GABRILA65162183544miv_Superinteressante Created with Sketch.

Computação gráfica: Fórmulas da imagem

Pontos, retas e curvas, organizados segundo as leis da Matemática e da Física, viram imagens dentro de um computador. Nas duas primeiras partes do poster, vemos a computação gráfica no cinema e na publicidade, dos efeitos especiais ao processo de construção das imagens. Na terceira parte, o uso da computação gráfica na ciência, especialmente em Medicina, onde pode aperfeiçoar tanto os diagnósticos como as cirurgias.

No filme O Exterminador do Futuro 2 — O Julgamento Final, o robô vilão T-1000 (Robert Patrick) tem o estranho dom de se fundir ao chão e dali levantar em forma de gente. Elaborada nos computadores da Industrial Light & Magic, divisão visual da produtora americana de efeitos especiais Luca Art Entertainment, a mágica foi recriada nas salas escuras e geladas da Globograph, no Rio de Janeiro. Não foi preciso descobrir o truque do mágico para produzir um efeitro semelhante. Desde que a Globografh foi criada, há cinco anos, a equipe de engenheiros desenvolve seus próprios softwares, e acaba inventando programas que tornaram possíveis imagens inusitadas — como uma estranha estatueta do Oscar derretendo-se pelo chão.

A idéia de liquefazer o boneco partiu da engenheira eletrônica Lúcia Modesto, carioca, há dez anos na praia da computação gráfica. Primeiro fez-se um molde do Oscar em silicone. O molde foi então cortado e, 55 fatias, cada uma representando uma curva de nível — nome técnico do contorno. Quanto mais se traçavam para um molde, mais detalhado (e complicado) fica o resultado final. Cada fatia foi xerocada num palel, e o contorno da curva foi passado para o computador através da mesa digitalizadora. Como um mouse, clica-se em cima de várias pontos do contorno, o computador traça curvinhas entre cada ponto e reconstrói tela a curva de nível inteira. Várias curvas, uma em cima da outra, ainda não compões um boneco. É necessário um programa que faça interpolarção das curvas, ou seja, preencha a área entre elas de forma a construir um objeto sólido. Está aí o segredo do negócio — a Globograph desenvolveu o programa “C-mech”, que faz essa interpolação construindo polígonos entre cada curva. O monte de linhas virou enfim um Oscar inteiro.

Para causar a impressão de que o boneco se derretia, Lúcia esticou as curvas de nível do Oscar de baixo para cima, mudando as coordenadas geométricas que determinavam sua posição no espaço. Pronta a animação, definiu no computador o material da superfície do boneco, sua cor e as fontes de luz da cena. Gravados então em vídeo tape, os 150 quadros resultantes em 5 segundos de um Oscar derretendo-se na tela. Se quisesse imitar a T-1000 surgindo do chão, bastaria rodar a fita de vídeo ao contrário.

Outro efeito especial capaz de deixar boquiaberto quem assiste é a metamorfose, mundialmente famosa depois de ter sido utilizada no videoclip da música black or White, de Michael Jackson. Somente três empresas no mundo podem fazer esse efeito — a Industrial Light &Magic, a Pacific Data Imagens e a Globogragh”, garante orgulhoso José Dias, engenheiro eletrônico paraibano que aportou na TV Globo há vinte anos e dirige a Globograph desde que ela nasceu. Basicamente, o que o programa “Morfh”faz é uma imagem em outra. Só que ele não sobrepõe simplesmente as imagens, como faz qualquer ilha de edição de videotape; ele funde as duas imagens, criando imagens intermediárias que não são iguais nem à primeira nem à última, mas contêm elementos das duas.

Primeiro as imagens a serem transformadas precisam ser digitadas, ou seja, passadas para o computador. Neste caso, as duas pessoas foram filmadas por uma câmera de vídeo e os rostos digitalizados. Colocadas as imagens no computador, o animador traça várias linhas sobre os rostos, o chamado grid. Retas a princípio, elas devem se ajustadas ponto por ponto para controlar o máximo de detalhes possível de cada rosto. Com isso, as imagens vão estar divididas em várias pequenas áreas, e é nelas que o programa vai atuar — ela não troca a cor dos pontos na tela, e sim transforma as imagem que está dentro de cada pequena área. A graça disso tudo é que se pode chamar na tela cada etapa dessa transformação, quando então se observa lentamente uma pessoa ser transformado em outra. Exatamente no meio do caminho, a imagem é a fusão perfeita dos dois rostos. É como se uma nova pessoa fosse criada digitalmente, pois ela é diferente tanto da primeira como da segunda.

