Descrição do Curso

Descrição do Curso - FCG

Computação Gráfica 3D

conceitos, fundamentos geométricos e algoritmos

Descrição

“Uma imagem vale por mil palavras”. Através da Computação Gráfica podemos pilotar espaçonaves, caminhar através de edificações que ainda serão construídas, observar modelos computadorizados em projeto, simulação ou animação e incrementar sistemas de informação com recursos de visualização tridimensional.

Através de um enfoque objetivo e prático, este Curso, na modalidade de Estudo Dirigido, pretende servir como base ou introdução para aqueles que se interessam tanto pelo desenvolvimento como pelo uso de sistemas gráficos. Serão fornecidos programas para demonstração e estudo, além dos algoritmos e do pseudocódigo das funções que permitem a criação, passo a passo, de um sistema básico de modelagem e visualização.

Pode ser feito isoladamente, ou seja, de forma independente, ou como o primeiro de uma seqüência de diversos Cursos complementares, onde a “Computação Gráfica” é o fundamento necessário para a compreensão e o domínio do conhecimento nas áreas da “Modelagem Geométrica” e da “Realidade Virtual”.

Objetivos

Introdução à Computação Gráfica, através da apresentação de seus principais conceitos básicos.

Estimular e Conduzir o estudante interessado em programação e desenvolvimento de sistemas, a construir, até o final deste Curso, a 1ª etapa de um ambiente gráfico básico para o estudo da Modelagem e da Visualização 3D, ou seja, o núcleo de um “Browser 3D”.

Despertar e Exercitar a Criatividade, através da motivação pela Pesquisa e Desenvolvimento na área da Computação Gráfica, mais especificamente, na Modelagem Digital (ou Geométrica ou Matemática), assim como, preparar uma base conceitual sólida para a atuação no campo da Realidade Virtual - VRML.

Programa

Este Curso está estruturado em 9 módulos-aula, abordando os seguintes assuntos:

Aula 1

Introdução e Revisão da Geometria Plana - Pontos, Linhas, Planos e Coordenadas, Linha que passa por dois Pontos, Ponto de Interseção entre duas Linhas, Segmentos de Linha, Tamanho de um Segmento de Linha, Ponto Médio de um Segmento de Linha, Linhas Perpendiculares, Vetores, Contexto Gráfico - Resolução e Pixel, Introdução às Atividades Práticas do Curso, Algoritmos, Exercícios de Programação, Exercícios de Aplicação.

Aula 2

Primitivas Gráficas e Sistemas de Coordenadas - Sistema de Coordenadas de Vídeo, (1) Primitiva – Posição, (2) Primitiva – Linha, Atributos da Linha, (3) Primitiva –Texto, Atributos do Texto, (4) Primitiva – Polígono, Atributos do Polígono, (5) Primitiva – Retângulo, (6) Primitiva – Elipse, Introdução às Atividades Práticas, Algoritmos, Exercícios de Programação, Exercícios de Aplicação.

Aula 3

Transformações Geométricas e Visualização 2D - Princípios das Transformações 2D, Conceitos Básicos sobre Matrizes, Transformação de Translação (Translation), Transformação de Escala (Scale), Transformação de Rotação (Rotation), Coordenadas Homogêneas e a Representação Matricial, Combinação das Transformações 2D, Sistema de Coordenadas do Usuário, Algoritmos, Exercícios de Programação, Exercícios de Aplicação.

Aula 4

Sistema do Usuário e o Processo Window to Viewport - Objeto, Imagem e o Sistema do Usuário, Conceitos de Window e Clipping, Conceito de Viewport, Determinação da Window, Montagem da Matriz de Transformação, Determinação do Viewport, Montagem da Transformação WindowToViewport, Algoritmos, Exercícios de Programação, Exercícios de Aplicação.

Aula 5

Viewport e o Processo de Clipping - Layout da Janela de Visualização, Algoritmo de Sutherland e Hodgman, Clipping de Linhas e Polígonos, Funcionamento do Algoritmo de Clipping, Clipping em relação aos Limites do Viewport, Montagem do Polígono resultante do Clipping, Algoritmos, Exercícios de Programação, Exercícios de Aplicação.

Aula 6

Geometria, Primitivas e Transformações 3D - Geometria 3D, Primitivas Gráficas 3D, Processo de Concepção 3D, Transformações 3D, Rotação em torno de um Eixo Genérico, Introdução à parte Prática, Exercícios de Aplicação.

Aula 7

Projeções Geométricas e Visualização 3D - Projeção Geométrica Planar, Projeção Paralela, Parâmetros de Visualização, Transformação para o Sistema de Visualização, Navegação e o Efeito Distância, Algoritmos, Exercícios de Programação, Exercícios de Aplicação.

