Computação gráfica - Teoria e prática, Traduções de Inteligência Artificial

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CAPÍTULO 1

Visão Geral

1.1. Computação Gráfica, Arte e Matemática

1.2. Origens da Computação Gráfica

1.2.1. Escala Temporal

1.3. Áreas da Computação Gráfica

1.3.1. O Mercado da Computação Gráfica

1.4. Percepção Tridimensional

1.4.1. Informações monoculares 1.4.1.1. Perspectiva 1.4.1.2. Conhecimento prévio do objeto 1.4.1.3. Oclusão 1.4.1.4. Densidade das texturas 1.4.1.5. Variação da reflexão da luz 1.4.1.6. Sombras e sombreamentos 1.4.2. Informações visuais óculo-motoras 1.4.2.1. Acomodação 1.4.2.2. Convergência 1.4.3. Informações visuais estereoscópicas

1.5. Representação Vetorial e Matricial de imagens

1.6. Arquitetura de Hardware

1.6.1. Dispositivos Gráficos de Entrada 1.6.2. Dispositivos Gráficos de Saída

1.7. OpenGL

O primeiro experimento matemático foi artístico: a música. Segundo a história, foi o próprio Pitágoras quem descobriu que as notas musicais se relacionavam com as ra- zões do comprimento da corda do instrumento musical que as produziam ao vibrar (Maor, 1987). Como matemática, filosofia e música tinha a mesma importância no mundo Grego, nesta descoberta foram vistos sinais de que tudo no universo obedece- ria às mesmas leis da música, ou seja, a razão. Assim, os números racionais domina- ram a visão grega do mundo como o pensamento racional dominou sua filosofia. Na verdade, a palavra grega para razão é “logos” da qual se originou a atual lógica.

1.1. COMPUTAÇÃO GRÁFICA, ARTE E MATEMÁTICA

A computação gráfica é matemática e arte. É uma ferramenta de concepção de arte, assim como o piano ou o pincel. Esta ferramenta proporciona um maior poder de abstração, ajudando na criação de imagens complexas e em muitos casos não imaginadas. A relação entre luz, tempo e movimento constitui a base desta que po- deria ser classificada como uma arte tecnológica. A computação gráfica pode ser en- carada como uma ferramenta não convencional que permite ao artista transcender das técnicas tradicionais de desenho ou modelagem. Imagens que exigiriam do ar- tista o uso de uma técnica apurada de desenho podem ser geradas mais facilmente com o auxílio de softwares. As ilustrações que usam técnicas de radiosidade ou caustic são belos exemplos. Nesses casos, as representações das sombras são extre- mamente difíceis de serem desenhadas à mão. Com o uso de software, o artista pre- cisa ter apenas a idéia e deixar a parte complexa por conta da máquina. Contudo, es- ses softwares exigem um certo nível de conhecimento e treinamento que forçarão os artistas a uma complementação do estudo das técnicas de desenho tradicional, com a teoria da computação gráfica e matemática. A computação gráfica proporciona um novo impulso ao artista, abrindo novos horizontes, fornecendo meios para se fazer um novo tipo de arte. Uma questão que surgiu após o relacionamento da computação gráfica com as artes foi a definição do seu verdadeiro papel na criação. Ela é apenas uma ferramenta do artista ou ela é res- ponsável pela obra em si?

Consultando o dicionário Aurélio temos os seguintes significados da palavra arte: palavra originária do latim, que significa: “saber; habilidade”. Capacidade que tem o homem de pôr em prática uma idéia, valendo-se da faculdade de dominar a matéria. Ca- pacidade criadora do artista de expressar ou transmitir sensações ou sentimentos.

Para melhor interpretação consultamos novamente o dicionário Aurélio e vimos o significado da palavra criar. Criar significa: “dar existência a, tirar do nada, dar origem, formar, produzir, inventar, imaginar”. Segundo a ISO – (International Organization for Standardization) , a definição de computação gráfica é: “um conjunto de ferramentas e técnicas para converter dados para ou de um dispositivo gráfico através do computador”.

