Dispositivos Gráficos

Transcrição

Fundamentos de Representação Gráfica
Dispositivos Gráficos
Frederico Damasceno Bortoloti
Adaptação de:
M. Cristina
Cl di Esperança
Claudio
E
Paulo Roma Cavalcanti
Classificação
• Formato
F
t d
dos d
dados
d
Vetorial
Matricial
• Funcionalidade
Entrada
Saída
Processamento
Formato dos dados
• Natureza Analógica
• gráficos vetoriais
(“vector graphics” )
– iimagens formadas
f
d
por segmentos de reta
– geradas a partir de
“display files”
• Natureza Digital
• gráficos matriciais
(“raster graphics”)
– iimagens formadas
f
d
pelo preenchimento
d matriz
de
t i de
d “pixels”
“ i l”
– geradas a partir de
“frame-buffers”
Formato Vetorial
• Dados
D d descritos
d
i
por coordenadas
d
d de
d um
espaço vetorial
Posições ou vetores.
• Estações g
gráficas vetoriais Tektronix foram
muito populares no passado.
Flicker ((cintilação)
ç ) quando
q
o número de
vetores crescia muito
Arquitetura de Dispositivo de
Exibição Vetorial
Geração da Imagem em
Dispositivo Vetorial
• Descrição da cena mantida em arquivo
denominado “display
p y ffile”
• Controlador de vídeo interpreta comandos
especificados no display file
• Comandos primitivos:
posiciona no ponto (x,y)
traça linha da posição corrente até o ponto
(x,y)
Dispositivos Vetoriais:
Características
• Representação, manipulação e display da cena
baseadas na representação
p
g
geométrica dos
objetos (mantida na display list).
• Restauração da tela é feita retraçando os
vetores que definem os objetos (varredura
por rastreio
i aleatório)
l ói )
Vantagens
• Operações podem ser aplicadas diretamente
sobre objetos
j
• Transformações podem ser aplicadas apenas
aos pontos extremos
• Pouca memória mesmo para cenas
complexas
• Ausência de aliasing
Desvantagens
• Difícil preencher interiores dos objetos
• “Flicker”
Flicker em imagens complexas
• Restauração da tela depende da
complexidade
l id d da
d cena
• Alto custo
• Tecnologia ultrapassada (há muito tempo)
Formato Matricial
• Barateamento
B
do
d custo da
d memória
ó i torna
os monitores matriciais bastante populares
(4
(4MB:
1024x1024x4bytes/pixel).
1024 1024 4b
/
l)
p
ç de imagens
g
• Permite a representação
bidimensionais e volumétricas.
• Espaço discreto com representação
bastante simples: matriz M x N.
• Principal problema: aliasing.
aliasing
Arquitetura de Dispositivo de
Exibição Matricial
Representações Matriciais
• R
Representação
t ã fl
flexível
í l e muito
it comum
• Complexidade de processamento = O (no de pixels)
• Muitas operações implicam
l
em perda
d de
d precisão
(reamostragem)
Ex.:
E rotação,
t ã escala
l
Técnicas para lidar com o problema
• Ex.:
Ex : técnicas anti-serrilhado
anti serrilhado (anti
(anti-aliasing)
aliasing)
• Exibição
Dispositivos matriciais
Dispositivos vetoriais (requer uso de técnicas de
reconhecimento de padrões)
Representação Discreta
Varredura por Rastreio Fixo
Geração da Imagem em
Dispositivo Matricial
• Descrição da cena mantida no frame buffer,
que contém uma p
q
posição associada a cada
pixel da tela
• Para cada pixel
pixel, o valor armazenado na
posição correspondente define a intensidade
( cor)) com que o pixel
(ou
i l será
á traçado
d
• Todos os objetos
j
são pixels
p
Pixels
Cada pixel corresponde a
uma pequena área da
imagem – armazenados
no frame buffer
Fonte: E. Angel, Interactive Computer Graphics
Conversão
• Vetorial -> Matricial: rasterização.
• Matricial -> Vetorial: segmentação.
g
ç
Conversão entre representações
Repr.
p Vetoriais
Rasterização,
“Scan conversion”
Reconhecimento
de padrões
Repr Matriciais
Repr.
Dispositivos de Entrada
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Teclado
Mouse
Trackball e Spaceball
Joystick
Digitalizador (tablet)
Touch panel
Light pen
Data Glove
Voz
mouse
data tablet
trackball
light pen
joy stick
space ball
• Interface
I
f
Háptica
H i
Refere-se à tecnologia que conecta com o usuário via
o sentido
tid d
do tato
t t aplicando
li
d fforças, vibrações,
ib õ e/ou
/
movimentos do usuário.
Esse estímulo mecânico pode ser usado para assistir
na criação de objetos virtuais (objetos em simulações
p
) p
para controle de tais objetos
j
virtuais,
de computador),
e para avançar o controle remoto de máquinas e
dispositivos (teleoperadores e force feedback).
Essa tecnologia emergente promete alcançar amplas
aplicações como já tem em alguns campos.
Data Glove
Data Glove
• Permitem ´pegar´ um objeto virtual
• Conjunto de sensores detectam os movimentos da mão e
dos dedos, bem como posição e orientação da mão
Scanners 3D
Scanners 2D e 3D
• Permitem entrar coordenadas definidas em
um espaço
p
2D e 3D
• Digitalizar desenhos ou objetos
• A partir
i dos
d pontos de
d entrada
d é
reconstruído um modelo da superfície do
objeto definido no espaço 3D
Dispositivos de Entrada 3D
• Captam uma posição 3D, ou uma variação de
p
posição
• Retornam 3 valores para o programa: tripla
(x y
(x,
y, z)
• Alguns retornam também 3 ângulos de
rotação
• Ex.
