Conceitos Essenciais em Processamento de Imagens e CG

Processamento de Imagens

1. O que é Quantização?

É o processo de exibir uma imagem com um número menor de cores. Implica em escolher os níveis (cores) e as células (mapa) de quantização. Os principais algoritmos são o de populosidade e do corte mediano (ideal para 8 bits). O processo é crítico na quantização para 1 bit, como na impressão em papel.

2. Etapas do Processamento de Imagens

Para cada uma das etapas de processamento de imagens, explique o funcionamento de um método disponível em cada um deles:

• Aquisição: Capturar imagem e deixá-la disponível para ser processada.
• Pré-processamento: Transformação da imagem para melhorar a qualidade ou ressaltar informações relevantes ao propósito desejado.
• Segmentação: Separar objetos importantes da imagem.
• Representação: Extração de características a partir do objeto segmentado ou da imagem como um todo.
• Reconhecimento: A partir das características, identificar o objeto que se encontra na imagem.

3. Características dos Formatos de Imagem

Quais as características dos formatos de arquivos de imagens?

• BMP (ou Bitmap): É o precursor. Ele armazena fotos e gráficos em pequenos quadrados que chamamos de pixels. Quanto maior o número de pixels em uma só fotografia, maior a qualidade da imagem.
• JPG: Possui como grande característica a possibilidade de compressão. É capaz de gerar blocos de pixels e, portanto, menos informação para armazenar. É facilmente enviado por e-mail e mensageiros instantâneos.
• GIF: É muito utilizado, principalmente para criar imagens animadas. Seu formato é 8-bit, possuindo apenas 256 cores. É um formato de compressão que não implica em tanta perda de qualidade quanto o JPG, mas traz menos cores e pode distorcer as imagens por conta disso.
• PNG: Suporta imagens com transparência e animações, com uma qualidade superior ao GIF. É um formato ideal para a internet e, também, para tirar screenshots da Área de Trabalho.
• SVG: É um arquivo baseado em texto e descreve as imagens com formatos vetoriais. Eles são capazes de comprimir ainda mais os arquivos, sem perda nenhuma de qualidade (mesmo ao redimensionar as imagens).

4. Tipos de Operações de Processamento Digital

Cite e explique os tipos de operações de processamento digital da imagem?

Imagem digital pode ser descrita como uma matriz bidimensional de números inteiros que corresponde a medidas discretas de radiância espectral de uma área. Algumas técnicas de processamento digital modificam o valor de cada pixel independentemente do valor dos pixels vizinhos e são chamadas operações pontuais, enquanto que outras levam em consideração os pixels vizinhos e são chamadas de operações locais. Cada ponto desta matriz é chamado de "picture element" ou, abreviadamente, "pixel".

5. O que é Amostragem?

O que é amostragem? Isso implica em quê na imagem?

Refere-se ao número de pontos amostrados de uma imagem digitalizada (resolução). Quanto melhor sua amostragem, melhor ainda será a sua resolução.

6. Tipos de Resolução e Influência

Explique quais são os tipos de resolução e o que cada uma delas influencia?

• Resolução Progressiva: Todas as linhas da imagem são reproduzidas de vez, não tendo 2 etapas para formar a imagem.
• Resolução Intercalada: A imagem é formada em 2 etapas. Primeiro aparecem metade das linhas da imagem espalhadas pela tela, depois, em uma pequena fração de tempo, ocorre outra varredura, mostrando as linhas que faltam. Neste modo, a qualidade de imagem é muito inferior à mesma resolução sendo formada progressivamente.

A resolução influencia na qualidade da imagem, principalmente na nitidez. O modo como ela é formada influencia e muito no resultado final.

7. O que é o Gradiente?

O que é o gradiente? Qual a sua utilidade? O que se tem após o seu cálculo?

Gradiente mede variação da intensidade, realça arestas, podendo derivar outras máscaras para outras direções (tudo é mesmo uma aproximação dada pelo cálculo infinitesimal).

8. O que consiste a Limiarização?

O que consiste a limiarização? Qual a sua importância? Como separar um objeto de um fundo uniforme?

O princípio da limiarização consiste em separar as regiões de uma imagem quando esta apresenta duas classes (o fundo e o objeto). A limiarização é baseada na utilização de um histograma. No caso de níveis de cinza bem repartidos, dado que o histograma apresenta distintamente as duas classes na forma de dois picos separados por um "vale", a limiarização é trivial.

Computação Gráfica e Visualização 3D

1. Vetores Unitários da Câmera

Uma câmera está colocada no ponto (0, 2, 10) no sistema da cena olhando na direção negativa do eixo z. Quais são os vetores unitários correspondentes aos eixos de referência da câmera?

Os vetores unitários correspondentes aos eixos de referência da câmera são (1, 0, 0), (0, 1, 0) e (0, 0, –1). A distância entre a câmera e seu plano de projeção é igual a 1.

2. Etapas de Visualização

O que consiste as etapas de visualização: Instanciamento, Recorte e Mapeamento?