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A computação gráfica vista como ferramenta indicaria que temos um artista res- ponsável pela arte gerada. Mesmo as imagens geradas a partir de equações podem ser consideradas arte, se essas equações forem fruto da criatividade e da capacidade do descobridor que manifesta sua habilidade e originalidade inventiva. Então va- mos aproveitar para desmistificar uma questão. A matemática pode parecer um monte de números aglomerados em equações que se destinam apenas à construção de objetos concretos, mas isso não é verdade. Segundo Steve Hawking em seu livro The Large Scale Structure of Space-Time , “a matemática é a linguagem do homem com a natureza” e é exatamente aí que entram os computadores. A habilidade de si- mular a natureza em computadores tem sido objeto de atenção e curiosidade de toda a comunidade científica. Os fractais certamente são os melhores exemplos, compondo imagens intrigantes de realismo impressionante. Talvez seja melhor notar que a relação entre a arte e a computação gráfica é sim- biótica, uma interagindo com a outra, fazendo com que as duas evoluam de forma conjunta. A cada evolução da computação gráfica, podem ser abertos novos cam- pos para as artes e vice-versa.

1.2. ORIGENS DA COMPUTAÇÃO GRÁFICA

Conhecer a origem é saber se posicionar na escala da evolução, descobrindo as ne- cessidades, motivos e personalidades que alavancaram o desenvolvimento, para só, então, se projetar para um futuro real e imaginário. Parece existir um consenso entre os pesquisadores de que o primeiro computa- dor a possuir recursos gráficos de visualização de dados numéricos foi o Whirlwind I , desenvolvido pelo MIT. Esse equipamento foi desenvolvido, em 1950, com finali- dades acadêmicas e militares. Em 1955, o comando de defesa aérea dos Estados Unidos desenvolveu um sistema de monitoramento e controle de vôos (SAGE – Se- mi-Automatic Ground Enviroment) utilizando o Whirlwind I como plataforma. O sistema convertia as informações capturadas pelo radar em imagem de um tubo de raios catódicos (na época, uma invenção recente), no qual o usuário podia apontar com uma caneta ótica para os pontos suspeitos.

Em 1959, surgiu o termo Computer Graphics , criado por Verne Hudson, enquan- to o mesmo coordenava um projeto para a Boeing de simulação de fatores humanos em aviões. Em 1962, surgiu uma das mais importantes publicações da computação gráfica de todos os tempos, a tese de Ivan Sutherland (Sketchpad – A Man-Machine Graphi- cal Communication System) , introduzindo as estruturas de dados para o armazena- mento de hierarquias construídas através da replicação de componentes básicos, bem como as técnicas de interação que usavam o teclado e a caneta ótica para dese- nhar, apontar e escolher alternativas. Essa publicação chamou a atenção das indús- trias automobilísticas e aeroespaciais americanas. Os conceitos de estruturação de

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síntese e animação de personagens e Final Fantasy , o triunfo da modelagem de per- sonagens 3D; também não poderíamos deixar de citar Matrix Reloaded , com perso- nagens virtuais sendo usados, dentre outras coisas, para cenas de risco.

1.2.1. Escala Temporal

A escala temporal nos ajuda a identificar oportunidades e direções de investigação e aplicação. Algumas das fundações que merecem destaque são:

Euclides [300-250a.C.] – desenvolveu toda a geometria que norteou seu desenvol- vimento até o século XVIII.

Brunelleschi [1377-1446] – arquiteto e escultor italiano que usou de forma criativa a noção de percepção visual, e criou em 1425 a perspectiva.

Descartes [1596-1650] – matemático e filósofo francês que formulou a geometria analítica e os sistemas de coordenadas 2D e 3D.

Euler [1707-1783] – o mais produtivo matemático do século XVIII, que, entre ou- tros, criou o conceito de senos, tangentes, a expressão que relaciona o número de vértices, arestas e faces de poliedros etc.

Monge [1746-1818] – matemático francês que desenvolveu a geometria descritiva como um ramo da geometria.

Sylvester [1814-1897] – matemático inglês que inventou as matrizes e a notação matricial, uma das ferramentas mais comuns da computação gráfica.

Hermite [1822-1901] – matemático francês que provou a transcendência do nú- mero e (usado como base para os logaritmos naturais) desenvolveu funções elípti- cas e curvas, entre outros.

Continuando nossa escala temporal, podemos identificar os aspectos de mudan- ça que são considerados marcos da investigação científica e suas principais aplica- ções nas indústrias e na sociedade.

