Unidad 1

Introduccion a la graficación por computadora.

1.1 Breve historia de la Graficación.

El término graficación tiene varios significados:

– La representación y manipulación de datos pictóricos por una computadora.

– Conjunto de tecnologías para crear y manipular los datos pictóricos.

– Las imágenes producidas.

– Campo de las ciencias computacionales que estudian métodos para sintetizar y manipular contenido visual.

Los cincuenta

La salida esta vía teletipos, impresoras de línea y tubos de rayos catódicos.

Usando caracteres, una imagen puede ser reproducida.

1950: Ben Laposky crea las primeras imágenes gráficas en un Osciloscopio.

1951: UNIVAC-I: Primera computadora de propósito comercial, con dispositivos de copia dura e impresoras de línea.

1951: MIT – Whirlwhin Computer, con el primer video en tiempo real capaz de desplegar texto y gráficas en un gran osciloscopio.

                        

Iván Sutherland: Es considerado el fundador de la graficación por computadora.

– Desarrolló el primer sistema de comunicación grafica humano computadora

– Formuló las ideas de utilizar primitivas gráficas (líneas, polígonos, arcos).

– Desarrolló algoritmos de transformación y arrastre.

– Introdujo estructuras de datos para almacenamiento.

Rafael Rivera.

                         

  

1973: John Whitney. Jr. y Gary Demos – “Westworld”, primera película con gráficas por computadora.

                                         

 

1982: Steven Lisberger – “Tron”, primera película de Disney hecha con el uso extensivo de los gráficos 3D.

                          

1993: University of Illinois -- Mosaic, primer navegador web gráfico.

Steven Spielberg – “Jurassic Park”: Uso de la graficación por computadora de forma exitosa.

                                

2003: ID Software: Crea el motor gráfico para Doom3.

                                   

1.2 Aplicaciones.

Actualmente existe un sinfín de aplicaciones pero solo mencionaré las más importantes

 Diseño asistido por computadora.

Este método, también llamado generalmente como CAD (Computer Assisted Desing) ahora se utiliza de forma habitual para el diseño de construcciones, automóviles, aeronaves, embarcaciones, naves espaciales, computadoras, incluso telas y muchos productos.

Normalmente, los paquetes de software de aplicaciones de CAD ofrecen los diseñadores un entorno con ventanas múltiples; estas diversas ventanas desplegables muestran secciones ampliadas de vistas de diferentes objetos. Estos paquetes de software están dirigidos principalmente para el campo de la arquitectura. Ofrecen a los diseñadores muchas herramientas de simbología para poder crear modelos realistas de sus construcciones.

Además de presentar despliegues de fachadas realistas, los paquetes de CAD para arquitectura ofrecen medios para experimentar con planos interiores tridimensionales y la iluminación. Muchas otras clases de sistemas y productos se diseñan usando ya sea paquetes de CAD generales o software de CAD desarrollado en forma especial.

                               

Arte por computadora.

Los artistas utilizan una variedad de métodos computacionales, incluyendo hardware para propósitos especiales, programas artísticos de brocha de pintar del artista (como Lumena), otros paquetes de pintura (como Pixel Paint y Súper Paint), software desarrollado de manera especial, paquetes de matemática simbólica (como Matemática), paquetes de CAD, software de edición electrónica de publicaciones y paquetes de animaciones que proporcionan los medios para diseñar formas de objetos y especificar movimientos de objetos.

Existen otros programas como Paintbrush (brocha de pintar) que permite a los artistas "pintar" imágenes en la pantalla de un monitor de video. En realidad, la imagen se pinta por lo general de manera electrónica en una tableta de gráficas (o digitalizador) utilizando un estilete, el cual puede simular diferentes trazos, anchuras de la brocha y colores.
Los creadores de bellas artes emplean diversas tecnologías de computación para producir imágenes. Con el propósito de crear pinturas el artista utiliza una combinación de paquetes de modelado tridimensional, diagramación de la textura, programas de dibujo y software de CAD. En un ejemplo de "arte matemático" un artista utilizó una combinación de funciones matemáticas, procedimientos fractales, software de Matemática, impresoras de chorro de tinta y otros sistemas con el fin de crear una variedad de formas tridimensionales y bidimensionales, al igual que pares de imágenes estereoscópicas.

                           

Entretenimiento.

Hoy en día es muy común utilizar métodos de gráficas por computadora para producir películas, videos musicales y programas de televisión. En ocasiones, se despliegan sólo imágenes gráficas y otras veces, se combinan los objetos con los actores y escenas en vivo. Como por ejemplo, en una escena gráfica creada para la película Stuart Trek II - The Wrath of Khan, se dibujan en forma de armazón el planeta y la nave espacial y se sombrean con métodos de presentación para producir superficies sólidas. Al igual que pueden aparecer personas en forma de armazón combinadas con actores y una escena en vivo. Los videos musicales aprovechan las gráficas de muchas maneras, se pueden combinar objetos gráficos con acción en vivo, o se pueden utilizar técnicas de procesamiento de imágenes para producir una transformación de una persona o un objeto en otro (a este efecto se le conoce como morphing).

                            

Interfaces Gráficas de Usuario.