Ex Digitalizador 3D
3D, spaceball,
spaceball dataglove
Mi
MicroScribe
S ib 3D Digitizers
Di iti
http://www.3d-microscribe.com
CyberGlove
http://www.cyberglovesystems.com/
O sistema CyberForce é uma opção projetada para trabalhar com o
exoesqueleto CyberGrasp, o sistema de reflexão de força pesoleve q
que se acopla
p sobre uma data g
glove CyberGlove
y
e adiciona
um force feedback de resistência a cada dedo.
http://www.vrealities.com/cyberforcehi.html
Spaceball 2003
Spaceball 5000
http://www.3dconnexion.com/
Advanced Wrist Rest Design
LCD Workflow Assistant
The Function Key Applet
Keyboard Modifiers
Navigation
Setting
g Keys
y
Function Keys, Outlook® Mail,
Outlook® Calendar,
Calendar Outlook®
Tasks, RSS Feeds
CATIA V5/V6, NX, SolidWorks,
Inventor Pro/ENGINEER,
Inventor,
Pro/ENGINEER Solid
Edge, 3ds Max, Maya, Softimage
e SketchUp
Standard 3D Mouse keys
QuickView Navigation Keys
Intelligent
g
Function Keys
y
3Dconnexion Cap
Conversão de Coordenadas
mundo 2D e dispositivos
Coordenadas do Mundo
(X Y)
(X,
Coordenadas do
Dispositivo de
Entrada (DCX, DCY)
NDC
(NDCX, NDCY)
Coordenadas do
Dispositivo de
Saída (DCX, DCY)
Dispositivos de Saída
•M
Monitores
i
CRT
LCD
Plasma
• Impressoras
Jato de Tinta
Laser
p
((formulário contínuo))
Impacto
• Traçadoras (plotters)
Monitores
• Resolução
R l ã espacial:
i l
De 640x480 até 2560x2048
• CRT
Dot p
pitch de 0.20 mm ((0.60 mm TV))
• LCD
Contraste de 500:1 até 5000:1
Tempo de resposta de 12 ms até 2 ms*
•Plasma
Plasma
Contraste de 10000:1
*<16ms é suficiente para games
<10ms imperceptível ao olho
Quantidade de Cores
• Resolução de cor
Monocromático
M
i (preto
(
e branco)
b
)
•Praticamente restrito a PDAs e
equipamentos
i
d
de baixo
b i custo
Colorido
•16.2 milhões de cores (24 bits)
Personal Display Assistant
Seleção de Cores
• T
Tabela
b l d
de cores
• Cada pixel é representado por um índice de uma tabela de
cores (look up table).
table) Entrada RGB (24 bits).
bits)
• Permite poucas cores simultâneas (ex.: 256), escolhidas de
um universo g
grande ((ex.: 224)). Problema de quantização.
q
• RGB
• Cor é expressa em RGB: (red), verde (green) e azul (blue).
• True color: 24 bits (8 bits para cada componente).
• Quando o número de bits não é divisível por 3, a resolução
d azull costuma ser menor do
do
d que das
d outras 2
componentes.
Dispositivo de Processamento
• H
Hardware
d
especializado
i li d
• Uso de paralelismo para atingir alto desempenho
• Alivia a CPU do sistema de algumas
g
tarefas, incluindo:
Transformações
• Rotação, translação, escala, etc
Recorte (clipping)
• Supressão de elementos fora da janela de visualização

Projeção (3D →2D)
Mapeamento de texturas
Rasterização
Amostragem de curvas e superfícies paramétricas
• Geração de pontos a partir de formas polinomiais
• Normalmente usa memória separada da do sistema
Maior
M i banda
b d
Arquitetura de Sistemas Gráficos
CPU
P ifé i
Periféricos
Arquitetura Simples
Barramento (BUS)
Memória
Frame
Buffer
Controlador
de vídeo
Monitor
Arquitetura de Sistemas Gráficos
CPU
P ifé i
Periféricos
Arquitetura
com processador
gráfico
Barramento (BUS)
Memória
do
Sistema
Processador
gráfico
Memória
Frame
Buffer
Monitor
Controlador de
vídeo
Frame Buffer
• Resolução:
R l ã número
ú
d
de pixels
i l
• Implementado c/ memória VRAM/DRAM
Vid
Video random-access
d
memory
Dynamic random-access memory
Acesso rápido para re-exibição
re exibição e atualização
• Profundidade do f.b. (depth):
• Número de bits p/ cada pixel,
pixel determina o número
de cores que o sistema consegue exibir
1 bit = 2 cores; 8 bit = 28 = 256 cores
24 bit = 224 = sistema true color
• Sistema RGB: grupos de bits associados a cada uma
de 3 cores primárias: Red, Green, Blue
Frame Buffer
• f.b. pode armazenar outras informações além da cor
do pixel
múltiplas camadas, ou múltiplos buffers
• Sistemas em g
geral têm p
processador g
gráfico dedicado
recebem da aplicação especificações de primitivas
gráficas e determinam como traçá-las
g
ç
na tela
• Quais pixels devem receber valores de maneira a aproximar
as primitivas
• Processo de ´rasterização´, ou conversão matricial
Sistemas sofisticados podem ter vários processadores
dedicados para funções gráficas específicas
Frame Buffer
• “Pixel Depth” = “Bit Planes” (profundidade)
p = d → 2d cores p
possíveis ((reais))
• depth
• Palette Range: Número total de cores que podem ser
mostradas
ost adas ssimultaneamente,
u ta ea e te, se o valor
a o do pixel for
o
usado como índice para uma tabela de cores (clut).