— Em 1885, iniciou-se o desenvolvimento da tecnologia do tubo de raios cató- dicos; — Em 1927, a indústria cinematográfica define o padrão de 24 imagens/segundo; — Em 1930, P. e W. Mauchly constroem o primeiro computador chamado ENIAC; — Em 1938, Valensi propõe o tubo de raios catódicos colorido; — Em 1947, os Bell Labs inventam o transistor; — Em 1950, Laposky cria as primeiras obras de arte com bases tecnológicas, usando um efeito de um osciloscópio;

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— Em 1955, surge o sistema Sage de monitoramento aéreo;

— Em 1956, o MIT constrói o primeiro computador totalmente transistorizado;

— Em 1959, surge o termo Computer Graphics , criado por L. Hudson da Boeing;

— No final da década de 1950, as universidades e empresas americanas, como a Boeing, começam a usar computadores para testar idéias e novas aplicações;

— Em 1960, é lançado o primeiro computador comercial DEC PDP-1;

— Em 1961, no MIT é criado o primeiro jogo de computador (Spacewars) para o computador DEC PDP-1; — Em 1963, Sutherland apresenta um sistema de desenho interativo de primiti- vas gráficas 2D baseado em caneta luminosa; — Em 1963, Englebart inventa o dispositivo de interação “mouse”;

— Em 1963, Zajac produz nos laboratórios da Bell o primeiro filme gerado por computador (imagens formadas de linhas e texto);

— Em 1963, surge o primeiro sistema comercial de CAD (DAC-1) ; — Em 1963, Coons inventa a teoria de representação de superfícies curvas atra- vés de “retalhos” baseados em aproximações polinomiais; — Em 1965, Roberts cria um algoritmo de remoção de partes invisíveis de seg- mentos de reta e introduz a noção de coordenadas homogêneas na represen- tação geométrica de objetos;

— Em 1966, é lançado no mercado o primeiro console caseiro de jogos Odissey; — Em 1966, surge a primeira empresa de produção computacional de anima- ções e efeitos especiais, a MAGI; — Em 1967, Rougelet cria o primeiro simulador de vôo interativo da NASA ;

— Em 1968, é fundada a Intel; — Em 1969, a MAGI produz para a IBM o primeiro comercial baseado em técni- cas de computação gráfica; — Em 1969, é criado entre os grupos da ACM o Special Interest Group on Grap- hics SIGGRAPH; — Em 1969, nasce a ARPANET, rede percussora da Internet;

— Em 1969, nos laboratórios da Bell, é construída a primeira matriz de pixels (cada pixel representado por 3 bits);

— Em 1972, A. Kay, no Xerox PARC, produz o computador gráfico Alto; — Em 1972, Bushnell funda a empresa ATARI;

— Em 1973, Metcalf desenvolve a tecnologia Ethernet e é editado o primeiro li- vro que aborda detalhadamente os algoritmos e métodos da computação grá- fica (autores Newman e Sproull); — Em 1977, a Academia de Artes e Ciências Cinematográficas de Hollywood cria a categoria de Oscar de Efeitos Especiais;

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Algumas das aplicações mais evidentes no momento são os mercados em reali- dade virtual e walkthrough para projetos arquitetônicos. Na comunidade científi- ca, é consenso que em breve os ambientes 3D modificarão os atuais sistemas ope- racionais, os banco de dados e todos os componentes de interface que deverão ser recriados para esse novo mundo. Programar para esse novo ambiente pode parecer um tanto hostil, exigindo dos programadores o conhecimento tanto de bibliotecas gráficas como OpenGL quanto da teoria da computação gráfica. Para designers, esse novo ambiente exigirá uma noção dos conceitos da computação gráfica e conhecimento de técnicas de modela- gem, utilizando-se poucos polígonos ou operações booleanas e mapeamento com li- mitações no tamanho das imagens. Diversos projetos já estão em desenvolvimento no Brasil, onde a mão-de-obra es- pecializada é praticamente inexistente. A teoria da computação gráfica pode impul- sionar sua carreira! No mercado atual, a computação gráfica está presente em diversos segmentos, alguns dos quais são resumidos neste quadro:

