Universidade Federal do Rio Grande do Norte

DCA-0435 - Computação Gráfica

Lista com todos os exercícios

Primeira Lista de Exercícios

O que voce entende por Computação Gráfica?
Quais sao consideradas as três principais sub-areas da computação gráfica? Explique cada uma delas suscintamente.
O que é uma base vetorial? Quais os requisitos necessários para se ter uma base vetorial?
Qual a diferenca basica entre mapeamento e transformação? Para que isso é usado em Computação Gráfica?
O que é um referencial?
Explique o que é uma transformação linear? E uma transformação afim?
Quais as transformações 3D mais comuns? Coloque também a representação de cada uma em forma matricial.
O que são coordenadas homogêneas? O que são transformações homogêneas? Represente a notação para uma transformação homogênea generica em 3D, em sua forma matricial.
Dado o ponto P1=(2,1,1), calcule o ponto P2, rotacionado de 60 graus em torno de X, 45 graus em torno de Y e 30 graus em torno de Z, tudo em relação ao mesmo referencial (calcule as novas coordenadas do ponto P2 no espaço).
Aplique uma translação de (+3, -4, +5) no resultado da questão anterior.
Repita os dois exercícios anteriores, combinando as matrizes e vetores usados em uma transformação homogênea única.
O que vcoe entende por ângulos de Euler?
Dadas as matrizes A, B, C, D e E e o ponto P, como seria a transformação única que represedntaria a combinação da sequencia de transformações A aplicada a P, depois B aplicada ao resultado disso e assim sucessivamente até E aplicado ao resultado das operações anteriore, numa única matriz?

Segunda Lista de Exercícios

O que é uma imagem? Como representar imagens (explique vetorial e raster)? Por que os displays vetoriais morreram?
O que é um Display Full-color (ou true-color)? Explique por que alguns frame-buffers (true-collor ou high-end) possuem até 96 bits de profundidade (ou mais).
O que é uma tabela de cores (color-map)? Tente entender e faça um algoritmo que mapeia M cores (RGB) em uma colormap com N entradas formando uma rampa de tons de cinza?
Cite alguns dos formatos mais usados para armazenamento e manipulação de imagens (descreva suscintamente).
Para que serve a operação de convolução? Coloque a sua forma matemática, contínua e discreta, bidimensional.
Descreva o que é filtragem e para que serve.
Descreva a aplicação (para que serve), coloque a forma matemática e apresente exemplos de máscaras 3 x 3 para:

Filtro suavizante (blurring);
Filtro para realce de arestas (detector de arestas);
Filtro Gaussiano.
Filtro Gradiente do Gaussiano
Filtro Laplaciano do Gaussiano.

Coloque as imagens resultantes das convoluções do filtro gradiente de Sobel 3 x 3, nas duas direções X e Y, com a imagem abaixo. Coloque a imagem que representa a magnitude dos filtros aplicados.

Terceira Lista de Exercícios

Qual a diferenca basica entre irradiância e radiância? Sugestão: defina as duas.
Explique o que é luz e cor, fisicamente (comprimento de onda, faixa visível do espectro, etc). Cite alguns exemplos de cores com seus comprimentos de ondas aproximados.
Nós enxergamos completamente o que fisicamente existe? Discorra um pouco sobre isso.
Descreva o processo de captação da luz e cor em nossos olhos (retina, fóvea, cones, bastões, pigmentos visuais, etc).
Descreva sucintamente o microprograma que faz mudar a atenção de um lugar a outro (em modelos biológicos).
O que são espaços de cores? Para que servem? Quais são os mais comuns usados?
Qual a diferença entre um espaço aditivo e um subtrativo? Explique a aplicação de ambos (onde são utilizados).
O que voce entende por reflexão lambertiana ou difusa? E especular? E ambiente? Fale sobre atenuação da luz e atmosférica?
Discorra suscintamente sobre a equação de iluminação que junta todos os termos do exercício anterior (coloque a equaçao e defina cada termo).