Hoy por hoy los paquetes de software ofrecen una interfaz gráfica. Un componente importante de una interfaz gráfica es un administrador de ventanas que hace posible que un usuario despliegue áreas con ventanas múltiples. Cada ventana puede contener un proceso distinto que a su vez puede contener despliegues gráficos y no gráficos. Las interfaces también despliegan menús e iconos para permitir una selección rápida de las opciones de procesamiento o de valores de parámetros. Un icono es un símbolo gráfico diseñado para semejarse a la opción de procesamiento que representa. La ventaja de los iconos es que ocupan menos espacio en la pantalla que las descripciones textuales correspondientes y que se pueden entender con mayor rapidez si están bien diseñados. Los menús contienen listas de descripciones textuales e iconos.

               

Educación y capacitación.

A menudo, se utilizan como instrumentos de ayuda educativa modelos de sistemas físicos, financieros y económicos, los cuales se generan por computadora. Modelos de sistemas físicos, sistemas fisiológicos, tendencias de población o equipo, pueden ayudar a los estudiantes a comprender la operación del sistema. En el caso de algunas aplicaciones de capacitación, se diseñan sistemas especiales, como los simuladores para sesiones de práctica o capacitación de capitanes de barco, pilotos de avión, operadores de equipo pesado y el personal de control de tráfico aéreo. Algunos simuladores no tienen pantallas de video; por ejemplo, un simulador de vuelo que sólo tiene un panel de control como instrumento de vuelo. No obstante, la mayor parte de los simuladores cuenta con pantallas gráficas para la operación visual.

 

                  

                

Visualización.

Científicos, ingenieros, personal médico, analistas comerciales y otros con frecuencia necesitan analizar grandes cantidades de información o estudiar el comportamiento de ciertos procesos. Las simulaciones numéricas efectuadas en supercomputadoras frecuentemente producen archivos de datos que contienen miles y a veces millones de valores de datos. El rastreo de estos grandes conjuntos de números para determinar tendencias y relaciones es un proceso tedioso e ineficaz. Pero si se convierten los datos a una forma visual, es frecuente que se perciban de inmediato las tendencias y los patrones. Por lo regular, la producción de representaciones gráficas para conjuntos de datos y procesos científicos de ingeniería y de medicina se conoce como visualización científica. La codificación de colores es sólo una manera de visualizar un conjunto de datos. Las técnicas adicionales incluyen trazos, gráficas y diagramas de contorno, presentaciones de superficie y visualización de interiores de volumen. Además, se combinan técnicas de procesamiento de imágenes con gráficas por computadora para crear muchas de las visualizaciones de datos. Las comunidades de matemáticos, científicos físicos y otros utilizan técnicas visuales para analizar funciones matemáticas y procesos o sólo con el propósito de crear representaciones gráficas interesantes.

              

 

1.3. Formatos gráficos de almacenamiento.

El almacenamiento de los datos que componen una imagen digital en un archivo binario puede realizarse utilizando diferentes formatos gráficos, cada uno de los cuales ofrece diferentes posibilidades con respecto a la resolución de la imagen, la gama decolores, la compatibilidad, la rapidez de carga, etc. La finalidad última de un formato gráfico es almacenar una imagen buscando un equilibrio adecuado entre calidad, peso final del fichero y compatibilidad entre plataformas. Para ello, cada formato se basa en una o más técnicas diferentes, que pueden incluir codificación especial, métodos de compresión, etc. Generalmente, todo fichero gráfico comienza con una cabecera (header) de estructura variable, que indica al programa que lo soliciten las características de la imagen que almacena (tipo, tamaño, resolución, modo de color, profundidad de color, número decolores de la paleta si la hay, etc).

En caso de usarse una paleta de colores, la información sobre dicha paleta también deberá estar contenida en el fichero. La imagen puede estar formada por un número diferente de píxeles, dependiendo de su tamaño y resolución, y tener más o menos colores. En función del número de píxeles y del número de colores la imagen tendrá más o menos calidad, pero cuanto más calidad tenga, más ocupará el fichero necesario para almacenarla. En el caso de los gráficos vectoriales no se definen píxeles individuales, dependiendo la calidad y el peso final del formato concreto en que se almacenen. Los ficheros gráficos de mapas de bits contienen pues una cabecera, los datos de los píxeles (generalmente comprimidos) y la paleta de colores (salvo si se usan 24 bits por píxel, caso en el que no es necesaria ninguna paleta). Los ficheros vectoriales, una cabecera y una tabla con las características de cada vector componente del gráfico. Cada formato es independiente. Las posibilidades que ofrece cada formato con respecto a la gama de colores, a la compatibilidad, a la rapidez de carga, etc., merece ser explicada para determinar cuál de ellos es el más adecuado para la tarea que estamos realizando.

Existen dos tipos de formatos: los vectoriales y los de mapa de bits también conocidos como rasterizados.

Una imagen rasterizada es una estructura o fichero de datos que representan generalmente una rejilla rectangular de pixeles o puntos de color en un monitor de ordenador, papel u otro dispositivo de representación. El color de cada pixel está definido individualmente; Por ejemplo, una imagen en un espacio de color RGB, almacenaría el valor de color de cada pixel en tres bytes: un para el verde, para el azul, y para el rojo.

Los gráficos rasterizados se distinguen de los gráficos vectoriales en que estos últimos representan una imagen a través del uso de objetos geométricos como curvas y polígonos, no del simple almacenamiento del color de cada pixel.

                      

Los gráficos vectoriales son los que se representan en los gráficos por ordenador por medio de "trazos", es decir, por primitivas geométricas como puntos, líneas, curvas o polígonos. En contraste, se encuentran los gráficos formados por una retícula de pixeles como los bitmap. En los gráficos vectoriales la imagen se genera como descripción de trazos.