Corso di Informatica Grafica a.a. 2011-2012 DICGIM – University of Palermo Dipartimento di Ingegneria Chimica, Gestionale, Informatica e Meccanica Introduzione.

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1 Corso di Informatica Grafica a.a. 2011-2012 DICGIM – University of Palermo Dipartimento di Ingegneria Chimica, Gestionale, Informatica e Meccanica Introduzione alla Computer Graphics Prof. Roberto Pirrone 26 settembre 2012

2 Corso di Informatica Grafica a.a. 2011-2012 DICGIM – University of Palermo Sommario Cosè la Computer Graphics (CG) Ambiti di applicazione Breve Storia della Computer Graphics Tecnologie dei display Grafica Raster e Grafica Vettoriale 26 settembre 2012

3 Corso di Informatica Grafica a.a. 2011-2012 DICGIM – University of Palermo Cosè la CG La Computer Graphics (CG) si occupa di sintesi di immagini, cioè delle tecniche di produzione di scene rappresentanti oggetti del mondo reale o contenuti astratti. Nel primo caso, entrano a far parte della CG anche tutte le tecniche volte a fornire una visualizzazione realistica del contenuto dellimmagine. Rendering foto-realistico Rendering non foto-realistico 26 settembre 2012

4 Corso di Informatica Grafica a.a. 2011-2012 DICGIM – University of Palermo Cosè la CG Per contro, la disciplina che si occupa di analisi di immagini è denominata Image Processing. In questo caso gli obiettivi dellelaborazione possono essere quelli di aumentare il contenuto informativo, ridurre il rumore, restaurare una immagine e così via. Image enhancement Image restoration Image analysis … 26 settembre 2012

5 Corso di Informatica Grafica a.a. 2011-2012 DICGIM – University of Palermo Cosè la CG In ogni caso in Image Processing si assume di partire da unimmagine digitale già acquisita e la si elabora, mentre in CG limmagine digitale è lobiettivo ultimo dellelaborazione. Altri ambiti che si occupano di immagini digitali sono la Computer Vision e la Pattern Recognition. 26 settembre 2012

6 Corso di Informatica Grafica a.a. 2011-2012 DICGIM – University of Palermo Cosè la CG La Computer Vision tenta di riprodurre i processi percettivi propri della visione basandosi su sistemi artificiali di acquisizione/elaborazione dei dati. Nellambito della Pattern Recognition si cerca di individuare la presenza di strutture più o meno complesse in unimmagine al fine di svolgere compiti di riconoscimento, sorveglianza, ispezione di manufatti per individuazione di guasti e così via. 26 settembre 2012

7 Corso di Informatica Grafica a.a. 2011-2012 DICGIM – University of Palermo Cosè la CG Alcune tecniche di elaborazione sono ormai patrimonio della CG Fotoritocco: effetti speciali che sono trasformazioni operate sul contenuto informativo delle immagini di partenza. Image warping: trasformazioni delle strutture presenti in unimmagine a fini ludici o di correzione di deformazioni introdotte dai dispositivi di acquisizione. 26 settembre 2012

8 Corso di Informatica Grafica a.a. 2011-2012 DICGIM – University of Palermo Ambiti di applicazine della CG Disegno delle interfacce utente Graphical User Interfaces (GUI) Interfacce Web (grafica bidimensionale abilitata da opportuni linguaggi di scripting e descrizione delle forme con formalismi XML) Simulazioni Scientifiche (processi fisici, chimici...) Professionali (simulazioni di dispositivi, CAD) Effetti speciali Pubblicità Cinema (film di pura animazione e film con personaggi animati) 26 settembre 2012

9 Corso di Informatica Grafica a.a. 2011-2012 DICGIM – University of Palermo Ambiti di applicazine della CG Arte Computer Art (disegni e animazioni a fini artistici, anche non foto-realistici) Fruizione del museo per mezzo di tecniche di realtà virtuale Intrattenimento Videogames Giochi in realtà aumentata (augmented reality) o realtà virtuale Medicina Ricostruzioni di parti anatomiche da TAC/RM/PET a fini diagnostici 26 settembre 2012

10 Corso di Informatica Grafica a.a. 2011-2012 DICGIM – University of Palermo Breve storia della CG La CG nasce insieme ai calcolatori, ma si mantiene fuori dal mercato del grande consumo per effetto dei costi elevati dei dispositivi grafici. Il suo sviluppo nasce dalla necessità di rappresentare in maniera semplice e altamente flessibile i dati elaborati dal calcolatore; è il caso di applicazioni scientifiche e di simulazione di processi. 26 settembre 2012

11 Corso di Informatica Grafica a.a. 2011-2012 DICGIM – University of Palermo Breve storia della CG Problemi connessi con la larga diffusione delle applicazioni di CG: costo HW grafico necessità di elevate risorse computazionali difficoltà di scrivere programmi interattivi (epoca del FORTRAN) SW dedicato per lHW grafico. 26 settembre 2012

12 Corso di Informatica Grafica a.a. 2011-2012 DICGIM – University of Palermo Breve storia della CG La diffusione, negli anni '80, dei primi calcolatori (ad esempio Apple Macintosh) che usano monitor con display di concezione moderna favorisce lo sviluppo di applicazioni grafiche per uso diffuso Prime fra tutte si sviluppano le interfacce grafiche che consentono agli utenti inesperti di interagire con sistema operativo e le applicazioni presenti su un calcolatore. 26 settembre 2012