Quarta Lista de Exercícios

Explique sucintamente o que é mapeamento de textura e para o que ele é usado em Computação Gráfica.
Como se especifica uma função para fazer o mapeamento de textura? Dê exemplos.
Cite exemplos de parâmetros que podem ser modificados usando um mapa de textura.
Qual a diferença básica entre "bump map" e mapa de deslocamentos?
Explique a idéia de usar textura sólida.

Quinta Lista de Exercícios

Nossos olhos colapsam o mundo (3D) em imagens na retina, que pode ser considerada como uma superfície (2D). O céerebro tem então que reconstruir em (3D). Num computador, este processo duas partes: transformacao de __________________ (posicao de camera e orientação) e transformacao de __________________ (reduz 3D para 2D). Ambas usam transformacoes ___________________ que formam a raiz da hierarquia de transformacao.
O que voce entende por camera pin-hole? Qual o principal problema da camera pin-hole e como resolve-lo?
Qual a principal diferenca entre projecao ortográfica e projecao perspectiva? Sugestão: defina as duas.
Descreva detalhadamente o modelo (approach) mais popular para implementar a transformacao de visualizacao (frustum, viewing, look_from, look_at, vup, etc). Use desenhos graficos para ilustrar a sequencia de transformacoes e coloque as equações e matrizes dessas operações.
Uma câmera fotográfica digital com distância focal de 100 mm e ângulo de abertura de 90 graus em ambas as direções (vertical e horizontal) encontra-se no ponto (2,3,2), sistema MKS, direcionada (com sua lente apontando) para o ponto (2,2,0), orientada de modo que o eixo x da câmera esteja na horizontal (eixo y inclinado para a frente). Dê o que se pede:

Sabendo que cada pixel tem dimensão de 1x1 mm, qual a quantidade de pixels em cada imagem (dimensões da imagem)?
Sabendo que a origem do sistema de coordenadas da imagem (no monitor, seria a origem da janela de exibição) encontra-se no canto inferior esquerdo, como no OpenGL, quais as coordenadas de imagem (em pixels) dos vértices do triângulo formado pelos pontos (1,1,0), (3,1,0), (2,3,0)? Faca um desenho gráfico (em escala) mostrando a imagem com o triângulo desenhado nela (2D). Obs: não desenhar partes do triângulo fora da imagem, se isto ocorrer.

Considerando um observador, com apenas um olho centrado na origem do sistema de coordenadas (MKS), olhando para a direção (1, 1, 1), calcule o ponto de interseção (mais pr..o do observador) do seu eixo ..o visual com a esfera centrada em (4,2,2) e de raio igual a 2, ou seja, o ponto visível na esfera.