• Clut: Color Lookup Table
• 2d “Palettes” possíveis
Video LookLook-up Table
Dispositivos Matriciais:
Características
• Representação, manipulação
l
e exibição
b
d
da
cena é feita a partir do frame-buffer
contém representação matricial discreta da
cena
• Gerar imagem a partir da descrição
geométrica da cena requer um processo de
conversão matricial
Scan conversion
Transforma descrição geométrica em matriz
de pixels
Placa Gráfica
• H
Hardware
d
responsávell por receber
b os comandos
d d
de
desenho do processador, e controlar o monitor de
vídeo
Drawing ‘front end’ (drawing engine): recebe os
comandos do processador que definem que pixels
estão sendo traçados, e com que valor. Pixels são
traçados ‘escrevendo’ no bitmap (frame buffer)
Video back-end: responsável por interpretar os valores
contidos no bitmap, mapeando-os em suas respectivas
cores e gerando
d os sinais
i i que controlam
l
o monitor
i
de
d
vídeo de maneira que as cores possam ser exibidas
(isso é feito a cada atualização)
Vantagens
• P
Possívell di
discretizar
i
(ou
( digitalizar)
di i li ) imagens
i
obtidas
b id
por processos físicos (amostragem + quantização)
• Ambos
A b os processos, conversão matriciall e
digitalização, resultam em imagens digitais que
exibem o fenômeno de aliasing
• Veja em
http://www siggraph org/education/materials/HyperGrap
http://www.siggraph.org/education/materials/HyperGrap
h/aliasing/alias2a.htm
Vantagens
• Ad
Adequados
d para monitores
i
coloridos
l id
• Capacidade de integrar imagens digitalizadas e
sintetizadas
i t ti d
• Baixo custo
• Processo
P
de
d restauração iindepende
d
d da
d complexidade
l id d da
d
cena (rastreio fixo)
• Possibilidade de preenchimento de interiores com cores
ou padrões
• Permitem operações sobre blocos de pixels
Desvantagens
• IImagens digitais:
di i i gerar cena requer conversão matricial
i i l
ou digitalização
• Imagens
I
digitais:
di it i exibem
ib
aliasing
li i
• Transformações não são aplicáveis apenas
transformando os pontos extremos dos objetos da cena
• Requer muita memória e capacidade de processamento
Imagem Vetorial x Imagem Matricial
Monitores CRT
Monitores CRT
• A TV Surgiu
S
i na década
dé d de
d 40.
40
• Os tubos de raios catódicos (Cathode Ray Tube) usam
um feixe de elétrons emitido por um catodo
aquecido dentro de um tubo de vácuo.
• O feixe é acelerado por uma diferença de potencial
entre o catodo e o anodo (32000 V).
possui uma cobertura fosforescente
• A tela p
(elementos de transição ou metais raros), que emite
luz visível quando excitada pela alta energia dos
elétrons.
elétrons
• O raio é defletido por um campo eletro-magnético
para acender um ponto numa posição da tela.
tela
Monitores CRT
• Tecnologia ´tradicional´ é o CRT (Cathode Ray Tube)
Fonte: E. Angel, Interactive Computer Graphics
CRT
Diagrama em corte de um tubo de raios catódicos de deflexão eletromagnética, usado
em televisões e monitores coloridos.
1. Três canhões de elétrons (p
(para p
pontos de fósforo vermelho,, verde,, e azul))
2. Feixes de elétrons
3. Bobinas focalizadoras
4. Bobinas defletoras
5. Anodo de alta tensão
6. Máscara para separar feixes para parte vermelha, verde, e azul da imagem exibida
7. Camada de fósforo com zonas vermelha, verde, e azul
8. Detalhe do lado interno coberto de fósforo da tela
Canhão de Elétrons
Shadow Mask x Aperture Grille
Estrutura de um CRT Colorido
Estrutura de um CRT Colorido
• 3 feixes de cores, que trabalham em conjunto e ao
mesmo tempo: um feixe verde, um feixe vermelho e
um feixe
f
azull ((a combinação
b
d
destas cores geram as
outras).
• Intensidade dos feixes determina a cor do pixel
• Ex.:
pixel com 3 bits (pixel depth = 3, ou bit planes = 3)
permite representar
p
p
8 cores distintas
pixel depth = d => 2d cores distintas
Cores RGB em 3 bits
Valores
l
Valor
l Binário
i á i COR
CO
R G B
0 0
0
0
BLACK
0 0
1
1
BLUE
0 1
0
2
GREEN
0 1
1
3
CYAN
1 0
0
4
RED
1 0
1
5
MAGENTA
1 1
0
6
YELLOW
1 1
1
7
WHITE
Características de monitores
• O que diferencia os inúmeros modelos a
venda?
Varredura, tamanho, dot pitch, resolução,
freqüência de atualização (refresh rate)
Varredura
Varredura
•Um feixe de varredura de uma televisão a medida em que ele atualiza a tela.
Varredura
• Entrelaçada (interlaced),
(interlaced) progressiva ou
aleatória.
