Ingeniería en Sistemas Computacionales
Graficación
Angélica Zamora Rivera
La graficación
Tarea 1
¿Qué es la Graficación?
La graficación es el arte o la ciencia de producir imágenes
gráficas con la ayuda de la computadora. La graficación por computadora es una
de las áreas más importantes de las ciencias de la computación y su principal
objetivo es establecer los principios, técnicas y algoritmos para la generación
y manipulación de imágenes mediante una computadora. Las imágenes pueden ser de
distinta complejidad, en dos dimensiones hasta modelos tridimensionales donde
se requiere producir imágenes de aspecto real.
Desde que las computadoras aparecieron se intentó producir
imágenes que pudieran verse a través de la pantalla. Al paso del tiempo los
componentes electrónicos y computadoras han ido mejorando, y se ha llegado a un
punto, que de hoy en día podemos contar con una computadora por muy sencilla
que sea con alguna herramienta grafica.
Evolución de la Graficación
Un gran avance en gráficos
por ordenador iba a venir de un
estudiante del MIT, Ivan Sutherland. En 1961Sutherland creó un programa
de dibujo informático llamado
“Sketchpad”. Con el uso de un
lápiz óptico, Sketchpad permitía a uno dibujar formas simples en la pantalla
del ordenador, salvarlos e incluso su posterior recuperarlos. El lápiz óptico
en sí tenía una pequeña célula fotoeléctrica en la punta. Esta célula emite un
pulso electrónico cada vez que se colocaba adelante de la pantalla del
ordenador.
1950
La
graficación por computadora tuvo sus inicios con el surgimiento de las computadoras digitales. Una computadora digital como la Whirlwhin de la
Mit fue una de las primeras en utilizar una pantalla capaz de representar
gráficos.
1959
Surgió el primer sistema de
dibujo por computadora, la DAC-1(Design
Augmentedby Computers) Fue creada por General Motors e IBM. LaDAC-1
permitía al usuario describir un automóvil en 3D con la capacidad de rotar y
cambiar el ángulo de la imagen.”
1960 - 1970
Ivan Suterland (Estudiante de
MIT), creó un programa que llamó Sketchpad mediante el cual podía realizar
trazos en la pantalla de la computadora auxiliándose de una pluma de luz: 1961
otro estudiante del MIT, Steve Rusell creó el primer juego de video, llamado “Spacewar ” o guerra espacial en
español. Escrito para la DEC PDP-1, la guerra espacial fue un éxito
inmediato.1963 E. E. Zajac un científico de la Bell Telephone Laboratory (BTL),
creo una película llamada "Simulation of a two-giro gravity attitude
control system".
1970 – 1980
Los años 70
consideraron la introducción de los gráficos por computadora en el mundo de la
televisión. Computer Image Corporation (CIC), desarrolló sistemas complejos de
la dotación física y de software tales como ANIMAC, SCANIMATE y CAESAR.
En 1978 el laboratorio central de
Física Aplicada de la Universidad John-Hopkins publica un trabajo que se convertiría
en la obra "Matematical elements for computer graphics" de DavidF.
Rogers. Esta sucedió desde ese momento una de las disciplinas importantes tanto
para el trazado de línea como en la representación de objetos naturales. La informática
gráfica se hizo presente en la gestión, la Medicina, la televisión, la industria
del espectáculo, los videojuegos, la industria fílmica, y así en todas las disciplinas científicas, Matemáticas,
Aeronáuticas, Mecánicas y otras muchas esferas del conocimiento. La disciplina
originalmente se relacionó mucho a las técnicas de Tratamiento de Imágenes. Su
evolución no puede comprenderse sino con el análisis de su producción digital,
tanto dentro del tratamiento estático o dinámico dentro de sus resultados. Esta
define los gráficos, creados y generados por un ordenador, donde la gestión se
basa en una estación gráfica compuesta de elementos materiales como el Procesador
y la Tarjeta gráfica, las herramientas de adquisición como el digitalizador o
la Cámara digital, las periféricos de interfaz de usuario como el ratón o la
Tablilla gráfica, de medios de almacenamiento como el Disco Duro olas memorias
USB y de herramientas de reproducción como la impresora.