Arte Efeitos especiais, modelagens criativas, esculturas e pinturas Medicina Exames, diagnósticos, estudo, planejamento de procedimentos Arquitetura Perspectivas, projetos de interiores e paisagismo Engenharia Em todas as suas áreas (mecânica, civil, aeronáutica etc.) Geografia Cartografia, GIS, georreferenciamento, previsão de colheitas Meteorologia Previsão do tempo, reconhecimento de poluição Astronomia Tratamento de imagens, modelagem de superfícies Marketing Efeitos especiais, tratamento de imagens, projetos de criação Segurança Pública Definição de estratégias, treinamento, reconhecimento Indústria Treinamento, controle de qualidade, projetos Turismo Visitas virtuais, mapas, divulgação e reservas Moda Padronagem, estamparias, criação, modelagens, gradeamentos Lazer Jogos, efeitos em filmes, desenhos animados, propaganda Processamento de Dados Interface, projeto de sistemas, mineração de dados Psicologia Terapias de fobia e dor, reabilitação Educação Aprendizado, desenvolvimento motor, reabilitação

Além dessas aplicações que citamos, ainda existe uma série de fenômenos que só podem ser vistos com o auxílio da computação gráfica. Há algum tempo, era prati-

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camente impossível estudar certos tipos de comportamentos que fugiam à percep- ção humana. Com o advento da computação gráfica e o aperfeiçoamento de técni- cas e métodos computacionais, vários desses fenômenos podem agora ser visualiza- dos, modelados e estudados. Muito antes de se conseguir visualizar um segmento de DNA humano, seu estu- do já era possível através da computação gráfica. Em 1983, foi possível visualizar o vírus da AIDS e simular o seu comportamento. Através de dados científicos, foi cria- da uma imagem sintética que representava o vírus de forma adequada aos propósi- tos do estudo. Em um outro extremo, a computação gráfica nos permite estudar elementos que possuem extrema complexidade como os Buracos Negros, objetos extremamente maciços que aprisionam tudo o que está próximo deles, inclusive a luz; ou objetos só realizáveis em dimensões superiores à quarta, como a garrafa de Klein; ou ainda as imagens adquiridas por sinais de galáxias distantes. Quando a imagem real não é suficiente ou mesmo inviável, a imagem sintética toma o seu lugar. Por exemplo, podemos corrigir imperfeições causadas por ruí- dos, falta de luz ou distorções nas imagens transmitidas por satélites, visualizar uma nuvem radioativa, como a de Chernobbyl, ou enxergar o que ocorre no inte- rior dos profundos poços de petróleo. A imagem sintética pode mesmo transfor- mar qualquer dado em imagem, como os sinais de radar ou calor dos corpos no in- terior de um prédio. Esse tipo de “visão” só pode ser realizada com o auxílio da computação gráfica. A área médica encontra na computação gráfica uma poderosa aliada. É possível simular o corpo humano e obter conclusões a partir disso. Utilizando uma combi- nação de dados, como os de ressonância magnética, ultra-som, ou tomográficos, é possível reconstituir tridimensionalmente qualquer parte do corpo, focalizando seus elementos e possíveis doenças ou distúrbios. Na meteorologia, ciclones, tu- fões, deslocamentos de massas de ar, além do estudo do aquecimento global e da ca- mada de ozônio, podem ser representados para estudos e previsões.

1.5. PERCEPÇÃO TRIDIMENSIONAL

Entender a forma como percebemos a profundidade em imagens bidimensionais servirá tanto para evitarmos erros na confecção da imagem, como para possibilitar uma interação amigável com objetos em ambientes virtuais. Outro motivo relevan- te para o entendimento está na limitação tecnológica que nos fará usuários, por ain- da muito tempo, de telas de computador que, mesmo que estejam projetando uma visão estéreo, serão sempre imagens bidimensionais.

A percepção de “espacialidade” de uma imagem pode ser vista como a capacida- de que o ser humano tem de distinguir a forma, as cores, a textura e a relação espa- cial existente entre os objetos de uma porção do mundo real.

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1.5.1.2. Conhecimento Prévio do Objeto

O conhecimento prévio do tamanho de um objeto serve tanto para determinar a distância absoluta a partir do observador, quanto as distâncias relativas entre os ob- jetos. Além disso, quando há dois ou mais objetos no mesmo campo de visão, e o observador tem noção de seus tamanhos reais, o tamanho aparente serve para de- terminar qual deles está mais próximo ou mais distante. Quando olhamos o cubo à esquerda na Figura 1.1, conseguimos de imediato es- tabelecer uma noção da sua profundidade. Quando olhamos a imagem à direita na Figura 1.1, um galho de árvore, nosso cérebro não consegue perceber as profundi- dades. Essa limitação se deve ao fato de o objeto existir na natureza em uma infini- dade de formas criando a ausência de uma referência para nos auxiliar na percep- ção. Esse problema pode causar uma grande limitação em sistemas de realidade vir- tual ou jogos quando interagimos com objetos nunca vistos, e pode causar percep- ções errôneas de tamanho e posição de objetos na cena.