Entrelaçamento
http://neuron2.net/LVG/interlacing.html
Progressivo
Entrelaçado X Progressivo
Vídeo progressivo em um display entrelaçado
Vídeo entrelaçado em um display progressivo
Varredura
• Largura
g
de banda
A intensidade do canhão é medida em MHz. Geralmente, os monitores
possuem essa intensidade (também conhecida por largura de banda, banda
passante ou dot rate) entre 100 MHz e 200 MHz.
• Freqüência horizontal
O número de linhas que o canhão do monitor consegue percorrer por
segundo.
g
Assim,, se um monitor consegue
g varrer 35 mil linhas,, dizemos q
que
sua freqüência horizontal é de 35 kHz.
O canhão percorre a tela em forma de linhas (daí o nome de horizontal),
começando de cima para baixo e da esquerda para direita.
• Freqüência vertical
Freqüência de atualização (refresh rate). Quantidade de vezes que a tela toda
ép
percorrida p
pelo canhão p
por segundo.
g
Se for,, p
por exemplo,
p , 56 vezes p
por
segundo, dizemos que a freqüência vertical do monitor é de 56 Hz.
O tempo em que o canhão leva para ir do canto superior esquerdo para o
canto inferior direito da tela.
Se a freqüência vertical for menor que 60 Hz (ou seja, houver menos de 60
quadros por segundo sendo reproduzidos), haverá um fenômeno chamado
cintilação ou flickering.
Varredura
• Sistema hipotético simples
1 acesso (à memória)/pixel, resolução 640 x 480, freqüência vertical
60 ciclos/s (60 Hz)
tempo
t
necessário
á i para recuperar 1 pixel:
i l
• 1/(640*480*60) = 54ns
• sem considerar tempos
p de horizontal retrace ((~7 μ
μs)) e vertical
retrace (~1.250 μs)
dual ported video RAM ~20ns
(regular RAM de 50 ns é comum)
Em g
geral,, recupera
p
vários (p
(p.ex.,, 16)) p
pixels/ciclo
/
Varredura entrelaçada
Tamanhos
• Entre 12 e 27 polegadas (14
(14, 15,
15 17,
17 20,
20 27,
27 ...),
) ou +
• Medida da diagonal da área da tela
• Em geral, tamanhos maiores implicam também em
resoluções e freqüências de atualização maiores, e
• Custos maiores
Tamanhos
Dot pitch
• Dot Pitch é a distância em milímetros entre dois pontos
da mesma cor.
• Tamanho dos pontos que compõem a tela
• 1 pitch = conj. de 3 ‘dots’ (R,G,B)
• Medidas comuns: 0,28 mm, ou 0,19, 0,22...0,40, 0,80
• Em geral, valores menores indicam melhor qualidade de
imagem (nitidez), mas é uma medida que tem pouco
significado sozinha
• A densidade é mais importante...
Dot pitch
Resolução espacial
• A resolução espacial de uma televisão ou monitor
tipicamente se refere ao número de pixels em cada
dimensão que pode ser exibido.
• Resoluções típicas: 1.280 x 1.024 (17“), 1.600 x 1.200 (20”)
• Freqüência
F üê i de
d atualização
t li ã (‘
(‘refresh
f h rate’)
t ’)
Freqüências típicas: > 75 Hz (capaz de atualizar a imagem
pelo menos 75 vezes p
p
por segundo)
g
)
Freqüências baixas causam o efeito de ‘flickering’, ou
cintilação: desconfortável e prejudicial aos olhos
Freqüência
F
ê i d
de atualização
li
e resolução
l
são relacionadas!
l i
d !
Padrão NTSC
• Varredura entrelaçada.
• 60Hz, 525 linhas (480 visíveis).
• Cada campo com 240 linhas.
• 644 pixels/linha, 29.970 fps.
• Razão de aspecto 4:3
• É o padrão Americano.
Padrão PAL
• Varredura entrelaçada.
• 50Hz, 625 linhas (576 visíveis), 25 fps.
• É o padrão Europeu.
PAL--M
PAL
• 525 linhas, 60 Hz e 29.970 (30.000/1001) fps.
• Padrão Brasileiro
Híbrido: resolução do NTSC e cores do PAL.
Os 5 Perigos do CRT
1 U
1.
Uso prolongado
l
d d
de CRT causa náusea,
á
vômito,
ô i d
dor de
d cabeça
b
e
confusão.
2. Extremo cansaço devido à radiação eletromagnética do CRT e
pode sofrer perda de memória, zumbido nos ouvidos e mais.
3. Dano aos olhos (cataratas, dano na retina, câncer ocular).
4. Níveis de iluminação podem fatigar os olhos e reduzir a acuidade
visual.
5 Alguns
5.
Al
d
dos maiores
i
e llongos efeitos
f it da
d radiação
di ã eletromagnética
l t
éti
incluem erupção cutânea, dano nos nervos, dor nas juntas,
espasmos musculares, problemas digestivos, células do sangue
que vazam homoglobina e tumores cerebrais.
Monitores LCD
Monitores LCD
O que é o Cristal Líquido?