Los gráficos se ha
transformado enormemente por causa de los ordenadores. A partir de 1984,
con la aparición de los primeros sistemas de autoedición, los ordenadores
personales sustituyeron de forma paulatina todos los procedimientos técnicos de
naturaleza analógica por sistemas digitales. Por lo tanto los ordenadores se han
transformado en herramientas imprescindibles y, con la aparición
del hipertexto y la web, sus funciones se han extendido como
medio de comunicación. Además, la tecnología también se ha hecho notar con el
auge del teletrabajo y en especial del crowd sourcing o tercerización masiva,
ha comenzado a intervenir en las modalidades de trabajo. Este cambio ha
incrementado la necesidad de reflexionar sobre tiempo, movimiento e
interactividad. Aún así, la práctica profesional de diseño no ha tenido cambios
esenciales. Mientras que las formas de producción han cambiado y los canales de
comunicación se han extendido, los conceptos fundamentales que nos permiten
entender la comunicación humana continúan siendo los mismos.
Aplicaciones de la Graficación
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.
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 PixelPaint y SuperPaint), software desarrollado de manera especial, paquetes
de matemática simbólica (como Mathematica), 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.
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 Start 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).
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 Start 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).
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.
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.
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.
Conclusión
La graficación hoy en día se encuentra en todo nuestro entorno, en la televisión, nuestros ordenadores, en la escuela, en la calle, a cualquier lugar donde vayamos hay una muestra de graficación. Principalmente en forma de arte, de entretenimiento, siendo el cine en 3D lo más usual en nuestras vidas diarias. Otra principal aplicación que todos hacemos uso de ella, es la publicidad, la cual tiene un impacto positivo pero también muchas veces negativo.
Fuentes de información
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Tarea 2
HARDWARE
Y SOFTWARE PARA GRAFICACIÓN
En el campo de la
informática gráfica se pueden encontrar diferentes dispositivos de salida;
desde los que permiten obtener representaciones en soporte físico (impresoras)
hasta sofisticados sistemas de "inmersión" capaces de generar todo un
entorno de realidad virtual alrededor del usuario.
Hardware
El tubo de rayos catódicos
Un CRT
básicamente consiste en un tubo de vacío en cuyo interior un cátodo de metal
calentado mediante un filamento por el que circula corriente eléctrica. El
calor propicia el desprendimiento de electrones del cátodo; estos electrones,
cargados negativamente, atraviesan diferentes dispositivos de enfoque y
aceleración, y mediante los adecuados sistemas de control de deflexión son
dirigidos a diferentes puntos del otro externo del tubo. En este extremo se
encuentra la pantalla, recubierta internamente de fósforo, fósforo que al
recibir el impacto de los electrones absorbe su energía, transformándola
parcialmente en calor y utilizando el resto para elevar sus propios electrones
a niveles superiores de excitación. Poco tiempo después estos electrones
"excitados" vuelven a su estado original, desprendiendo el exceso de
energía en forma de fotones; que es lo que produce el punto de la imagen
visible.
Monitores de barrido
En el tipo de monitor con CRT más utilizado el haz de electrones recorre la punto por punto en dirección longitudinal y línea por línea en dirección vertical, variando su intensidad en cada punto de acuerdo con la luminosidad correspondiente al punto de la imagen correspondiente que se pretende representar. La intensidad de cada uno de estos puntos de imagen, conocidos como "pixeles", debe estar almacenada en la memoria del ordenador (a la memoria encargada de contener esta información se le denomina búfer de pantalla o frame buffer); si por ejemplo para representar la intensidad de un pixel se utilizan 24 bits, para una pantalla de 1024 x 1024 se necesitan 3 Mb de memoria.
La velocidad
a que se realiza este barrido (evidentemente, relacionada con la persistencia
del fósforo) suele darse como característica del monitor; tanto en la forma de
frecuencia de barrido vertical (para toda la imagen), que suele oscilar entre
los 50 y los 80 Hz y la frecuencia de barrido horizontal (para cada línea) que
suele ser del orden de los 40 KHz. Por lo general, una frecuencia mas alta, por
lo general, es conveniente para disminuir la fatiga visual, y necesaria cuando
se desea generar imágenes a gran velocidad (pares de imágenes estereoscópicas
en tiempo real a velocidades de refresco tales que el ojo no distinga
"parpadeos").
