Descrição
Esta Aula Prática da disciplina “Computação Gráfica e Processamento de Imagens” (Unidade 1 — Introdução à Computação Gráfica, Seção 3 — Representações da Imagem) propõe a implementação prática de rotinas para criação, visualização e conversão entre imagens vetoriais e matriciais usando Python. A atividade é desenvolvida em laboratório de informática com desktops Engenharia Positivo Master D3400 e requer bibliotecas específicas citadas no roteiro: pycairo (1.17+), Pillow (5.2+) e NumPy, além do ambiente IDLE (Python). Não se aplicam equipamentos de proteção individual para esta prática.
O foco é construir, executar e inspecionar um primeiro programa em Python (partindo do template cgpi1tmp.py e salvando como cgpi1.py) que implementa três procedimentos principais — passo1(), passo2() e passo3() — responsáveis, respectivamente, pela criação de uma imagem vetorial (SVG), pelo desenho de um círculo em formato matricial e pela conversão/desenho de segmentos e círculo da imagem vetorial em uma imagem bitmap (201×201 pixels). Os arquivos gerados indicados no roteiro incluem cgpi1.svg e cgpi1.png; orienta-se também a abertura do SVG em editor de texto e sua visualização em navegador, além da abertura do PNG em visualizador de imagens.
O que é desenvolvido nesta atividade: implementação prática em Python de um fluxo completo de imagem vetorial para bitmap, incluindo (1) criação de uma imagem SVG com dois segmentos de reta e um círculo (segmento 1: de (0.2,0.3) a (0.8,0.7) — preto; segmento 2: de (0.8,0.3) a (0.2,0.7) — cinza escuro; círculo: centro (0.5,0.5), raio 0.3 — cinza claro), (2) desenho matricial de um círculo em um array NumPy de 201×201 (ex.: centro (100,100), raio 60, nível de cinza g=230) usando a função desenhaCirculo(f,c,r,g), e (3) implementação do algoritmo desenhaReta(f,p,q,g) para rasterizar os segmentos da imagem vetorial convertendo coordenadas reais para coordenadas inteiras por multiplicação pela dimensão e arredondamento. A ordem de desenho determina as sobreposições observadas nas saídas.
Principais conteúdos abordados
- Criação de imagens vetoriais (SVG) com pycairo e exportação para arquivos (cgpi1.svg, cgpi1.png).
- Desenho matricial em NumPy: implementação de algoritmos de círculo e reta em imagens 201×201.
- Conversão de coordenadas reais (0–1) para pixels inteiros e questões de ordem de desenho/empilhamento.
- Ambiente e ferramentas: IDLE (Python), pycairo 1.17+, Pillow 5.2+, NumPy; uso de arquivos de módulo (cgpi1.py).
Portfólio Relatório de Aula Prática – Computação Gráfica e Processamento de Imagens
ROTEIRO DE AULA PRÁTICA
NOME DA DISCIPLINA: COMPUTAÇÃO GRÁFICA E PROCESSAMENTO DE IMAGENS
Unidade: 1 – INTRODUÇÃO À COMPUTAÇÃO GRÁFICA
Seção: 3 – REPRESENTAÇÕES DA IMAGEM
OBJETIVOS
Definição dos objetivos da aula prática:
Os objetivos desta aula prática são:
1. Aplicar os conhecimentos da unidade no desenvolvimento de um primeiro programa
de criação e manipulação de imagem vetorial.
2. Aplicar os conhecimentos da unidade no desenvolvimento de um primeiro programa
de criação e manipulação de imagem matricial.
3. Implementar a conversão de imagens vetoriais com retas e círculos para imagem
bitmap.
INFRAESTRUTURA
Instalações – Materiais de consumo – Equipamentos:
LABORATÓRIO DE INFORMÁTICA
EQUIPAMENTOS:
• Desktop Engenharia Positivo Master D3400
~ 1 por aluno ou dupla
SOLUÇÃO DIGITAL
• PILLOW 5.2+ (Biblioteca)
Pillow 5.2+ – é uma biblioteca de processamento de imagens para Python, que permite a abertura,
manipulação e salvamento de imagens em vários formatos.
• PYCAIRO 1.17+ (Biblioteca)
Pycairo 1.17+ – é uma biblioteca de gráficos vetoriais 2D para Python, que permite a criação de
gráficos personalizados de alta qualidade.
• IDLE(PYTHON) (Software)
IDLE(Python): É um ambiente de desenvolvimento integrado (IDE) para a linguagem de
programação Python. Ele é usado principalmente para desenvolvimento de aplicativos em Python
e inclui recursos como realce de sintaxe, depuração, controle de versão e muito mais.
EQUIPAMENTO DE PROTEÇÃO INDIVIDUAL (EPI)
Não se aplica.
PROCEDIMENTO/ATIVIDADE nº 1 (Físico)
ATIVIDADE PROPOSTA:
Criação de imagem vetorial com retas e círculos e transformação em imagem matricial.
PROCEDIMENTOS PARA A REALIZAÇÃO DA ATIVIDADE:
Para a execução desta atividade, você deverá criar e executar um primeiro programa em
Python. O primeiro programa serve apenas para conhecer o ambiente de desenvolvimento,
pois apenas imprime textos na tela.
Em seguida você deverá implementar três passos:
1) criar uma imagem vetorial com dois segmentos de reta e um círculo,
2) desenhar um círculo em formato matricial
3) desenhar segmentos de reta em formato matricial. Esses três passos deverão ser
implementados nos procedimentos passo1(), passo2() e passo3(), respectivamente, junto com
funções auxiliares sugeridas ao longo da atividade.
Crie e execute seu primeiro programa em Python
Para criar seu primeiro programa a partir de um template, faça:
1. Abra o IDLE (Python Shell).
2. Vá em File->Open e abra o arquivo cgpi1tmp.py.
3. Altere o cabeçalho do arquivo, preenchendo devidamente seu nome e número de
matrícula (colocar todos os nomes e números de matrícula se o trabalho for realizado
em grupo).
4. Salve o arquivo com o nome cgpi1.py. Siga o padrão de nomenclatura! O nome do arquivo em
Python é o nome do módulo e não deve conter acentos, espaços ou
caracteres especiais.
5. Execute o programa clicando em Run->Run Module e veja o que é impresso na tela
do Python Shell.
6. No shell, digite ‘import cgpi1.py’ e <ENTER> e veja que o resultado deve ser o mesmo.
A indentação é essencial na linguagem Python, pois é a indentação que define os escopos.
Quando se faz um ‘import cgpi1.py’ o módulo cgpi1 (definido no arquivo cgpi1.py) é carregado
e todo o código sem indentação (a partir da linha print(‘Início da Prática’)) é executado como
um script.
Crie uma imagem vetorial
Para criar uma imagem vetorial você deverá importar módulos no início do arquivo, criar a
função criaImagemVetorial() e preencher o procedimento passo1(). Faça:
1. Importe o cairo, que será utilizado em todos os passos a seguir.
2. Crie a função criaImagemVetorial() que:
a. inicializa a variável v como uma imagem vetorial do tipo SVG
(cairo.SVGSurface) a ser escrita no arquivo cgpi1.svg;
b. adicione a v um segmento de reta preto, partindo da coordenada (0.2,0.3)
até a coordenada (0.8,0.7);
c. adiciona a v um segmento de reta cinza escuro, partindo da coordenada
(0.8,0.3) até a coordenada (0.2,0.7);
d. adicione a v um círculo cinza claro, com centro na coordenada (0.5,0.5) e raio
0.3;
e. salva a imagem cgpi1.svg, chamando pela última vez context.stroke().
f. retorna v.
3. Preencha o procedimento passo1() que:
a. chama a função criaImagemVetorial();
b. salva a imagem criada em formato PNG no arquivo cgpi1.png.
4. Abra o arquivo cgpi1.svg em um editor de texto. Trata-se de um arquivo XML
descritor de imagem.
5. Visualize a imagem cgpi1.svg em um browser. O browser desenha a imagem descrita
no arquivo SVG e exibe.