• M
Moléculas
lé l de
d materiais
i i sólidos
ólid mantém
é suas
orientações e posições fixas em relação às outras
móleculas
• Moléculas de materiais líquidos podem mudar suas
orientações e se movimentarem livremente
• Moléculas dos Cristais Líquidos podem se movimentar,
mas tendem a manter as suas orientações
misturam características de sólidos e líquidos…
apesar de originalmente transparentes
transparentes, a orientação
das moléculas pode ser alterada por um campo
elétrico, o que as faz assumir diferentes tonalidades
de acordo com a intensidade do campo
Monitores LCD
Propriedades que permitem a
construção de um LCD
1) A luz pode ser polarizada
2) Cristais líquidos podem transmitir e mudar a
luz polarizada
3) A estrutura do
d cristal
i l lí
líquido
id pode
d ser
mudada por corrente elétrica
4) Existem substâncias transparentes que
podem conduzir eletricidade
Monitores LCD
• Baseados na polarização da luz.
Polarizadores se comportam
p
como uma
válvula, que abrem ou fecham a passagem da
luz.
• Monitores ativos possuem uma fonte de luz
cilíndrica
ilí d i na base
b
da
d tela.
l
• Cores são obtidas com a utilização
ç de filtros.
Polarizadores
• Cada pixel consiste de uma camada de
moléculas ((de cristal nemático))
alinhadas entre dois eletrodos e dois
filtros polarizadores.
• Os polarizadores são perpendiculares
entre sii e bl
bloqueiam
i
os campos
elétricos (vertical / horizontal) da luz,
respectivamente.
Polarizadores
Display de cristal líquido nemático reflexivo.
1. Filme de filtro polarizador com um eixo
vertical para polarizar a luz a medida que
entra.
2. Substrato de vidro com eletrodos. As
formas desses eletrodos determinarão as
f
formas
que aparecerão
ã quando
d o LCD é
ligado. Sulcos verticais na superfície são
suaves
3. Cristal líquido nemático.
4 Substrato
4.
S b t t de
d vidro
id com fil
filme d
de eletrodo
l t d
comum com sulcos horizontais para
alinhar com o filtro horizontal.
5. Filme de filtro polarizador com um eixo
h i
horizontal
t l para bl
bloquear/passar
/
lluz.
6. Superfície reflexiva para enviar luz de
volta para o visualizador. (Em um LCD
com luz de fundo, essa camada é
substituída
b tit íd com uma ffonte
t de
d luz.)
l )
Física
• Quando uma voltagem é aplicada através dos
eletrodos, age um torque, que alinha as moléculas
d cristall líquido
do
l
d paralelamente
l l
ao campo elétrico,
l
distorcendo a estrutura helicoidal do cristal.
• Se a voltagem for grande o bastante, as moléculas
do cristal no centro da camada são praticamente
destorcidas e a polarização da luz incidente não é
rotacionada ao passar através da camada de cristal
líquido.
Cristal Nemático
Cristal Nemático
Tipos
•
TN (Twisted Nematic): é um tipo encontrado nos monitores LCD mais baratos.
baratos
Nesse tipo, as moléculas de cristal líquido trabalham em ângulos de 90º. Monitores
que usam TN podem ter a exibição da imagem prejudicada em animações muito
rápidas;
•
STN (Super Twisted Nematic): é uma evolução do padrão TN, capaz de trabalhar
com imagens que mudam de estado rapidamente. Além disso, suas moléculas têm
movimentação melhorada, fazendo com que o usuário consiga ver a imagem do
g
muitas vezes superiores a 160º;
monitor satisfatoriamente em ângulos
•
GH (Guest Host): o GH é uma espécie de pigmento contido no cristal líquido que
absorve luz. Esse processo ocorre de acordo com o nível do campo elétrico aplicado.
Com isso, é possível trabalhar com várias cores.
•
FLC (Ferroelectric
(F
l
i Liquid
Li id Crystal):
C
l) utilizam
ili
substâncias
b â i d
de cristal
i l lí
líquido
id que têm
ê
moléculas quirais em um tipo de arranjo C esmético, porque a natureza espiral dessas
moléculas permite que o tempo de resposta em microsegundos, o que fazem FLCs
particularmente adaptado às telas avançadas (FLD).
•
SSFLC (Surface Stabilized Ferroelectric Liquid Crystal): exercem uma pressão
controlada através do uso de uma placa de vidro, suprimindo a espiral das moléculas
para fazer a mudança ainda mais rápida.
Tipo de Matriz
• Matriz
M i Passiva
P i
LCDs com um menor número de segmentos, tais como aqueles
usados em relógios digitais e calculadoras de bolso,
bolso tem contatos
elétricos para cada segmento.
Cada linha ou coluna do display tem um único circuito elétrico.
O pixels
Os
i l são
ã endereçados
d
d um por vez por linha
li h e coluna.
l
Esse
E
tipo de display é assim chamado porque o pixel deve reter seu
estado entre as atualizações sem o benefício de uma carga
elétrica
l
estável.
l
A medida que o número de pixels aumenta, esse tipo de display
se torna menos confiável.
Tempos de resposta muito baixos e pobreza de contraste são
típicos de LCDs de matriz passiva.
Tipo de Matriz
• M
Monitores
i
TFT (Thin
(Thi Film
Fil Transistor)
T
i
) ou M
Matriz
i A
Ativa
i
Displays de alta resolução utilizam uma matriz de
TFT como em monitores
TFT,
it
e ttelevisores
l i
LCD
LCD.
Essa tecnologia tem como principal característica a
aplicação de transistores em cada pixel.
pixel Assim,
Assim cada
unidade pode receber uma tensão diferente,
permitindo, entre outras vantagens,
p
g
a utilização de
resoluções altas.