En algunos
monitores realiza el barrido vertical en dos fases, en la primera se recorren
las líneas impares, y en la segunda las pares. De esta forma se consigue una
frecuencia aparente doble de la real (aparente en el sentido de que cada imagen
se genera en la mitad de tiempo, aunque, evidentemente la imagen contenga la
mitad de la información de la real). Este sistema se utiliza en los televisores
domésticos, lo que puede aprovecharse también para conseguir una mayor suavidad
en las animaciones generadas por ordenador: Efectivamente, en lugar de generar
una imagen cada p.e. 1/60 segundo, se genera la mitad de la imagen cada 1/120
segundo, con lo que el tiempo de cálculo es el mismo y el movimiento más
continuo.
Monitores de trazado aleatorio o vectoriales
En este sistema, actualmente menos utilizado, el haz de electrones en lugar de recorrer la pantalla a base de pixeles, traza una serie de segmentos correspondientes a las líneas de la imagen que se pretende representar.
Así, la
imagen está definida en memoria como una sucesión de instrucciones de trazado y
movimiento aleatorio; y esta serie de instrucciones son ejecutadas por el haz
de electrones un mínimo de 30 veces por segundo. Los sistemas vectoriales de
alta calidad pueden llegar a manejar imágenes con 100.000 líneas; cuando la
imagen tiene muy pocas líneas se introduce un retraso entre redibujados, ya que
de otra forma se podría llegar a quemar el fósforo.
Monitores CRT en color
Los monitores CRT en color utilizan una combinación de fósforos que emiten luz con colores distintos, colores básicos que combinados producen la sensación de los colores del espectro que se deseen.
Estos
monitores utilizan principalmente la técnica de la "máscara de
sombra". Partiendo de un tubo con tres fósforos que emiten, para cada
punto, luz roja, verde y azul, y con tres cañones de electrones, los tres haces
de electrones se enfocan y se hacen coincidir sobre la máscara, que contiene
una serie de orificios alineados con los patrones de punto de fósforo. Cuando
los tres haces pasan por un orificio activan el triángulo correspondiente, que
se ve como un punto de color.
La
intensidad de cada haz se controla independientemente, y por lo general se
considera que con una resolución de 8 bits para cada uno (24 en total, por lo
tanto), es decir, 256 niveles de voltaje por cañón para un total de 256 al cubo
(16 Millones) de colores, se obtiene "color real" (haciendo
referencia a la incapacidad del ojo humano de distinguir diferencias al
aumentar la cantidad de niveles por componente).
Monitores de cuarzo líquido (LCD)
Los
monitores de cuarzo líquido utilizan dos placas de cristal que contienen cada
una un polarizador de luz girado 90 grados una respecto a la otra. Estas placas
prensan el cuarzo líquido (con estructura cristalina, pero con moléculas
capaces de fluir como en estado líquido). En una de las placas se crean líneas
verticales de conductores transparentes, y en la otra, horizontales. La
intersección de las líneas define los pixeles, de forma que cuando existe
voltaje ambos conductores en ambos conductores las moléculas se alinean y la
luz que atraviesa el cristal no gira y por lo tanto no atraviesa el segundo
cristal. Cuando
la luz se genera mediante un transistor en cada pixel, se habla de pantallas
LCD de matriz activa, siendo esta la tecnología más utilizada en la actualidad. Aparte
de eso, la representación de la información es similar a la de los monitores
CRT de barrido: también se utiliza el bufer de pantalla con la imagen formada
por pixeles.
Software de gráficos
Según se ha visto, por lo general vamos a necesitar una representación gráfica consistente en un conjunto de pixeles a partir de una idea de más alto nivel; como pueda ser la descripción de la gráfica en términos de líneas, arcos, colores etc. o incluso en términos de objetos tridimensionales, puntos de vista e iluminación.
El cómo
llegar de estas descripciones de alto nivel al conjunto de pixeles final es
algo de lo que las diferentes partes del sistema se deberán encargar; por lo
general el programador dispone de una serie de librerías de programación
gráfica que le permiten escribir aplicaciones sin tener que llegar a conocer en
detalle el hardware sobre el que se ejecutará su código, y sin tener que
reescribir de cero miles de procedimientos que, además, distan de ser
triviales. Ejemplos de estas librerías podrían ser OpenGL de SGI y Direct3D de
Microsoft.
Por lo
general, estas librerías permiten trabajar creando estructuras en un sistema de
coordenadas local, integrar estas estructuras en una escena más compleja que
utiliza un sistema de coordenadas global o "de mundo". De algún modo,
el software transformará estas coordenadas a unas coordenadas de dispositivo
normalizado (independiente de las características físicas del dispositivo real)
y en un último paso estas se ajustarán al rango de salida del dispositivo
final.
