Uma Arquitetura de Suporte a Interações 3D ... - DCA - Unicamp

16 Revisão bibliográfica
da caneta óptica a pontos, curvas ou interseções entre curvas, ajudando assim o usuário a posicionar
e criar objetos com maior precisão. Tarefas básicas como posicionar e selecionar objetos gráficos
utilizando um dispositivo apontador, e o uso de funções de restrição do posicionamento do cursor
de acordo com a geometria manipulada, tornaram-se difundidas entre aplicações de desenho por
computador e hoje são amplamente utilizadas em sistemas gráficos e jogos.
A manipulação direta através de dispositivos apontadores 2D é hoje o método de interação mais
utilizado em sistemas de janelas. Em particular, desde a introdução em 1984 do sistema de janelas
System 1 nos computadores Macintosh, X Windows System no sistema operacional UNIX, e a poste-
rior popularização da interface gráfica do Microsoft Windows, o uso de um mouse como dispositivo
apontador para selecionar e arrastar elementos gráficos tornou-se padrão em praticamente todas as
aplicações nesses sistemas.
Jogos de video game também são exemplos evidentes do uso de manipulação direta em uma
interface gráfica. Com pouco treinamento, os usuários são capazes de utilizar controles (joysticks) que
mapeiam as ações físicas que o usuário impõe sobre botões e alavancas para ações correspondentes
da personagem na tela. Entretanto, o uso do dispositivo apontador é mais comumente empregado em
jogos de computador, seja para selecionar e arrastar elementos gráficos, seja para definir a orientação
da personagem ou câmera que está sendo controlada.
Tradicionalmente, as tarefas de manipulação direta são feitas através de algoritmos executados na
CPU, como tratadores de eventos disparados por um sistema de janelas. Em particular, a tarefa de
seleção usando um dispositivo apontador 2D é reduzida à determinação de todos os objetos do banco
de dados da cena que geram interseções com um raio que passa por dois pontos: a posição do cursor
captada pelo sistema de janela e a posição da câmera definida pela aplicação. A figura 2.1 ilustra este
procedimento. Essa técnica, conhecida como ray picking, é a mais utilizada pelas atuais bibliotecas
gráficas 3D. No restante desta seção, sintetizamos a evolução destas bibliotecas, com o intuito de
mostrar que as capacidades das GPUs têm sido pouco consideradas. Em todas as bibliotecas analisa-
das, as operações de interação são realizadas na CPU através do acesso aos modelos geométricos em
um banco de dados de cena. Isto tem gerado um distanciamento, cada vez maior, entre o que se pode
visualizar e o que tais bibliotecas podem oferecer em relação ao desenvolvimento de aplicativos com
manipulações diretas.
Na década de 1980 surgiram as primeiras bibliotecas gráficas 3D baseadas em uma organização da
cena através de estruturas de dados hierárquicas para facilitar o desenvolvimento de aplicativos intera-
tivos 3D. Nessa época, a ACM SIGGRAPH (Special Interest Group on Graphics, da Association for
Computing Machinery [ACM, 2007]) havia proposto um padrão de APIs de gráficos independentes
do dispositivo, chamado de 3D Core Graphics System (ou simplesmente Core) [Committee, 1977].
Com base nesse padrão, foi desenvolvida em 1985 a biblioteca GKS (Graphics Kernel System) com