Sua fabricação é complexa que é comum encontrar
pixels
i l que não funcionam
f
("d
("deadd pixels").
i l ")
Tipo de Matriz
• Matriz Passiva
Pouca precisão, ângulo de visão restrito, baixo
contraste
Atualização mais lento (em comparação ao CRT)
• Matriz Ativa
Qualidade superior
Precisão e velocidade de atualização
Tecnologia usa transístores de filmes finos
Três transístores para cada pixel (no caso de LCDs
coloridos)
Características
• Leves.
• Consomem pouca energia (35 a 40W, 19
polegadas).
• Eram
E
mais
i caros do
d que os painéis
i éi de
d
plasma, acima de 20 polegadas.
• Não produzem flickering.
OLPC x LCD
• Monitor OLPC XO-1 e um monitor LCD
típico.
p
• As imagens mostram uma área de 1×1 mm
da tela.
tela
• Um LCD endereça um grupo de 3 posições
como um pixel. O XO-1 endereça cada
posição
p
ç como um p
pixel separado.
p
Pixels
Vantagens LCD
• Tamanho reduzido
• Tela plana
Elimina distorções e aumenta área útil: um
LCD de
d 15” tem
t
áárea útil equivalente
i l t a um
CRT de 17”
• Consomem menos energia
• Emitem menor quantidade de radiação
nociva
Desvantagens LCD
• Custo
• Trabalham em uma única resolução
• Ângulo de visão limitado (45 a 60o)
Imagem perde a resolução em ângulos de
observação maiores
Problema tende a ser resolvido...
• Trabalham bem dentro de uma faixa de
temperatura estreita (máx. -20° C a 60° C)
OLED
• Di
Diodo
d orgânico
â i emissor
i
de
d luz
l ou fotoemissor
f t
i
(Organic
(O
i
Light-Emitting Diode, em inglês) é uma tecnologia criada
pela Kodak em 1980
p
• Promete telas planas muito mais finas, leves e baratas
que as atuais telas de LCD.
• A idéia é usar diodos orgânicos, compostos por
moléculas de carbono que emitem luz ao receberem uma
carga elétrica.
• Ao contrário dos diodos tradicionais, essas moléculas
podem ser diretamente aplicadas sobre a superfície da
tela,
l usando
d um método
é d de
d impressão.
i
ã Acrescentados
A
d os
filamentos metálicos que conduzem os impulsos
pronta uma tela a um custo
elétricos a cada célula,, está p
extremamente baixo.
Funcionamento do OLED
Vantagens do OLED
• As
A telas
t l OLED:
OLED
Possuem luz própria. Com isto não necessitam de luz de
(
g ou sidelight)
g )
fundo ou luz lateral,, (backlight
Ocupam menos espaço
Representam uma tecnologia muito interessante para uso
em computadores
t d
de
d mão
ã e notebooks.
t b k
Necessitam de muito menos energia e, quando
por uma bateria,, p
podem operar
p
p
por mais
alimentadas p
tempo com a mesma carga.
Vantagens do OLED
• P
Por emitir
iti lluz própria
ó i cada
d OLED quando
d não
ã
polarizado torna-se obscuro obtendo-se assim o "preto
que ocorre com LCDs q
que não
real", diferentemente do q
conseguem obstruir completamente a luz de fundo e
ainda neste caso não há consumo de energia para a
modulação de luz de fundo.
• Consumo de energia chega a ser 40% menor do que um
LCD com as mesmas dimensões.
Vantagens do OLED
• As
A telas
t l OLED:
OLED
Possuem baixos tempos de resposta: < 0.01 ms (uma das
principais
p
p desvantagens
g
do LCD).
)
Podem ser visualizadas de diversos ângulos (até 180º, e
talvez além...).
Têm
Tê contraste
t t muito
it melhor
lh (d
(de 11.000.000:1
000 000 1 contra
t
100.000:1 das telas LCD no escuro).
p
melhor o calor e o frio.
Suportam
São produzidas de forma mais simplificada e usando
menos materiais do que os LCDs.
Pixel
Pi l pitch:
it h > 200 μm.
Espessura do painel: 0.3 mm até 1.7 mm.
Desvantagens do OLED
• As
A telas
t l OLED:
OLED
Tempo de vida – Enquanto filmes de OLED vermelhos e
p de vida maiores ((46.000 a 230.000
verdes tem tempos
horas), orgânicos azuis atualmente tem tempo de vida
mais curtos (até 14.000 horas).
Fabricação – processos de fabricação são caros atualmente.
atualmente
Água – pode facilmente danificar OLEDs.
OLED
Monitor OLED Sony
XEL 1
XEL-1
Flexi-OLED da Sony
OLED
HP LiM. Touch screen
de OLED de 19” com
um teclado wireless
HP N
Nobag
b tem
t
sensor de
d toque
t
com
tecnologia de OLED. (design concept)
SAIL
A HP e o Flexible Display Center (FDC) da
Universidade Estadual do Arizona (ASU)
anunciaram em 2008 o primeiro protótipo de preço
acessível
í l para displays
di l
eletrônicos
l tô i
fl
flexíveis.
í i
Os displays inquebráveis foram criados pelo FDC e
HP usando tecnologia de litografia impressa autoalinhada (SAIL – self
self-aligned
aligned imprint lithography)
inventada no HP Labs, em conjunto com a
tecnologia de filmes imageantes Vizplex
desenvolvido pela E Ink, e substratos da DuPont
Teijin Films.
