Kenneth Knowlton
- Marc Levoy
- Martin Newell (cientista da computação)
- James O'Brien
- Ken Perlin
- Matt Pharr
- Bui Tuong Phong
- Przemyslaw Prusinkiewicz
- William Reeves
- David F. Rogers
- Holly Rushmeier
- Peter Shirley
- James Sethian
- Ivan Sutherland
- Demetri Terzopoulos
- Kenneth Torrance
- Greg Turk
- Andries van Dam
- Henrik Wann Jensen
- Gregory Ward
- John Warnock
- J. Turner Whitted
- Lance Williams
Aplicativos para seu uso
Design de bitmap / edição de imagem
Desenho vetorial
Arquitetura
Edição de vídeo
Esculpir, Animação e Modelagem 3D
- Blender 3D
- Wings 3D
- ZBrush
- Sculptris
- SolidWorks
- Rhino3D
- SketchUp
- Houdini
- 3ds Max
- Cinema 4D
- Maia
- Houdini
Composição digital
Renderização
Outros exemplos de aplicações
- ACIS - núcleo geométrico
- Autodesk Softimage
- POV-Ray
- Scribus
- Silo
- Hexágono
- Onda de luz
Veja também
Referências
Leitura adicional
- Foley et al . Computação Gráfica: Princípios e Prática .
- Shirley. Fundamentos de Computação Gráfica .
- Watt. Gráficos de computador 3D .
links externos
- Uma história crítica da computação gráfica e animação
- Série de artigos da História da Computação Gráfica
Indústria
Os laboratórios industriais que realizam pesquisas gráficas de "céu azul" incluem:
Os principais estúdios cinematográficos notáveis pela pesquisa gráfica incluem: