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A computação gráfica é o estudo e manipulação de informações visuais e geométricas através da utilização de técnicas computacionais. Está associada a outras áreas como matemática aplicada, geometria e topologia computacional, processamento de imagens, visualização científica de informações etc.

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Síntese de imagens: envolve técnicas destinadas a
criação e manipulação de imagens a partir de modelos matemáticos e geométricos
Análise de imagens: é o processo inverso da síntese. Neste caso a imagem existe e de alguma forma é passada
ao computador através de equipamentos como mesas digitalizadoras, câmeras, scanner. (Ex: extração de
características para visão robótica.)
Processamento de imagens: uma imagem capturada com ruídos. Algoritmos de processamento de imagens (filtros) para melhorar as características
visuais da imagem, como aumentar o contraste, foco, reduzir ruídos e distorções.

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É uma área da computação gráfica que se concentra na geração e manipulação de imagens visuais, permitindo que o usuário interaja em tempo real com o conteúdo exibido. Essa interação é feita através de dispositivos de entrada, como mouse, teclado ou telas sensíveis ao toque, e resulta em uma experiência dinâmica e responsiva

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Usuários de programas/aplicativos: usam para produzir desenhos e imagens
Customizadores: adaptam programas existentes
Desenvolvedores/Programadores de aplicações específicas: desenvolvem “Reconhecedor de Digitais”, Editor de
Circuito Integrado, AutoCAD, Corel, ...
Desenvolvedores de ferramentas: desenvolvem Java 3D, OpenGL, DirectX, ...

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Arte, Medicina, Arquitetura, Engenharia, Geografia, Meteorologia, Astronomia, Marketing, Segurança Pública, Turismo, Moda, Processamento de Dados, Educação

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Diferenças entre Rasterizados e Vetoriais

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Diferenças entre Rasterizados e Vetoriais

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Gráficos Rasterizados:

Estrutura: São compostos por um conjunto de pixels organizados em uma grade.

Qualidade: A qualidade é dependente da resolução. Aumentar o tamanho pode resultar em pixels visíveis, perda de nitidez e aparência granulada.

Tamanho do arquivo: Geralmente maiores, devido à necessidade de armazenar a informação de cada pixel.

Uso: Fotos, imagens digitais, vídeos e imagens que precisam de transições suaves de cores.

Gráficos Vetoriais:

Estrutura: Baseados em objetos matemáticos (linhas, curvas, polígonos), que definem as formas.

Qualidade: A qualidade é mantida independentemente do tamanho, pois a imagem é descrita matematicamente, não por pixels.

Tamanho do arquivo: Geralmente menores, pois armazenam apenas as informações para desenhar as formas, não a imagem em si.

Uso: Logotipos, ilustrações, mapas, desenhos técnicos, onde a qualidade é essencial mesmo em diferentes tamanhos.

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Rasterização é o processo de converter imagens vetoriais em imagens rasterizadas, compostas por pixels. É um procedimento fundamental para exibir imagens em dispositivos digitais, como monitores e smartphones.

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Como funciona: Algoritmos determinam a cor de cada pixel com base na imagem original

O que gera: Imagens compostas por pixels, pequenos quadrados coloridos

Onde é usada: Em computação gráfica, edição de imagem, pós-processamento, jogos, digitalização de documentos

Vantagens: Permite representar imagens complexas com alta fidelidade e detalhamento

Problemas: Aliasing, que ocorre quando as bordas das primitivas aparecem pixelizadas

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As imagens são divididas em pequenos pontos chamados de pixels, que são organizados em uma grade para formar a imagem final. Cada pixel é atribuído a uma cor específica, resultando em uma representação visual da imagem

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O algoritmo de Bresenham é usado para desenhar linhas, enquanto o algoritmo scanline é usado para preencher regiões. Ambos são fundamentais em computação gráfica e processamento de imagens, eles oferecem métodos eficientes para lidar com elementos básicos como linhas e polígonos.

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Finalidade: Desenhar linhas retas em uma grade de pixels de forma eficiente.

Como funciona: O algoritmo de Bresenham usa aritmética de inteiros para calcular os pontos que devem ser plotados para criar uma linha reta. Em vez de usar cálculos de ponto flutuante, ele usa um critério de decisão que determina se um ponto deve ser plotado ou não.

Vantagens: A eficiência e o uso de aritmética de inteiros tornam o algoritmo de Bresenham adequado para implementação em sistemas limitados e para aplicações que exigem rápido desenho de linhas.

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Coordenadas: As coordenadas (x, y) são usadas para definir a posição dos pontos no espaço, cada pixel tem um a coordenada que é usado para identificar sua posição na tela.

Preenchimento: Após identificar os pixels dentro da área, a rasterização preenche esses pixels com a cor ou o padrão especificado.

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A modelagem geométrica é um campo amplo que abrange diversas abordagens

Modelagem de Sólidos: Utiliza técnicas para representar a forma e as características de objetos tridimensionais, permitindo o cálculo de propriedades como volume, área e massa.

Geometria Descritiva: Representa objetos tridimensionais em um espaço bidimensional (plano) através de projeções, facilitando a análise e a compreensão da geometria do objeto.

Geometria Espacial: Estuda as propriedades dos objetos geométricos no espaço tridimensional, incluindo sólidos geométricos como poliedros e corpos redondos.

Modelagem de Superfícies: Utiliza superfícies matemáticas para representar a forma de objetos, como curvas, cones e cilindros.

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Ela engloba diversas técnicas, como a modelagem de sólidos, a geometria descritiva e a geometria espacial, que visam representar objetos tridimensionais de forma precisa e funcional.

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Pontos: Representam locais específicos no espaço, sendo a base para a construção de outros elementos geométricos.

Retas: Representam linhas infinitas no espaço, definidas por dois pontos.

Planos: Representam superfícies infinitas no espaço, definidos por três pontos não colineares.

Sólidos: Objetos tridimensionais, como cubos, pirâmides e cilindros, que podem ser representados por seus pontos, arestas e faces.

Superfícies: Representam a superfície de um objeto, como a superfície de um cilindro ou uma esfera.

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Engenharia: Para o projeto e a análise de estruturas, máquinas e produtos.

Design: Para a criação de produtos, ambientes e modelos de objetos.

Geoprocessamento: Para a representação e análise de dados espaciais, como mapas e modelos digitais do terreno.

Computação Gráfica: Para a criação e manipulação de imagens e objetos 3D.

Educação: Para a visualização e o ensino de geometria espacial.

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Finalidade: Preencher regiões poligonais em uma tela ou imagem.

Como funciona: O algoritmo scanline funciona percorrendo linhas horizontais (scanlines) na imagem. Para cada scanline, ele encontra os pontos de intersecção com os lados do polígono, calcula a área entre esses pontos e preenche a região com a cor desejada.

Vantagens: O método scanline é simples e eficiente para preencher regiões poligonais, sendo amplamente utilizado em diversas aplicações de computação gráfica.

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Translação

A translação consiste em mover uma figura de um ponto a outro no plano, mantendo sua forma, orientação e tamanho.

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Rotação

A rotação de uma imagem consiste em girá-la em relação a um ponto no plano, chamado de centro de rotação. Para realizar a rotação de uma figura, devemos considerar a orientação do giro (sentido horário ou anti-horário), e a medida, em graus, do ângulo de rotação.

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Na escala, as dimensões da imagem são aumentadas ou diminuídas, mantendo a proporção.

Nestes casos, os ângulos permanecem os mesmos, mas os comprimentos e larguras aumentam ou diminuem. Por isto, a forma da imagem é mantida, enquanto sua área é alterada.

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Design e Arte: As transformações geométricas são ferramentas essenciais para criar padrões repetitivos, texturas e efeitos visuais em desenhos, artes gráficas, arquitetura e moda.