1.5.1.3. Oclusão

A oclusão é responsável pela informação da posição relativa dos objetos. Este fenô- meno, também chamado de interposição ou interrupção de contorno, é descrito com a obstrução da visão de um objeto por um outro que está mais próximo do ob- servador e sobre uma mesma direção de visão. Assim, quando um objeto A obscure- ce um objeto B , o cérebro sabe que o objeto A está mais próximo do que o objeto B.

1.5.1.4. Densidade das Texturas

Conhecido também como “gradiente de texturas”, este fenômeno visual baseia-se no fato de que muitos objetos possuem em sua aparência algum tipo de padrão

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A B

FIGURA 1.1. Limite da percepção de profundidade.

com uma certa regularidade. Nesse caso, à medida que os padrões aparecem mais densos e menos detalhados, mais distantes estarão do observador [Stevens, 1979]. As texturas também auxiliam na percepção do movimento, como, por exemplo, se girarmos uma esfera sem textura, nosso sistema de visão terá algu- ma dificuldade para perceber o seu movimento.

1.5.1.5. Variação da Reflexão da Luz

A mudança na intensidade da luz refletida ao longo de uma superfície de um objeto fornece informações sobre a forma e a curvatura da superfície desse objeto. Se não for gerada uma variação na cor dos pontos da superfície, a identificação do objeto pode se tornar difícil.

1.5.1.6. Sombras e Sombreamentos

Este efeito é útil na determinação da posição de um objeto em relação a um piso co- locado abaixo deste, ou na definição relativa entre objetos. [Gibson, 1950].

1.5.2. Informações Visuais Óculo-motoras

Estas informações são fornecidas pelo movimento dos olhos, produzidos pelos dois conjuntos de músculos do globo ocular. Um desses conjuntos é formado por seis músculos, que se inserem ao redor do globo ocular, o circundam e o movem forne- cendo informações do grau de contração para o cérebro humano. O segundo con- junto é responsável por focar os raios luminosos na retina (fundo do olho), mudan- do a curvatura da lente que fica atrás da íris, denominada cristalino. Há dois tipos de informações nessa categoria: acomodação e a convergência.

1.5.2.1. Acomodação

No processo de acomodação, os músculos ciliares dos olhos relaxam ou contraem para mudar o formato do cristalino (as lentes dos olhos), com o objetivo de alterar o foco dos objetos projetados na retina em função da distância desses objetos do observador.

1.5.2.2. Convergência

A convergência considera o grau de rotação dos olhos ao longo do eixo de visão (quando um objeto é focado) para obter informações a respeito da posição e da dis- tância.

1.5.3. Informações Visuais Estereoscópicas

Como os olhos estão posicionados em lugares diferentes, cada um vê uma imagem de forma diferente. Essa diferença é chamada disparidade binocular. O cérebro usa essas diferenças para obter a distância relativa dos objetos. Segundo Mckenna (1992),

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Na representação vetorial das imagens, são usados como elementos básicos os pontos, as linhas, as curvas, as superfícies tridimensionais ou mesmo os sólidos que descrevem os elementos, que formam as imagens sinteticamente no computador. Esses elementos são denominados primitivas vetoriais da imagem. As primitivas vetoriais são associadas a um conjunto de atributos que define sua aparência e a um conjunto de dados que define sua geometria (pontos de controle). Para esclarecer melhor, vamos considerar alguns exemplos. Dois elementos facilmente caracteri- zados como vetoriais, pela noção de vetores já discutida são os pontos e linhas retas. A cada elemento de um conjunto de pontos associa-se uma posição, que pode ser representada por suas coordenadas (geometria), e uma cor, que será como esses pontos aparecerão na tela (atributos). No caso de um conjunto de linhas retas, cada uma pode ser definida pelas coordenadas de seus pontos extremos (geometria) e sua cor, espessura, ou ainda se aparecerá pontilhada ou tracejada (atributos). A descrição matricial é típica das imagens digitalizadas capturadas por scanners ou utilizadas nos vídeos. É a forma de descrição principal na análise e no processa- mento de imagens. Em computação gráfica sintética, surgem nos processos de fina- lização (ray tracing, z-buffers). Na representação matricial , a imagem é descrita por um conjunto de células em um arranjo espacial bidimensional, uma matriz. Cada célula representa os pixels (ou pon- tos) da imagem matricial. Os objetos são formados usando adequadamente esses pi- xels. A Figura 1.2 explica melhor as formas de descrição de imagens matricial. Essa é a representação usualmente empregada para formar a imagem nas memórias e telas dos computadores e na maioria dos dispositivos de saída gráficos (impressoras e vídeos).