SAIL é considerada “auto-alinhada” porque a
informação padronizante é impressa no substrato
de tal forma que um alinhamento perfeito é mantido
independentemente
p
de uma distorção
ç induzida p
por
qualquer processo.
A tecnologia SAIL habilita a fabricação de matrizes
de TFTs sobre um material de plástico flexível em
um processo de manufatura roll
roll-to-roll
to roll de baixo
custo.
http://www.oled-display.net/hp-and-arizona-state-university-demo-flexible-displays
Monitores de Plasma
• Um monitor de plasma (PDP) é um tipo de monitor
plano usado em TVs de largas dimensões (acima de
3 polegadas
37
l
d ou 0.940
0 9 0 m).
)
• Várias células minúsculas entre dois painéis de
vidro contêm uma mistura inerte de gases nobres
(neon e xenon).
• O gás das células se transforma eletricamente em
plasma,, q
p
que excita o fósforo,, fazendo-o emitir luz.
Funcionamento
• Cada pixel é formado por três células (vermelha,
verde e azul). As células são prensadas entre duas
superfícies
f
de
d vidro
d com eletrodos
l
d horizontais
h
e
verticais.
• A descarga elétrica produzida pelos eletrodos ioniza
o gás, que emite radiação ultra-violeta,
sensibilizando o fósforo e fazendo-o emitir luz
visível.
TV de Plasma
Plasma
Painel de Plasma
• M
Monitores
i
de
d descarga
d
de
d gás
á
• Displays de gás plasma: consistem de uma superfície
plana
l
coberta
b t com milhões
ilhõ d
de minúsculas
i ú l cápsulas
á
l d
de
vidro
• Cada cápsula contém uma substância gasosa (o plasma)
e uma capa de fósforo
• As cápsulas são os pixels e cada uma é composta de 3
subpixels que correspondem às cores RGB
• Uma corrente elétrica,, controlada digitalmente,
g
, flui
através da tela plana, fazendo com que o plasma dentro
das bolhas designadas emita raios ultravioleta
• Essa luz faz o fósforo brilhar na cor apropriada
Vantagens da tecnologia a plasma
• T
Telas
l produzem
d
imagens
i
muito
i nítidas,
í id com cores vivas
i
e vibrantes, diversos níveis de tons de cinza
• Exibem
E ib
imagem
i
brilhante
b ilh t e uniforme
if
em ambientes
bi t com
iluminação normal, com ângulo de visão de 160o em
todos os lados
• Têm alta resolução e excelente capacidade para mostrar
movimentos suaves de vídeos
• Não distorcem a imagem, mesmo nas bordas e nos
cantos da tela
• Tela super fina (3 a 6.5"), ocupa muito pouco espaço,
permite designs arrojados
• Oferecem grandes dimensões. O maior monitor de
plasma já construído (2006) tinha 106 polegadas.
Desvantagens da tecnologia a plasma
• Custo
C t ainda
i d relativamente
l ti
t alto
lt
• Esquentam muito e são pesados (35 Kg).
• Alto
Al consumo de
d energia
i (acima
( i
de
d 250 W).
W)
High Definition TV
High Definition TV
• High-Definition Television (ou HDTV) é um sistema de
transmissão de televisão digital com resolução mais alta
que os sistemas de televisão
tele isão tradicionais (standard
(standarddefinition TV, or SDTV).
• HDTV é di
digitalmente
it l
t ttransmitida;
itid as iimplementações
l
t õ
iniciais usavam transmissão analógica, mas hoje sinais
da televisão digital estão começando a ser usados no
Brasil, requerendo menor largura de banda devido a
compressão
co
p essão de v
vídeo
deo d
digital.
g ta .
High Definition TV
• HDTVs suportam varredura progressiva com resoluções
de 480p e 720p.
• Monitores de 1080p estão disponíveis, mas são muito
caros.
• Usam vídeo composto (RGB).
• Tornará o sinal de vídeo VHF obsoleto.
High Definition TV
• Os formatos de transmissão são descritos conforme
a seguinte nomenclatura:
O número de linhas horizontais de resolução de tela.
O uso de progressive scan (p) ou interlaced scan (i).
A cadência, número de quadros (frames) ou campos
(fields)) p
(f
por segundo.
g
High Definition TV
• Exemplos:
1920x1080p25 identifica o formato de varredura
progressiva com 25 quadros por segundo, cada
quadro sendo 1920 pixels de largura e 1080 pixels de
altura.
lt
1080i25 ou 1080i50 identifica o formato de varredura
entrelaçada
t l d com 50 campos (25 quadros)
d ) por
segundo, cada quadro sendo 1920 pixels de largura e
1080 pixels de altura.
altura
Telecine
• É o processo de
d transferir
f i um filme
fil
(motion
(
i picture
i
film) para a forma de vídeo. O termo também é
empregado para designar o equipamento utilizado
no processo.
• “Mistura”
Mistura de televisão com cinema
cinema.
• Permite que uma animação, capturada em filme,
seja assistida com equipamentos padrão de vídeo,
vídeo
como televisões, vídeo cassetes ou computadores.
• Filmes de cinema (24 fps),
fps) em PAL,
PAL são acelerados
em 4%, produzindo os 25 fps.
Pulldown 2-2
• Usado
U d para transferir
t
f i shows
h
e filmes,
fil
fotografados a 30 fps, para vídeo NTSC, a 60
Hz.
Hz
Pulldown 22 -3
• O primeiro
i i passo é atrasar
t
o fil
filme por 1/1001
1/1001.