6. Visualize a imagem cgpi1.png em um visualizador de imagens qualquer. A imagem
PNG é criada com um fundo transparente, mas alguns visualizadores de imagens irão
colocar um fundo branco.
A imagem resultante deverá ser como a da Figura 1.
Figura 1 – Resultado esperado para o Passo 1.
Fonte: o Autor.
Note na Figura 1 que o segmento de reta cinza escuro passa por cima do segmento de reta
preto, portanto no ponto de cruzamento a cor é cinza escuro. Note também que o círculo cinza
claro passa por cima dos dois segmentos de reta e, por isso, os pontos de cruzamento são na
cor cinza claro. Isto se deve à ordem em que os elementos são adicionados à imagem.
Desenhe um círculo em formato matricial
Para desenhar um círculo em formato matricial, você deverá importar módulos no início do
arquivo, criar uma nova função e preencher o procedimento passo2().
Faça:
1. Importe o numpy.
2. No procedimento passo2(), crie a variável f como uma imagem matricial
(NumPyarray) de 201×201 pixels em níveis de cinza, mas com todos os valores em
branco.
3. Implemente a função desenhaCirculo(f,c,r,g), que desenha sobre a imagem em níveis
de cinza f, passada como parâmetro, um círculo de nível de cinza g, com centro na
coordenada c e raio r, onde f é um NumPy array, c é uma coordenada (xc,yc), xc e yc
inteiros, e r é o raio em pixels, um número inteiro. Trata-se da implementação do
algoritmo de desenho de círculo apresentado nesta seção.
4. Novamente no procedimento passo2(), desenhe um círculo cinza claro (g=230) de
centro (100,100) e raio 60 pixels sobre a imagem f, chamando a função
desenhaCirculo(f,(100,100),60,230) .
5. Salve a imagem em formato PNG e abra em um visualizador de imagens.
Você deverá ver uma imagem como a da Figura 2.
Figura 2 – Resultado esperado para o Passo 2.
Fonte: o Autor.
Desenhe retas e converta a imagem vetorial para matricial
Para executar esta atividade, você deverá criar uma nova função e preencher o procedimento
passo3(). Considere v a imagem vetorial criada pela função criaImagemVetorial no Passo 1.
Faça:
1. Implemente a função desenhaReta(f,p,q,g), que desenha sobre a imagem f um
segmento de reta de nível de cinza g que se inicia no ponto p e termina no ponto q,
ambos de coordenadas inteiras. Trata-se da implementação do algoritmo de desenho
de reta apresentado nesta seção.
2. Crie a variável f como uma imagem matricial (NumPyarray)de201x201pixels em
níveis de cinza.
3. Desenhe sobre f o primeiro segmento de reta de v (preto). Para converter as
coordenadas reais de v para as coordenadas inteiras de f, simplesmente multiplique a
coordenada real pela largura (coordenada x) ou altura (coordenada y) de f e converta
o resultado para inteiro. Exemplo: o ponto (0.2,0.7) será (round(0.2*201),
round(0.7*201)), ou seja (40,141).
4. Desenhe sobre f o segundo segmento de reta de v (cinza escuro), usando a mesma
conversão do passo anterior.
5. Desenhe sobre f o círculo de v (cinza claro), usando o mesmo raciocínio dos passos
anteriores. Para converter o raio do círculo para inteiro faça o mesmo que na conversão
de coordenadas.
Salve a imagem f em formato PNG e abra em um visualizador de imagens. Você deverá ver algo
similar à Figura 3, que é uma imagem parecida com a imagem obtida no Passo 1. A diferença
desta imagem para a imagem obtida no Passo 1 é apenas a espessura das linhas.
Figura 3 – Resultado esperado para o Passo 3.
Fonte: o Autor.
CHECKLIST:
1. Aplicar os conhecimentos da unidade no desenvolvimento de um primeiro programa
de criação e manipulação de imagem vetorial.
2. Aplicar os conhecimentos da unidade no desenvolvimento de um primeiro programa
de criação e manipulação de imagem matricial.
3. Implementar a conversão de imagens vetoriais com retas e círculos para imagem
bitmap.