Aula 8

Topologia, Ocultamento e Textura das Superfícies - Pontos, Polígonos, Grades e Mechas de Controle, Ocultamento e Textura (Hidden and Shading), Fundamentos do Algoritmo Back-Face, Conceitos da Geometria Analítica, Direção da Face e o Vetor Normal, Determinação da Visibilidade, Resolvendo as restrições do algoritmo, Aplicando Textura (Modelo RGB), Algoritmo do Pintor (Painter’s), Implementação dos Algoritmos, Topologia em Grade Retangular, Topologia em Mecha de Polígonos, Algoritmos, Exercícios de Programação, Exercícios de Aplicação.

Aula 9

Trabalho Final – Modelagem de um Objeto 3D e/ou, Desenvolvimento de um Algoritmo 3D, com aplicação de todos os recursos estudados (desde a Visualização até o Shading). Utilização do Sistema Gráfico construído pelo aluno e/ou do Ambiente Gráfico fornecido para estudo.

Leitura Recomendada

Para acompanhamento da matéria (assunto) não há necessidade de nenhum texto de leitura obrigatória. Dentro de seus objetivos, a exposição do trabalho é auto-suficiente.

É recomendado para aqueles que desejam se aprofundar na área, tanto a leitura dos textos básicos, como a pesquisa na Internet, assinatura de periódicos, participação em Feiras e Congressos, etc.. A Literatura existente sobre o assunto é na sua grande maioria em Inglês.

Um bom livro Texto

Computer Graphics - Principles and Practice (1996) - Foley, James D. / Van Dam, A. - Addison Wesley Pub.

Links para se atualizar com o “Estado da Arte” na Computação Gráfica e Modelagem Digital:

Pixar Animation Studios Hugues Hope

Carga Horária

Desenvolvida a critério do aluno. O sistema de aprendizado é operacionalizado através da técnica de Estudo Dirigido, apoiado por material didático em HTML, disponibilizado off-line (no ambiente do aluno). Através de e-mail o aluno dispõe de orientação acadêmica do próprio autor do curso.

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Pré-requisitos

(1)     Escolaridade:

Conhecimento ao nível de 2º Grau em Álgebra e Geometria.

(2)     Informática:

Conhecimento da Operação de Computadores em ambiente MS Windows, a partir do “95”. Disponibilidade de Equipamento para uso dos programas de estudo fornecidos durante o curso. Nota: O curso não visa o treinamento em qualquer sistema gráfico disponível no mercado. No entanto, podem ser usados como auxílio na realização dos exercícios e aplicações sugeridas no curso, desde que o aluno domine sua operação. O importante, neste caso, é o aluno alcançar o entendimento pretendido nos exercícios.

(3)     Informática – OPCIONAL (para alunos interessados em programação):

Conhecimento básico de, pelo menos, uma linguagem de programação de alto nível que ofereça suporte ao desenvolvimento de aplicações gráficas, como o Pascal, a partir da versão 7.0 - Borland Pascal with Objects. Os algoritmos são apresentados em Pascal ou no estilo Pascal, no entanto, podem ser implementados em qualquer linguagem com suporte gráfico ao nível do Microsoft Windows.

Público Alvo

Estudantes ou profissionais, desde o 2º Grau até a Pós-Graduação, nas diversas áreas de Ciência e Tecnologia, envolvidos no uso da Informática, quer como atividade Meio ou Fim e que desejam aprimorar sua carreira, iniciando ou aprofundando seus conhecimentos na Computação Gráfica, na Modelagem Digital e Realidade Virtual.

Áreas de Aplicação: Modelagem Geométrica (CAD) para emprego na Manufatura (CAM), Simulação, Animação por Computador, Geometria Computacional, Visão por Computador, Robótica, Visualização Científica, Circuitos Elétricos, Economia, Administração, Meteorologia, Web 3D, entre outras.

Orientador

Adriano Reis, J. G.

Engenheiro e Analista de Sistemas ( 1978 - 1985). Especializou-se em Computação Gráfica no Instituto de Pesquisas Espaciais - INPE, São José dos Campos - SP, 1987, a partir de cursos de pós-graduação na área de Sensoriamento Remoto.

Atuou em organizações de Ensino e Pesquisa da Aeronáutica, assim como, participou do processo de desenvolvimento de programas de Computação Gráfica na iniciativa privada. Atualmente, desenvolve pesquisas na Área da Modelagem Geométrica, Realidade Virtual e se dedica ao ensino e à publicação do trabalho desenvolvido nos últimos 14 anos.

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