Los bloques
de construcción básicos que ofrece una librería se conocen como
"primitivas" y pueden incluir desde un mínimo de líneas, círculos,
caracteres, etc. en dos dimensiones hasta mallas de polígonos tridimensionales,
definiciones de luces, etc.
Diseño de página
El software de diseño de páginas utiliza
tipografía e imágenes tales como ilustraciones y fotografías para componer
páginas para su uso en libros, revistas y otros artículos impresos. El líder de
la industria es Adobe InDesign y es la herramienta estándar para los
diseñadores gráficos profesionales. InDesign ha tomado el lugar principal de
Quark Xpress, un programa poderoso amigable para diseñar que también ofrece
funcionalidad web. Los principales competidores son Microsoft Publisher y Corel
Draw Graphics Suite. Microsoft Publisher es menos costoso que los otros
programas.
Edición de imágenes
El software de edición de imágenes se
puede utilizar para editar fotografías e ilustraciones, así como para crear
gráficos. Este tipo de software se utiliza para manipular imágenes basadas en
píxeles. Muchos profesionales de la ilustración utilizan este tipo de software
para añadir color a sus ilustraciones. Adobe Photoshop es el programa estándar
en todo el espectro de disciplinas de diseño profesional. Corel Draw Graphics
Suite también se utiliza para la edición de imágenes. Corel ofrece Paint Shop
Pro como un programa de edición inicial a un precio atractivo.
Ilustración
El software de ilustración se puede
utilizar para crear ilustraciones, guiones gráficos y gráficos, incluyendo la
tipografía especial y única. Estos programas crean imágenes basadas en gráficos
vectoriales. Los gráficos vectoriales tienen la ventaja sobre los gráficos de
píxel que puedan ser reescalados a un tamaño mayor sin pérdida de resolución,
manteniendo la calidad de la imagen. El programa de ilustración principal es
Adobe Illustrator. Corel Draw Graphics Suite tiene un público fiel de los
ilustradores y diseñadores profesionales. Este producto único ofrece una
capacidad de ilustración basada en vectores junto con las funciones de diseño
de edición de imágenes y la página. Open Office ofrece una descarga gratuita de un
conjunto de programas, incluyendo Open Office Draw.
Diseño web
El software de diseño web se utiliza
para crear páginas
web. Mientras que
el software de diseño web crea y edita el código HTML para páginas web, la
mayoría de los programas de software de diseño web le permiten al usuario
trabajar con la tipografía, imágenes y otros archivos al mismo tiempo que
genera automáticamente el código. Microsoft ofrece el programa Expression Web a
un precio muy atractivo y el más costoso Expression Studio, dirigido a
profesionales de la web. Adobe ofrece Dreamweaver, el programa estándar de la
industria de diseño web.
Animación web
El software de animación web se puede
utilizar para crear clips animados para sitios web, botones interactivos y
gadgets para sitios web, sitios web completos y piezas, incluso animados para
usar fuera de la Web. Adobe Flash es el programa líder en animación web. Para
la animación en tres dimensiones, la gama va desde los programas iniciales
tales como Strata 3D y Corel Bryce 3D hasta el líder de la industria 3D Maya.
Presentación
El software de presentación de
gráficos se utiliza para crear gráficos que han de ser proyectados para una
audiencia, por ejemplo en una presentación o conferencia de negocios. El
programa de presentaciones de Microsoft PowerPoint es líder. Open Impress
Office está disponible como una descarga gratuita. Otros competidores en el
campo incluyen a Apple Keynote y Presentación de Google.
Descargas de prueba
La mayoría de los software de gráficos
descritos en este artículo está disponibles como una descarga gratuita y pueden
ser descargados y utilizados libremente por 30 días. Normalmente, estos
programas vienen con lecciones y archivos de muestra y tutoriales incluidos con
el software, haciendo que sea posible aprender el programa antes de la compra.
Esto puede ser una opción valiosa al considerar la compra de un software
costoso.
Conclusiones
En mi punto de vista me parece
maravilloso como es que todo ha ido evolucionando, por ejemplo en los gráficos
de los videojuegos es muy claro su avance, ahora todo parece muy real, eso es
bueno, porque es algo beneficioso para las personas, no causa daños, también
ahora el software está al alcance de todos, no representa mayor complejidad
como al principio de los tiempos tecnológicos.
Fuentes
de información
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