13 Corso di Informatica Grafica a.a. 2011-2012 DICGIM – University of Palermo Breve storia della CG I primi display per la visualizzazione grafica sono basati sulluso di monitor del tipo televisivo in cui un Tubo a Raggi Catodici (Cathode Ray Tube: CRT) forma le immagini comandando la deflessione di un fascio focalizzato di elettroni (pennello elettronico). Il fascio è in grado di colpire qualunque punto del fondo del tubo sul quale è disposto uno strato di materiale fotosensibile (fosfori) che reagisce allimpatto emettendo luce. 26 settembre 2012

14 Corso di Informatica Grafica a.a. 2011-2012 DICGIM – University of Palermo Principio di funzionamento di un CRT 26 settembre 2012 CRT

15 Corso di Informatica Grafica a.a. 2011-2012 DICGIM – University of Palermo Monitor LCD 26 settembre 2012 Led Passivo Twisted Nematic Principio di funzionamento Liquid Crystal Display Thin Film Transistor (TFT)

16 Corso di Informatica Grafica a.a. 2011-2012 DICGIM – University of Palermo Retroilluminazione a LED Sono ancora monitor LCD Retroilluminazione Laterale con controllo in blocco dei led A tappeto luminoso con controllo del singolo pixel Gestione locale della dinamica 26 settembre 2012

17 Corso di Informatica Grafica a.a. 2011-2012 DICGIM – University of Palermo Monitor LED Tecnologia Organic Light Emitting Diode (OLED) i singoli pixel sono polimeri conduttivi organici che sono integrati nel display Monitor Active Matrix OLED (AMOLED) Lo schermo AMOLED è composto da una matrice pixel di OLED integrati in una sottile pellicola di transistor che genera luce attraverso l'attivazione elettrica e controlla il flusso di corrente per ogni pixel con struttura TFT. 26 settembre 2012

18 Corso di Informatica Grafica a.a. 2011-2012 DICGIM – University of Palermo Retina Display E un display LED, ma con una risoluzione tipicamente quadruplicata rispetto ai monitor classici della stessa dimensione. I pixel distano meno della potenza risolutiva dellocchio 26 settembre 2012

19 Corso di Informatica Grafica a.a. 2011-2012 DICGIM – University of Palermo Display 3D Tecnologia a polarizzazione Le due immagini sx e dx sono proiettate sullo schermo con polarizzazioni inverse 90° in senso orario e antiorario 45° e 135° Gli occhiali hanno lenti polarizzate in senso coerente con quelle proiettate Tecnologia con shutter Gli occhiali hanno elettronica a bordo per essere controllati dal display in modo da chiudere alternativamente uno degli occhi quando lo schermo mostra limmagine dellaltro occhio. 26 settembre 2012

20 Corso di Informatica Grafica a.a. 2011-2012 DICGIM – University of Palermo Grafica Raster Tutte le discipline che trattano di immagini digitali si basano su una rappresentazione di tipo RASTER dell'informazione pittorica: RASTER: Matrice di elementi pittorici detti pixel (picture element) che viene usata come struttura dati unica per l'acquisizione, la memorizzazione, l'elaborazione e la restituzione dellinformazione. Il monitor CRT e tutti i suoi successori (LCD, LED) sono in grado di indirizzare le posizioni dello schermo secondo un raster 26 settembre 2012

21 Corso di Informatica Grafica a.a. 2011-2012 DICGIM – University of Palermo 26 settembre 2012 Architettura di un terminale raster

22 Corso di Informatica Grafica a.a. 2011-2012 DICGIM – University of Palermo Grafica Vettoriale La grafica vettoriale vede la scena da rendere come il disegno di archi di curva orientati da un punto di partenza ad un punto di arrivo. Il display CRT si prestava bene a supportare questo approccio al disegno. 26 settembre 2012

23 Corso di Informatica Grafica a.a. 2011-2012 DICGIM – University of Palermo 26 settembre 2012 Architettura di un terminale vettoriale

24 Corso di Informatica Grafica a.a. 2011-2012 DICGIM – University of Palermo Grafica Vettoriale La grafica vettoriale ha problemi di "rinfresco": necessità di limitare il numero dei componenti e di ripeterli per mantenere la visibilità sullo schermo. Per ovviare a questo problema si utilizzavano terminali grafici DVST (Direct View Storage Tube) che sono come i CRT classici, ma i fosfori si trovano all'interno di elementi analogici di memoria che li mantengono accesi per un certo tempo. 26 settembre 2012

25 Corso di Informatica Grafica a.a. 2011-2012 DICGIM – University of Palermo Confronto La grafica vettoriale è ancora utilizzata come paradigma di disegno Applicazioni di disegno Grafica web CAD Viene simulata cioè viene poi convertita in raster 26 settembre 2012

26 Corso di Informatica Grafica a.a. 2011-2012 DICGIM – University of Palermo Confronto 26 settembre 2012 CaratteristicaGrafica VettorialeGrafica Raster Costo HWAltobasso QualitàOttimaBuona (i pixel sono elementi discreti aliasing) Occupazione in memoria MinimaAlta (il dato è una matrice a n bit/pixel; servono memorie dedicate) PerformanceMedia (problema del rinfresco hardware costoso) Intrinsecamente bassa (tutto il processing va fatto allinterno di ogni scan-line per ottimizzare)