Imperceptível
p
p
ao espectador,
p
mas faz o filme
andar a 23.976 fps (ou 7.2 segundos a mais a
cada 2 horas).
)
• O segundo passo é distribuir os quadros do
cinema em quadros de vídeo
vídeo. Com 23.976
23 976 fps,
fps
há 4 quadros de filme para cada 5 quadros de
vídeo
d a 60Hz (23.976/29.970).
(
/
)
Pulldown 22 -3
• E
Estes
t 4 quadros
d
são
ã “esticados”
“ ti d ” em 5,
5 explorando
l
d a
natureza entrelaçada do vídeo a 60Hz.
• Para cada quadro,
quadro existem realmente 2 imagens
completas ou campos: uma para as linhas ímpares
da imagem,
g
e outra p
para as linhas p
pares.
• Portanto, há 10 campos para cada 4 quadros de
filme e o telecine coloca, alternadamente, um quadro
d filme
de
fil
a cada
d 2 campos, o próximo
ó i
a cada
d 3,
3
depois a cada 2, e assim por diante.
• O ciclo se repete completamente após 4 quadros
terem sido expostos, e, no ciclo do telecine, eles são
chamados de q
quadros A,, B,, C,, e D.
Quadros A
A, B
B, C e D
Impressoras de Impacto
• Possuem cabeçotes com um conjunto de 7 a
24 p
pinos ((7, 9, 18 ou 24).
)
• Os pinos são impulsionados contra uma fita
impregnada de tinta sobre o papel.
papel
• Semelhantes a máquinas de escrever do
passado, que utilizavam martelos com as
letras na ponta.
p
Formulário Contínuo
Máquinas de Escrever (Type
(Type Writers)
Writers)
Impressoras a Jato de Tinta
• Possuem cabeçotes que injetam gotículas de
tinta ciano, magenta,
g
amarelo ou p
preta em
quase todos os meios (papel, tecido, etc.).
• Presente de grego: baratas,
baratas mas a tinta é
muito cara e dura pouco.
• Tinta resseca rápido e a troca do cabeçote
custa p
praticamente o p
preço
ç da impressora.
p
Ink Jet
Impressoras Laser
• B
Baseiam-se
i
em atração eletrostática.
l
i
• Possuem um cilindro rotativo de selênio, que é um
materiall ffoto-sensívell ((carregado
d positivamente).
)
• Partículas de toner (negativas) são atraídas para a
superfície
f
do
d cilindro,
l d e em seguida,
d transferidas
f d
para o papel.
• Um raio de
d laser,
l
apontado
d para um espelho
lh
poligonal rotativo, neutraliza os pontos que não
aparecem na imagem,
imagem removendo as suas cargas
(tornando-os negativos).
HP LaserJet 4200
Transferência do bitmap
Toner
• Partículas finas de plástico seco triturado,
misturadas com carbono p
preto ou agentes
g
coloridos.
• Como partículas de mesma carga se repelem,
repelem
o toner carregado negativamente não toca o
cilindro,
ili d nas regiões
i
onde
d a lluz removeu as
cargas positivas.
Fusor
• O papel passa
através de rolos do
fusor, onde a
temperatura e
pressão (acima de
200° Celsius)
C l i ) colam
l
o plástico triturado
no papel.
Características
• Grande autonomia, imprimindo mais de 2000
páginas
p
g
com o mesmo toner.
• O toner não deteriora com o tempo, e pode
ser recarregado cerca de 4 vezes
vezes, sem a
necessidade de troca do cilindro.
• Altas resoluções (acima de 600 dpi).
• Lasers coloridas são caras.
caras
• Grande consumo de energia.
Outros dispositivos:
3D
• E
Estereoscópicos:
t
ó i
visão
i ã 3D
Duas visões da cena, do olho esquerdo e do olho direito
• Componente de ambientes de RV
Head-mounted displays (HMD): visão 3D e rastreamento: imersão
• Holográficos
• Volumétricos
• Impressoras 3D
Camadas
C
d de
d pó
ó fino
fi e ‘i
‘impressão’
ã ’d
de adesivo
d i lí
líquido
id
• Deposição de polímero fundido (FDM)
• Fusão seletiva do meio de impressão (SLS)
• Estereolitografia (SL)
Prototipagem rápida
Referências
•
Hearn D.
Hearn,
D Baker,
Baker M.
M P.
P Computer Graphics with OpenGL
OpenGL, Prentice Hall
Hall, 2004 (Cap
(Cap. 2)
•
E. Angel, Interactive Computer Graphics, 3a. Edição, Adison Wesley, 2003
•
http://www.siggraph.org/education/materials/HyperGraph/hypergraph.htm
•
htt //
http://www.3d-microscribe.com
3d i
ib
•
http://www.cyberglovesystems.com/ (Cyberglove e Cybergrasp)
•
•
http://neuron2.net (Video)
•
http://www.oled-display.net (OLEDs)
•
http://www.sony.com
•
http://www.samsungsdi.com/contents/en/main.jsp
•
http://www.hpl.hp.com (HP Labs)
•
http://inst.eecs.berkeley.edu/~ee290d/sp99/ho17/ (LCDs e FLCDs)
•
http://www.seereal.com/ (Holografia, Autoestereoscopia)
•
http://gl.ict.usc.edu/Research/3DDisplay/ (ICT Graphics Lab)
•
http://www.wohlersassociates.com/technical-articles.html
p //
/
((Impressão
p
3D))