PROCEDIMENTO/ATIVIDADE nº 2 (Digital)
ATIVIDADE PROPOSTA:
Criação de imagem vetorial com retas e círculos e transformação em imagem matricial.
PROCEDIMENTOS PARA A REALIZAÇÃO DA ATIVIDADE:
Para a execução desta atividade, você deverá criar e executar um primeiro programa em
Python. O primeiro programa serve apenas para conhecer o ambiente de desenvolvimento,
pois apenas imprime textos na tela.
Em seguida você deverá implementar três passos: 1) criar uma imagem vetorial com dois
segmentos de reta e um círculo, 2) desenhar um círculo em formato matricial e 3) desenhar
segmentos de reta em formato matricial. Esses três passos deverão ser implementados nos
procedimentos passo1(), passo2() e passo3(), respectivamente, junto com funções auxiliares
sugeridas ao longo da atividade.
Crie e execute seu primeiro programa em Python
Para criar seu primeiro programa a partir de um template, faça:
1. Abra o IDLE (Python Shell).
2. Vá em File->Open e abra o arquivo cgpi1tmp.py.
3. Altere o cabeçalho do arquivo, preenchendo devidamente seu nome e número de
matrícula (colocar todos os nomes e números de matrícula se o trabalho for realizado
em grupo).
4. Salve o arquivo com o nome cgpi1.py. Siga o padrão de nomenclatura! O nome do
arquivo em Python é o nome do módulo e não deve conter acentos, espaços ou
caracteres especiais.
5. Execute o programa clicando em Run->Run Module e veja o que é impresso na tela
do Python Shell.
6. No shell, digite ‘import cgpi1.py’ e <ENTER> e veja que o resultado deve ser o mesmo.
A indentação é essencial na linguagem Python, pois é a indentação que define os escopos.
Quando se faz um ‘import cgpi1.py’ o módulo cgpi1 (definido no arquivo cgpi1.py) é carregado
e todo o código sem indentação (a partir da linha print(‘Início da Prática’)) é executado como
um script.
Crie uma imagem vetorial
Para criar uma imagem vetorial você deverá importar módulos no início do arquivo, criar a
função criaImagemVetorial() e preencher o procedimento passo1(). Faça:
1. Importe o cairo, que será utilizado em todos os passos a seguir.
2. Crie a função criaImagemVetorial() que:
a. inicializa a variável v como uma imagem vetorial do tipo SVG
(cairo.SVGSurface) a ser escrita no arquivo cgpi1.svg;
b. adicione a v um segmento de reta preto, partindo da coordenada (0.2,0.3)
até a coordenada (0.8,0.7);
c. adiciona a v um segmento de reta cinza escuro, partindo da coordenada
(0.8,0.3) até a coordenada (0.2,0.7);
d. adicione a v um círculo cinza claro, com centro na coordenada (0.5,0.5) e raio
0.3;
e. salva a imagem cgpi1.svg, chamando pela última vez context.stroke().
f. retorna v.
3. Preencha o procedimento passo1() que:
a. chama a função criaImagemVetorial();
b. salva a imagem criada em formato PNG no arquivo cgpi1.png.
4. Abra o arquivo cgpi1.svg em um editor de texto. Trata-se de um arquivo XML
descritor de imagem.
5. Visualize a imagem cgpi1.svg em um browser. O browser desenha a imagem descrita
no arquivo SVG e exibe.
6. Visualize a imagem cgpi1.png em um visualizador de imagens qualquer. A imagem
PNG é criada com um fundo transparente, mas alguns visualizadores de imagens irão
colocar um fundo branco.
A imagem resultante deverá ser como a da Figura 1.
Figura 1 – Resultado esperado para o Passo 1.
Fonte: o Autor.
Note na Figura 1 que o segmento de reta cinza escuro passa por cima do segmento de reta
preto, portanto no ponto de cruzamento a cor é cinza escuro. Note também que o círculo cinza
claro passa por cima dos dois segmentos de reta e, por isso, os pontos de cruzamento são na
cor cinza claro. Isto se deve à ordem em que os elementos são adicionados à imagem.
Desenhe um círculo em formato matricial
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