Engenharia e Arquitetura: Para modelar e simular estruturas, criar planos, realizar cálculos de engenharia e visualizar projetos em 3D.

Ciências: Em áreas como a física, a química e a biologia, as transformações geométricas podem ser utilizadas para analisar a simetria de moléculas, cristais e padrões naturais.

Informática e Jogos: Para criar animações, movimentar objetos, girar câmeras e gerar efeitos especiais em jogos, softwares e aplicativos.

Matemática e Educação: As transformações geométricas são utilizadas para ensinar conceitos geométricos, construir figuras, resolver problemas e desenvolver o raciocínio espacial.

Cotidiano: Ao ampliar ou reduzir uma foto, girar um objeto, criar um espelho virtual ou construir uma casa, estamos utilizando transformações geométricas.

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Estruturas de Dados em Aplicações Gráficas 5

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Estruturas de Dados em Aplicações Gráficas 5

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Renderização:

Listas: Para armazenar e acessar elementos gráficos, como polígonos ou objetos 3D, em uma ordem específica.

Árvores: Para estruturar hierarquicamente cenas complexas, facilitando a organização e o acesso aos elementos visuais.

Grafos: Para representar relações entre elementos gráficos, como conexões entre nós de um objeto 3D ou em um mapa.

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Ordenação:

Listas Ordenadas: Para organizar elementos gráficos por critérios específicos, como distância ou profundidade, facilitando a renderização e o tratamento de elementos ocultos.

Árvores de Busca Binária: Para organizar elementos gráficos de forma eficiente, permitindo buscas rápidas por elementos específicos.

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Tabelas Hash: Para acessar elementos gráficos de forma rápida, utilizando uma chave única para cada elemento.

Árvores de Otimização: Para otimizar a renderização de cenas complexas, reduzindo a quantidade de elementos que precisam ser processados.

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São pontos ou nós que compõem a estrutura de um grafo.

Exemplo: No grafo que representa uma rede social, cada pessoa seria um vértice.

Representação: Em listas de adjacência, cada vértice tem uma lista de outros vértices com os quais está conectado por uma aresta.

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São Linhas que conectam dois vértices.

Exemplo: Em uma rede rodoviária, uma estrada seria uma aresta que conecta duas cidades (vértices).

Representação: Em listas de adjacência, as arestas são implicitamente representadas pelas conexões entre vértices em cada lista. Em listas de arestas, cada aresta é representada por um par de vértices que ela conecta.

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Dimensão: 2D

Divisão: Cada nó interno tem 4 filhos, representando os 4 quadrantes da região.

Uso: Representação de imagens, análise de dados espaciais, jogos, etc.

Exemplo: Uma quadtree pode ser usada para representar uma imagem, onde cada célula representa um bloco de pixels. Se um bloco tiver uma cor homogênea, ele pode ser representado por um único nó na quadtree.

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Dimensão: 3D

Divisão: Cada nó interno tem 8 filhos, representando os 8 octantes da região.

Uso: Modelagem 3D, gráficos, jogos e visualização científica

Exemplo: Uma octree pode ser usada para representar um modelo 3D, onde cada célula representa um bloco de volume. Se um bloco for homogêneo, ele pode ser representado por um único nó na octree.

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Frame Buffer:

O que é: Uma área da memória que armazena os dados de cor dos pixels que serão mostrados na tela

Função principal: Guardar a imagem final que será exibida após todo o processamento gráfico, em texturas, sombras e iluminação

Formato típico: Contém informações como:

RGB cores básicas

RGBA adiciona transparência

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Depth Buffer

O que é: Um buffer auxiliar que guarda a profundidade de cada pixel.

Função principal: Resolver quais objetos estão na frente e quais estão atrás, para que apenas os visíveis sejam desenhados no frame buffer.

Como funciona: Cada pixel tem um valor de profundidade. Durante o rendering, se um novo fragmento tem uma profundidade menor (mais próximo da câmera), ele substitui o valor atual no depth buffer e atualiza o frame buffer com sua cor.