Introdução

Síntese de imagem por computador designa o processo de geração de imagens por computador a partir da descrição dos elementos que compõem uma cena tridimensional. Esta descrição, fortemente inspirada no processo fotográfico, baseia-se em modelos que procuram descrever o comportamento da luz ao se propagar desde a fonte emissora até atingir a superfície fotossensível do filme, levando em conta as eventuais interações com objetos da cena no meio do caminho.

Na síntese de imagem por computador, uma cena é usualmente composta por três tipos diferentes de elementos: objetos, fontes de luz, e câmera. Em geral, os objetos são os elementos que se deseja visualizar na imagem final. Estes elementos, se posicionados na trajetória da luz, interferem com a sua propagação, podendo provocar reflexões, refrações, e/ou absorções. Os objetos podem ser caracterizados por dois tipos distintos de atributos: geométricos e ópticos. Os atributos geométricos definem, em essência, a geometria do objeto, a sua forma; o espaço por ele ocupado. É através da descrição da geometria de um objeto que se consegue diferenciar, por exemplo, um cubo de uma esfera. Na síntese de imagens por computador, considera-se, em geral, que os objetos existem em um espaço tridimensional. Por seu lado, as características ópticas dos objetos estabelecem o comportamento da luz ao incidir sobre estes. Os atributos ópticos de um objeto estão intimamente associados às características ópticas do material que o compõe. Através dos atributos ópticos é possível definir a cor de um objeto, se o mesmo é opaco ou transparente, se ele é brilhante ou não.

As fontes de luz são os elementos da cena que emitem luz e, portanto, permitem que os objetos sejam visíveis na imagem final. O seguintes tipos de fontes de luz são clássicos na síntese de imagens por computador: ambiente, pontual, distante e spot. Cada uma destes tipos de fonte de luz possuem características geométricas diferentes. A luz ambiente é uma iluminação que existe uniformemente em todo o ambiente. A fonte pontual estabelece o ponto de onde a luz será irradiada em todas as direções. A luz distante é definida por uma direção de irradiação. Na fonte tipo spot tem-se a definição de um cone de iluminação. Os atributos ópticos das fontes de luz definem a sua cor(composição espectral) e intensidade.

A câmera da síntese imagens é o elemento responsável pela captura da imagem. A câmera é o elemento responsável pela projeção da representação tridimensional em um plano imagem bidimensional. O modelo de câmera de orifício (pinhole) é usualmente utilizado no processo de síntese de imagem por computador. Computacionalmente esta é uma solução simples, uma vez que a projeção está definida pela reta que, a partir da abertura infinitesimal, passa pelo ponto do plano imagem. Todos os pontos desta reta serão projetados no mesmo ponto imagem.

Uma vez definida uma cena tridimensional, o processo de síntese de imagem pode ser caracterizado por duas questões: 1) Quais os objetos que contribuem para a definição da cor de um dado ponto da imagem?, e 2) Como estes objetos contribuem para a definição da cor deste ponto da imagem? A primeira questão está associada à visibilidade dos objetos. Um objeto será visível (pelo menos potencialmente) em um ponto do plano imagem, se sua projeção contiver este ponto. A segunda questão está associada às características ópticas associadas aos objetos e à luz que neles incide (cor, transparência, intensidade, etc).

Este trabalho apresenta um conjunto de imagens utilizando o pacote Photorealistic RenderMan, cada uma devidamente acompanhada de texto explicativo, que procura ilustrar diversos aspectos relacionados à síntese de imagens. O trabalho está organizado da seguinte forma:
  1. Transformações Geométricas
  2. Primitivas Geométricas: Apresentação das primitivas geométricas suportadas pelo pacote ( Quádricas - Polígonos - Superfícies Paramétricas );
  3. CSG: Constructive Solid Geometry;
  4. Modelos de Iluminação e Tonalização;
  5. Projeção;
  6. Profundidade de Campo;
Dúvidas, sugestões e comentários são bem-vindos e devem ser encaminhados à pauloau@dca.fee.unicamp.br e/ou martino@dca.fee.unicamp.br