A mais recente invenção da Globografh chama-se Caixa Elástica. É uma caixa imaginária que pode ser esticada em qualquer direção. Quando se coloca uma imagem dentro dela, a figura deforma-se junto. Foi assim que fizeram uma vinheta em que um peixe nada pela mexendo o rabo — colocou-se o peixe dentro da tal caixa, determinaram-se as duas posições laterais para onde o rabo deveria se mexer e o programa fez a interpolação, ou seja, calculou as imagens intermediárias. Antes dessa novidade, fazer um peixinho nadar mexendo o rabinho seria um trabalho de deixar louco qualquer animador.

O desenho de qualquer imagem no computador, seja única ou em seqüência para animação, começa com a noção de que a tela é um espaço com três eixos: x, na horizontal; y na vertical; e na profundidade (que dá noção de três dimensões). Constroem-se objetos determinando os pontos em cada eixo e ligando-os com retas. O programa Script, desenvolvido na Globograph, já tem algumas formas básicas, como cones e esferas, bastando ao programador mandá-lo construir figura e escolher seu lugar na tela. Formas complexas, como peixe, são passadas ao computador pela mesa digitalizadora. Quando todos os objetos desejados estão em cena, desenhados apenas com linhas, tem-se o polyfile, ou imagem apenas com polígonos.

O passo seguinte é determinar o material com que é feito cada objeto em cena. É óbvio que o computador não entende parâmetros como “plástico” ou “metal”. Isso é conseguido informando-se ao programa a quantidade de luz que aquele objeto deve refletir — se for pouca, terá aparência de plástico; se for muita, parecerá metal. É hora então de escolher a cor. Todas serão formadas a partir de valores de RGB — sigla em inglês para vermelho, verde e azul. Se o programador escolher valor zero de R, valor zero de G e valor zero de B, terá um objeto azul. Depois disso, determina-se a quantidade e as posições na tela das fontes de luz, que vão iluminar a cena. A cena acabada recebe o nome de rasterfile. Seja para desenhar uma simples bola ou uma cena completa, o processo é semelhante. Cenas complexas apenas existem trabalho mais exaustivo além de ocupar mais tempo e mais memória no computador.

Quando se faz animação, trabalha-se primeiro com o polyfile para compor todas as cenas, pois o computador assim trabalha mais rápido. Para fazer os objetos se moverem no espaço, basta mudar as coordenadas nos eixos x, e z, em função do tempo. Na Globograph, o animador informa ao computador as key frames (posição-chave) para onde quer que os objetos se desloquem, e o programa se encarrega de elaborar as imagens intermediárias. O número de imagens necessárias varia conforme o tempo e o veículo — em vídeo tape, são necessários 30 quadros por segundo, e no cinema, 24.

Atrás da pele do corpo humano há muito mais segredos do que as radiografias e tomografias conseguem revelar. Em poucos anos, porém, uma equipe de vinte pesquisadores do Laboratório de Sistemas Integrados, na Escola Politécnica da Universidade de São Paulo, pretende desenvolver um sistema de visualização em computação gráfica capaz de vasculhar a intimidade de qualquer organismo. Hoje, o máximo que se consegue, usando o mais avançado computador gráfico — O Silicon Graphics 480D —, são imagens do corpo construídas com a digitalização de tomografias, que não têm definição suficiente para mostrar pequenos tumores, por exemplo. E o que se vê são apenas cascas sobrepostas. Em qualquer lugar que se faça um corte, a imagem é real. O problema é que a imagem com voxel precisa de 1000 vezes mais memória do que uma imagem com pixels. Se for elaborada em tempo real — conforme o médico examina o paciente a imagem vai aparecendo na tela —, será necessário que o computador gere trinta imagens por segundo, movimentando 30 bilhões de pontos a cada segundo

Não há supercomputador no mundo que consiga executar essa tarefa. Por isso, o projeto caminha junto com outro maior, o da construção de quatro supercomputadores no mínimo domLSI. O primeiro, com doze processadores, está começando a funcionar. O maior poderá ter até 128 processadores i860, da Intel (um microcomputador tem um só, e muito mais lento do que esse). “Juntar processadores não é complicado, o difícil é desenvolver um software que distribua as tarefas de forma eficiente entre todos eles”, explica Zuffo. Outra ambição da equipe é desenvolver softwares que possam gerar imagens pela técnica de ray-tracing (traçamento de raios) em tempo real. Essa técnica, baseada nas equações da física da luz, é tão complicada que computadores potentes levam horas para calcular cada imagem. Muito mais precisa e detalhada do que as imagens tradicionais, a técnica de ray-tracing permitiria ao médico ver o tumorzinho escondido nas entranhas do paciente.

Para saber mais:

Espelho mágico

(SUPER número 1, ano 9)