• Instanciamento: A etapa de instanciamento permite que se crie cópias modelo. A partir de uma mesma entidade, diversas cópias podem ser geradas alterando a cada uma apenas as propriedades que forem necessárias. A estas cópias dá-se o nome de instâncias.
• Recorte: A etapa de recorte permite que se defina qual a região do desenho se deseja exibir.
• Mapeamento: A etapa de mapeamento permite que se exiba em uma tela, ou em outro dispositivo, um conjunto de instâncias com coordenadas totalmente diferentes daquelas nas quais a tela está definida.

3. Parâmetros do glFrustum

Explique o que consiste cada um dos parâmetros do glFrustum. O que ocorre quando aumenta-se e diminui-se cada um de seus parâmetros?

Esta função é responsável por multiplicar a matriz atual pela matriz de perspectiva. Esta função produz como resultado final uma projeção de perspectiva. A matriz atual não é a matriz passada na função. A matriz atual (ainda não estamos trabalhando com nenhuma) é multiplicada pela matriz passada, e o resultado é colocado no lugar da matriz atual. Basicamente essa função vai dizer qual será a posição de nossa câmera com relação aos objetos 3D.

4. Sistemas de Modelagem

Cite dois sistemas de modelagem, explique o que consiste cada um deles, onde ele é mais usado? Realize a comparação das vantagens e desvantagens de cada.

• BRL-CAD: É um sistema feito para modelar imagens geométricas. Como foi um software desenvolvido pelo exército americano e parceiros, ele é muito utilizado na construção de armas de guerra, sendo evoluído para desenhar vários outros tipos de imagens geométricas.
  Vantagem: Software livre, pode-se fazer desenho em segunda ou terceira dimensão, desenho próximo da realidade.
  Desvantagem: Demanda muito tempo na formatação do ambiente de trabalho, tempo que pode ser considerado perdido a cada novo trabalho iniciado, pois as configurações não são salvas; na área gráfica não são encontrados elementos de interação como barra de ferramentas ou ícones.
• AutoCAD: É um software do tipo CAD. É utilizado principalmente para a elaboração de peças de desenho técnico em 2 dimensões e modelos 3D.
  Vantagens: Possui versões portátil, visualização em diversos formatos, desenhos em duas e 3 dimensões; interface intuitiva, pode-se customizar a sua interface, é suportado por vários SOs.
  Desvantagens: Versões Comercializadas.

5. Universos: Físico, Matemático, Representação

O que consiste o universo físico, matemático, representação e implementação? Descreva o que é observado em cada um deles.

• Universo Físico: Objetos do mundo real.
• Universo Matemático: Descrição abstrata do mundo físico.
• Universo de Representação: Descrições simbólicas e finitas.
• Universo de Implementação: Uso de estruturas de dados para representar descrições do universo de representação.

6. Movimentação em Ambiente Virtual

Explique passo a passo de uma forma de como realizar a movimentação de um ambiente virtual.

7. Projeção Paralela vs Projeção Perspectiva

Qual a diferença entre uma projeção paralela e uma projeção perspectiva?

• Projeção Paralela: O tipo mais simples de projeção é a projeção paralela ou ortogonal, onde a imagem de um ponto é definida como a projeção normal deste ponto no plano de projeção. A projeção paralela pode ser vista como uma projeção perspectiva onde o centro de projeção está no infinito.
• Projeção Perspectiva: Tamanho da projeção de um objeto varia inversamente com a distância ao centro da projeção. Linhas paralelas, em geral, não são projetadas paralelamente, ângulos só são preservados nas faces paralelas ao plano de projeção e as distâncias não são preservadas. São projetadas no plano paralelo ao plano x-y.

8. Janela de Seleção e Janela de Visualização

Suponha um programa de desenho onde haja disponível, na tela, duas áreas de tamanhos diferentes para a exibição dos objetos. Utilizando os conceitos de Janela de Seleção (window) e Janela de Visualização (viewport), como seria possível exibir os mesmos objetos em ambas as regiões?

Basta apenas que os dois objetos estejam na mesma janela de seleção.

9. Comandos OpenGL

Explique para que servem os seguintes comandos em OpenGL:

• glPushMatrix: Pega a matriz de transformação atual e coloca em uma pilha, copiando seus valores. Sendo assim, você pode modificar a sua matriz corrente sem alterar a matriz que está na pilha.
• glPopMatrix: Serve para desempilhar uma matriz, copiando seus valores para a matriz corrente, depois que você tiver feito todas as suas modificações e quiser retornar à matriz que tinha antes de começar a desenhar.
• glViewport: Área retangular da janela gráfica onde é desenhada a imagem final.

10. Parâmetros do gluLookAt

Explique detalhadamente o que consiste cada um dos parâmetros do gluLookAt. O que acontece quando cada um desses parâmetros é modificado?

Define a câmera, isto é, através dos seus argumentos é possível indicar a posição da câmera e para onde ela está direcionada. Se modificados os parâmetros, a posição da câmera será alterada.