Sexta Lista de Exercícios

Defina o problema de visibilidade.
Quais são os algoritmos básicos de visibilidade? Coloque o pseudo-código de cada um deles (são 4) e explique em detalhes as vantagens e desvantagens de cada um deles.
O que voce entende por Shading? Quais são os algoritmos de shading (explique de modo que se entenda o funcionamento de cada um deles)?
Qual é o algoritmo de shading default do OpenGL?
Qual a diferença básica entre o "Forward Ray Tracing" e o "Backward Ray Tracing" (sugestão: defina os dois)? Qual principal problema do primeiro método, resolvido parcialmente pelo segundo?
Quais os 3 tipos de raios a se considerar no ray-tracing recursivo? Descreva sucintamente cada um deles.
Sabemos que uma luz artificial pontual se encontra no ponto (3,3,3). Sabemos que uma câmera fotográfica digital possui distância focal de 100 mm, ângulo de abertura de 90 graus e encontra-se no ponto (2,3,2), sistema MKS, direcionada para o ponto (2,2,0), orientada de modo que o seu eixo x está na horizontal (eixo y inclinado para a frente). Cada pixel possui lado de comprimento 1mm (quadrado), como no exercício acima, e a origem do sistema de coordenadas da imagem (no monitor, seria a origem da janela de exibição) encontra-se no canto inferior esquerdo desta, como no OpenGL. Sabemos ainda que uma esfera pintada com tinta vermelha fosca (difusa), de raio 50cm encontra-se centrada no ponto (3,2,0). No algoritmo do "ray tracing" recursivo acima, dado o raio que parte do ponto focal da câmera em direção ao pixel (0,150), em coordenadas de imagem, determine se o raio em questão intersecta a esfera. Caso positivo, calcule os vetores (em coordenadas de mundo - MKS) que representam as direções dos 3 raios do exercício anterior.
Para que servem as estruturas de dados espaciais? Cite a ideia basica de funcionamento de pelo menos 4 das estruturas de dados espaciais discutidas em aula.
Qual das estruturas acima você usaria para acelerar o ray-tracing se muitos objetos estivessem numa pequena porção do seu ambiente de visualização? Explique o porquê de sua escolha.
Qual das estruturas acima você usaria para acelerar o ray-tracing se muitos objetos estivessem presentes de forma espalhada no seu ambiente de visualização? Explique o porquê de sua escolha.
Qual das estruturas acima você usaria para acelerar o ray-tracing se apenas alguns objetos complexos, isto é, modelado com muitas faces triangulares, estivessem presentes, de forma espalhada, no seu ambiente de visualização? Explique o porquê de sua escolha.
Quais as diferenças, em especificidade, das curvas paramétricas e implícitas (sugestão: defina as duas)? Indique as vantagens e desvantagens de cada uma.
Cite uma aplicacao de curvas parametricas em Computacao Grafica.
Quais as restrições que definem (especificam) uma spline de Hermite? Ou seja, como se define uma curva de Hermite e quais suas caracteristicas basicas? Coloque em forma matricial a equacao que a implementa.
Repita a questao anterior para spline de Bezier.
Qual a diferenca principal entre spline de Hermite e de Bezier? Como transformar uma spline de hermite para uma de Bezier (coloque a matriz de mudanca de base)?
Explique a propriedade do fecho convexo ("convex hull") para splines de Bezier.
Explique a ideia do principio da subdivisao para curvas de Bezier, ilustrando graficamente, e indique sua utilidade.
No espaço bidimensional (X,Y), dados os pontos P1 = (1,1), P2 = (2,4), P3 = (5,4) e P4 = (6,1), especifique a funcao parametrica (spline) de Bezier que define a curva que passa por P1 e P4. Usando a spline de Bezier especificada, calcule o valor da coordenada Y para X = 3 e para X = 4. Faca o desenho aproximadamente em escala desta curva (plotagem) usando o processo da subdivisao explicado em sala.
Com os dados anteriores, especifique a função paramétrica (spline) de Hermite que passa por P1 e P4. Obs: para definir as tangentes, use a matriz que transforma da base de Bezier para a de Hermite. Usando esta funcao, determine o valor de Y sobre a curva para X=2 e X=5.
Entendendo que modelos geométricos são definidos por parâmetros (valores), como voce faria para produzir uma animação usando estes parâmetros?
Qual a diferença básica entre Animação e Modelagem? Onde termina a animacao e comeca a modelagem?
Como é feito o processo de Animação Tradicional, usado em filmes de desenho animado como os do Mickey Mouse (explique cada passo do processo completo)? Explique por que o uso da técnica tradicional em computadores é impraticável (quais das fases tornam-se difíceis)?
Cite oito princípios definidos na prática a partir da experiência de animadores para a animação tradicional.
Cite as principais técnicas de animação por computador (pelo menos 5), explicando sucintamente cada uma delas (basicamente descreva como se faz em cada uma, citando suas vantagens, desvantagens, e características principais).
O que é Realidade Virtual? O que você entende por Realidade Aumentada? O que é Realidade Mista?
Qual a diferença básica entre RV imersiva e não imersiva?
Descreva o ciclo basico para se realizar realidade virtual?
Por que latência é um dos pontos chaves em RV? Explique por que uma pessoa pode sentir náuseas ao fazer RV.
Quais os dispositivos ("devices") mais comuns para se fazer realidade virtual (de entrada e de saída)? Descreva a utilidade básica e aplicação de cada um deles (pelo menos 5).
Fale sobre os ambientes virtuais compartilhados.

Se você encontrar algo que não esteja claro, por favor, consulte o professor para esclarecimentos.

Luiz Marcos

Last modified: Thursday, Nov 16 2006, by LM