Curso de Computação Gráfica

Aula 1 • Modelos e Espaços de Cor

Apresenta os modelos de cor RGB, HSV e percetuais utilizados nos pipelines gráficos. Os alunos aplicam conversões de espaço de cor relevantes para fluxos de trabalho de visualização e renderização.

Aula 2 • Sistemas de Coordenadas e Transformações

Define espaços cartesianos 2D e 3D, coordenadas homogéneas e transformações básicas. Constrói o vocabulário matemático utilizado em todos os capítulos seguintes.

Aula 3 • História e Âmbito da Computação Gráfica

Traça a evolução desde os primeiros ecrãs raster até à renderização moderna orientada por GPU. Contextualiza a abrangência da área em jogos, cinema, simulação e visualização.

Aula 4 • Visão Geral do Pipeline Gráfico

Mapeia as fases desde a entrada de geometria até à saída final de píxeis num pipeline padrão. Fornece um modelo mental que ancora todos os tópicos abordados nos capítulos seguintes.

Aula 1 • Anti-Aliasing e Amostragem

Explica artefactos de aliasing e soluções baseadas em supersampling, MSAA e filtros. Liga a teoria de amostragem às decisões de qualidade de imagem tomadas ao longo do pipeline.

Aula 2 • Algoritmos de Desenho de Linhas

Abrange os algoritmos de Bresenham e DDA para rasterização eficiente de linhas baseada em inteiros. Conecta a precisão ao nível do píxel à fase mais ampla de rasterização do pipeline.

Aula 3 • Algoritmos de Clipping

Apresenta os algoritmos de Cohen-Sutherland e Sutherland-Hodgman para clipping no viewport. Garante que apenas a geometria visível é processada, otimizando o desempenho da renderização.

Aula 4 • Técnicas de Preenchimento de Polígonos

Ensina os métodos de preenchimento por scanline, flood fill e tabela de arestas para renderização sólida de polígonos. Prepara os alunos para a rasterização de triângulos utilizada em pipelines 3D.

Aula 1 • Quaterniões para Rotação

Apresenta a álgebra de quaterniões como uma representação de rotação sem bloqueio de cardan. Abrange a interpolação SLERP para transições de animação suaves entre orientações.

Aula 2 • Representação de Malha e Estruturas de Dados

Abrange buffers de vértices, buffers de índices, estruturas de half-edge e malhas winged-edge. Prepara os alunos para armazenar e percorrer geometria 3D de forma eficiente em código.

Aula 3 • Visualização e Projeção

Constrói matrizes de vista usando formulações look-at e deriva projeções perspetiva e ortográfica. Conecta a matemática da câmara à fase de transformação de vértices.

Aula 4 • Vetores e Matrizes em 3D

Revisita o produto escalar, o produto vetorial e as operações matriciais essenciais para gráficos 3D. Estabelece o conjunto de ferramentas de álgebra linear utilizado em todos os cálculos 3D subsequentes.

Aula 1 • Fontes de Luz e Propriedades

Define os tipos de luz direcional, pontual, focada e de área e as suas representações matemáticas. Estabelece as entradas de iluminação consumidas por todos os modelos de sombreamento.

Aula 2 • Sombreamento Ambiente, Difuso e Especular

Deriva os modelos de refletância Phong e Blinn-Phong componente a componente. Os alunos implementam estes modelos em código de shader e ajustam os parâmetros do material.

Aula 3 • Técnicas de Sombra

Abrange mapas de sombra, volumes de sombra e filtragem de percentagem de proximidade para sombras suaves. Conecta os algoritmos de sombra aos conceitos de buffer de profundidade do capítulo de projeção.

Aula 4 • Fundamentos de Renderização Baseada na Física

Apresenta a BRDF de microfacetas, a conservação de energia e o fluxo de trabalho metalicidade-rugosidade. Faz a ponte entre o sombreamento clássico e os pipelines PBR modernos utilizados em produção.

Aula 1 • Mapeamento Normal e de Bump

Deriva o mapeamento normal do espaço tangente e compara-o com variantes do espaço do objeto e do espaço mundial. Estende o detalhe da superfície sem aumentar a contagem de polígonos da malha.

Aula 2 • Fundamentos do Mapeamento de Texturas

Abrange coordenadas UV, amostragem de texturas e modos de wrap para aplicar imagens 2D a superfícies 3D. Conecta as consultas de textura à fase do shader de fragmentos.

Aula 3 • Mapas de Superfície Avançados

Abrange mapas de deslocamento, oclusão ambiente, rugosidade e emissivos em fluxos de trabalho PBR. Integra múltiplos canais de textura numa definição de material coesa.

Aula 4 • Mipmapping e Filtragem

Explica a geração de mipmap, a filtragem trilinear e a filtragem anisotrópica para superfícies distantes. Aborda artefactos de aliasing causados pela minificação de texturas.

Aula 1 • Programação de Shaders de Vértices

Abrange a disposição de atributos de vértices, buffers uniformes e a implementação da transformação MVP em código de shader. Os alunos produzem geometria no espaço de clipping corretamente transformada.

Aula 2 • Shaders Compute e GPGPU

Apresenta o dispatching de shaders compute, memória partilhada e barreiras de sincronização. Permite que os alunos descarreguem tarefas paralelas não gráficas para a GPU.

Aula 3 • Visão Geral da Arquitetura de GPU

Explica a execução SIMD, o escalonamento de warps/wavefronts e a hierarquia de memória em GPUs modernas. Fornece o contexto de hardware necessário para escrever código de shader eficiente.

Aula 4 • Programação de Shaders de Fragmentos

Implementa equações de iluminação, amostragem de texturas e blending de saída em shaders de fragmentos. Conecta os modelos de sombreamento do Capítulo 4 a código de GPU executável.

Aula 1 • Ray Tracing de Whitted

Implementa ray tracing recursivo com reflexão, refração e raios de sombra. Demonstra efeitos globais não alcançáveis apenas com modelos de sombreamento local.

Aula 2 • Path Tracing de Monte Carlo

Apresenta a integração de Monte Carlo, a amostragem por importância e a equação de renderização. Os alunos constroem um path tracer unidirecional com iluminação direta e indireta.

Aula 3 • Denoising e Renderização Híbrida

Abrange a acumulação temporal, o denoising baseado em IA e os híbridos de rasterização e ray tracing. Conecta a qualidade do path tracing offline à viabilidade em tempo real.

Aula 4 • Fundamentos de Ray Casting

Deriva os testes de interseção raio-esfera, raio-triângulo e raio-AABB a partir dos primeiros princípios. Estabelece as operações primitivas fundamentais usadas em todos os algoritmos de ray tracing.

Aula 1 • Nível de Detalhe e Culling

Apresenta a alternância de LOD, a simplificação de malhas, o culling de frustum e o culling de oclusão. Mantém a taxa de fotogramas ao reduzir a geometria processada por fotograma.

Aula 2 • Efeitos de Espaço de Ecrã

Implementa SSAO, SSR e SSGI usando buffers de profundidade e normais do G-buffer. Adiciona aproximações de iluminação global a baixo custo computacional.

Aula 3 • Pipeline de Renderização Diferida

Constrói um G-buffer com canais de posição, normal, albedo e material para sombreamento diferido. Desacopla os passes de geometria e iluminação para suportar muitas luzes dinâmicas.

Aula 4 • Renderização Processual e de Terreno

Abrange a geração de terreno baseada em ruído, shaders de tesselação e LOD de clipmap para grandes terrenos. Integra técnicas processuais no pipeline de renderização avançada.