1.7. ARQUITETURA DE SISTEMAS

Os sistemas para computação gráfica precisam de alguns dispositivos gráficos de entrada e saída ( In/Out ou I/O) ligados a um computador. Assim, dispositivos gráficos são elementos críticos de um sistema de computação gráfica. Através dele interagimos com o sistema na busca de uma extensão dos limites de nosso corpo e uma melhor comunicação com a máquina. Ao contrário do software,

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memória de imagem imagem na tela

FIGURA 1.2. Descrição de imagens matriciais por conjunto de pixels.

que encontra nas novas arquiteturas de CPUs e memórias, um ambiente adequa- do para sua evolução contínua, o hardware enfrenta diversos obstáculos para sua evolução. Um dos principais obstáculos está no preço ocasionado pelo ele- vado custo de desenvolvimento que, apesar de freqüentes quedas, ainda está muito aquém da realidade do mercado consumidor. Outro grande obstáculo está no peso e tamanho desses componentes que devem ser reduzidos para que possam ser facilmente utilizados.

1.7.1. Dispositivos Gráficos de Entrada

Os dispositivos de entrada são componentes eletrônicos que permitem a movimen- tação e interação com os sistemas. A cada dia surge um novo dispositivo com novas propostas ergonômicas, recursos adicionais que agilizam a tarefa de interação ou simplesmente reduzem a quantidade de fios em sua mesa. Dentre os dispositivos mais usados na computação gráfica podemos citar:

Teclado: Basicamente podemos definir um teclado como um conjunto de teclas associadas a um código que corresponde ao caractere ou função. Diversos dis- positivos de teclado foram inventados ao longo de décadas, porém o mais usado é o teclado QWERTY. É irônico pensar que esse teclado foi inventado para a re- dução da velocidade do digitador e, como conseqüência, causar menores danos à sua saúde.

Mouse: Os mouses atuais utilizados por profissionais da computação gráfica são compostos por sensores óticos e processadores digitais para escanear a superfície sob o mouse sem a bola de rolagem. Enviam 1.500 sinais por segundo para rastear com segurança o menor movimento possível.

Joysticks: São alavancas de comando que determinam a direção e velocidade do cursor na tela. São usados geralmente nos jogos de videogame, estações de realida- de virtual e estações industriais de controle de robôs.

Tablet: Os tablets são extensões dos monitores sensíveis ao toque. Fruto de anos de pesquisas sobre como os profissionais realmente trabalham, os novos tablets são calibrados com perfeição para ler com absoluta precisão os movimentos da caneta, que opera com 1.024 níveis de sensibilidade à pressão. Estes são traduzi- dos em curvas suaves, transições graduais e controles precisos do traço. Um software incluso nos pacotes dos hardwares de tablet possibilita o reconheci- mento da escrita.

Mesa Digitalizadora: Dispositivo vetorial que consiste de uma mesa e de um aponta- dor. A cada vez que o usuário toca a mesa com o apontador é informado ao compu-

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Roupa de RV: A roupa para Realidade Virtual (ou data suits) é uma indumentária que permite a interação com o mundo virtual. A comunicação pode ser realizada de várias maneiras, sendo que o acompanhamento óptico de marcadores vem sendo o mais utilizado. Essas roupas são usadas para gerar informações do movimento hu- mano, a partir daí surge uma infinidade de aplicações para animações, esporte, de- senvolvimento de produtos, medicina etc.

1.7.2. Dispositivos Gráficos de Saída

É possível classificar os dispositivos de saída em duas principais categorias, segun- do a forma pela qual as imagens são geradas (veja seção anterior de descrição veto- rial e matricial de imagens): vetoriais e matriciais. Os dispositivos vetoriais conse- guem traçar segmentos de reta perfeitos entre dois pontos. Os dispositivos matri- ciais apenas conseguem traçar pontos, ou seja, segmentos de reta são traçados como seqüências de pontos próximos, são entretanto, bastante adequados para de- senhar áreas cheias e sombras, onde os vetoriais mostram deficiência.

Impressoras de Jato de Tinta: São equipamentos matriciais com cabeçote que eje- tam tinta sobre o papel. Podem utilizar tintas de várias cores e chegar a níveis altos de realismo na imagem impressa.

Impressoras Laser: São as que têm melhor qualidade. Um feixe de raio laser varre uma chapa em processo ótico parecido com o do cabeçote de uma impressora, o bombardeio do feixe deixa a chapa carregada com uma carga eletrostática. Por efei- to da atração elétrica, uma tintura (toner) adere à chapa e por pressão e aquecimen- to é fixada no papel formando a imagem.

Impressoras Térmicas: São equipamentos silenciosos, com boa resolução, podem trabalhar com ampla gama de cores. As impressoras térmicas precisam utilizar um papel termo-sensível especial.

Plotters: São dispositivos vetoriais e eletromecânicos que, de uma forma geral, produzem o desenho pelo movimento de uma caneta na superfície do papel. Existem dois tipos, em um, o papel permanece fixo e a caneta produz desenhos sobre o mesmo pela combinação de movimentos horizontais e verticais. No ou- tro tipo, o desenho é produzido pela combinação dos movimentos do papel e da caneta.

Monitores: A maioria dos modelos atuais se baseia na tecnologia de tubos de raios catódicos (CRT – Catode Ray Tube ), já madura e capaz de oferecer uma boa relação custo/benefício, para produzir imagens de qualidade em computadores pessoais. Mas dentro de poucos anos, encontrar um monitor CRT em uma loja poderá ser

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quase impossível. Em várias partes do mundo, já é difícil encontrar um modelo CRT nas lojas. A Apple Computer, por exemplo, aboliu os monitores CRT de seus sistemas. Os fabricantes NEC Mitsubishi e Hitachi também já deixaram de produzir modelos CRT. A queda drástica nos preços dos monitores LCD (Liquid Cristal Dis- plays) , seu pouco peso e espessura são as principais causas dessa derrocada. Porém, os CRTs têm ainda uma vantagem substancial em relação aos LCDs no que diz res- peito ao brilho e à versatilidade em resolução.

Monitores CRT: Até há pouco tempo era praticamente o único tipo de vídeo utilizado. A resolução máxima com a qual um monitor CRT pode trabalhar depende de sua ha- bilidade física em focar o feixe de elétrons sobre os pontos de fósforo. Os monitores CRT são compostos por um canhão que gera um feixe de elétrons. Um aquecedor é utilizado para liberar elétrons de um catodo, razão pela qual os monitores demoram um pouco para apresentar a primeira imagem depois de ligado. Esses elétrons são atraídos por anodos (cargas positivas) próximos à parte da frente do monitor (Figura 1.3). O feixe de elétrons percorre um caminho da esquerda para a direita e de cima para baixo, orientado por diversos componentes chamados bobinas defletoras. Ao atingir a extremidade direita da tela, o feixe é desligado para retornar à extrema es- querda da linha inferior e, quando atinge a extremidade de baixo, também é desativa- do para retornar novamente à primeira linha. Esse processo é chamado de varredura. Aumentando ou diminuindo a intensidade do feixe, consegue-se controlar o brilho dos pontos de fósforo da tela para gerar a imagem. A velocidade com que o feixe per- corre toda a tela é chamada de taxa de renovação ( refresh rate ) ou freqüência de varre- dura vertical. O padrão antigo para monitores determinava que a taxa de renovação ideal era de 60 Hz, mas um novo modelo desenvolvido pela VESA (Video Electronics Standards Association) recomenda a freqüência de 75 Hz para monitores trabalhando

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Feixe de elétrons

Canhão de elétrons

Máscara de sombra

Máscara perfurada

Tela de fósforo

FIGURA 1.3. Tubo de Raio Catódico.