Capitulo II Introduccion a Los Sistemas Graficos Parte1

5/9/2018 Capitulo II Introduccion a Los Sistemas Graficos Parte1 - slidepdf.com

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Capitulo 2

Introducción a los Sistemas Gráficos

Ing. Hernán Nina Hanco



Temario

• Dispositivos de visualización de vídeo• Sistemas de barrido de líneas• Estaciones de trabajo gráficas y sistemas de

visualización• Dispositivos de entrada• Dispositivos de copia impresa• Redes gráficas• Gráficos en Internet• Software gráfico• Introducción a OpenGL



Introducción

• En este apartado analizaremos lascaracterísticas básicas de los componenteshardware y de los paquetes de software para

gráficos.



Dispositivos de visualización de Vídeo

• Dispositivo de salida, el monitor de vídeo• Diseño de monitores:

– Tubo de rayos catódicos o TRC (CRT, Cathode Ray Tube). – Monitores de estado Sólido

• Tubos de refresco de rayos catódicos• Pantallas de barrido de líneas• Pantallas de barrido aleatorio• Monitores TRC de color• Pantallas planas• Dispositivos de visualización tridimensional• Sistemas estereoscópicos y de realidad virtual



Monitor TRC



Tubos de refresco de rayos catódicos

• Un haz de electrones (Rayos catódicos), emitido porun cañón de electrones, pasa a través de sistemas deenfoque y deflexión que dirigen el haz hacia

posiciones especificas de la pantalla revestidas defosforo. Entonces el fósforo emite un pequeño puntode luz en cada posición alcanzada por el haz deelectrones.

• Necesidad de un método para evitar eldesvanecimiento rápido de la luz emitida por elfósforo



Tubos de refresco de rayoscatódicos

• Un método seria, almacenar la información de la imagen enforma de distribución de carga dentro del TRC.

• Sin embargo, el método mas utilizado en la actualidad paramantener el resplandor del fósforo es volver a dibujar laimagen redirigiéndola rápidamente el haz de electrones denuevo sobre los mismos puntos de la pantalla.

• Este tipo de pantalla se llama TRC de refresco

• La frecuencia a la cual una imagen es redibujada en la pantallase llama velocidad de refresco.




• Componentes principales del cañón de electrones:

– Cátodo de metal calentado

• Desprendimiento de los electrones en la superficie

caliente – Rejilla de control ¿Tema a indagar, función?

• La intensidad del haz de electrones se controlamediante la tensión de la rejilla de control.

•

Interrumpe el haz, al impedir que los electrones pasen.• El brillo de un punto en la pantalla se ajusta variando la

tensión de la rejilla. Intensidad controlada por SoftwareGráfico




• Por lo general, los monitores gráficos tienenuna persistencia del orden de 10 a 60microsegundos. El número máximo de puntos

que se pueden desplegar sin que se traslapenen un CRT se conoce como la resolución. Unadefinición más precisa de la resolución es el

número de puntos por centímetro que sepueden trazar en sentidos horizontal yvertical.




• Por tanto, la resolución de un CRT dependedel tipo de fósforo, la intensidad que se debedesplegar y de los sistemas de enfoque y

deflexión. La más común es de 1280 por 1024,con resoluciones más altas disponibles. Eltamaño físico de un monitor gráfico se

expresa como la longitud de la diagonal de lapantalla, con tamaños que van desde 12 hasta27 pulgadas o más.



Pantallas de barrido de líneas

• Es El tipo más común de monitor gráfico queutiliza un TRC, con base en la tecnología de latelevisión.

• En este se recorre el haz de electrones a travésde la pantalla, un renglón a la vez, de arriba aabajo. Conforme el haz de electrones se

mueve a través de cada línea de barrido, seactiva y desactiva la intensidad del haz paracrear un patrón de manchas iluminadas.




• La definición de la imagen se almacena en unaárea de memoria llamada búfer de refresco búfer de imagen.

• Esta área contiene el conjunto de valores deintensidad para todos los puntos de lapantalla. Los valores de intensidad

almacenados se recuperan después del búferde refresco y "pintan" en la pantalla unrenglón a la vez.




• Cada punto de la pantalla se le conoce comoun pixel o pel (abreviaturas de pictureelement; elemento gráfico).

• La capacidad de un sistema de barrido delíneas para almacenar información de laintensidad para cada punto de la pantalla hace

que sea ideal para el despliegue realista deescenas que contienen un sombreado tenue ypatrones de colores.




• En un sistema simple en blanco y negro, cadapunto de la pantalla está, ya sea encendido oapagado, de manera que sólo se necesita un

bit por pixel para controlar la intensidad de lasposiciones en la pantalla.

• Cuando se deben desplegar variaciones de

color e intensidad, se requieren bitsadicionales. Se incluyen hasta 24 bits por pixelque pueden requerir varios megabytes de

almacenamiento para el búfer de imagen.




• Un sistema con 24 bits por pixel unaresolución de pantalla de 1024 por 1024requiere 3 megabytes de almacenamiento

para el búfer de imagen. El refrescado orepasado en los despliegues de repasado conrastreador se efectúa con un índice de 60 a 80

cuadros por segundo. Los índices de repasadose describen en unidades de ciclos porsegundo, Hertz (Hz), donde un ciclo

corresponde a un cuadro.




• Al utilizar estas unidades, describiríamos un índice derepasado de 60 cuadros por segundo sólo como 60Hz. Al final de cada línea de barrido, el haz de

electrones regresa al lado izquierdo de la pantallapara empezar a desplegar la siguiente línea debarrido. El retorno al lado izquierdo de la pantalla sellama retrasado horizontal del haz de electrones.

• Y al final de cada cuadro (desplegado en 1/80 a 1/60de un segundo), el haz de electrones regresa(retrasado vertical) a la esquina superior izquierdapara iniciar con el cuadro siguiente.




• En algunos sistemas de barrido con rastreador, cadacuadro se despliega en dos pasos por medio de unprocedimiento de repasado entrelazado. En el

primero el haz recorre cada línea del barrido dearriba a abajo. Luego del retrasado vertical, el hazrecorre las líneas de rastreo restantes. Esto nospermite ver la pantalla entera desplegada en la mitad

del tiempo requerido para recorrer todas las líneasen un solo movimiento de arriba hacia abajo.




• El entrelazado se utiliza sobre todo con índice derepaso más bajo. Pero con el entrelazado, se puedeejecutar cada uno de los dos pasos en 1/60 de un

segundo, haciendo que el índice de repasado seaproxime a 60 cuadros por segundo. Esta es unatécnica para evitar la luz oscilante, siempre que laslíneas de barrido adyacente contengan información

de despliegue similar.



Pantallas de barrido aleatorio

• Cuando un monitor TRC funciona como unapantalla de barrido aleatorio, dispone de unhaz de electrones dirigido exclusivamente a

las partes de la pantalla donde se muestra unaimagen.




• Se denominan también pantallas vectoriales.

• Las líneas componentes de una imagen se dibujan y refrescan encualquier orden.

• La velocidad de refresco en un sistema de barrido aleatorio depende del

número de líneas que deba mostrar.• La definición de la imagen se almacena como un conjunto de órdenes de

dibujo en una zona de memoria denominada lista de visualización. archivode refresco de visualización, archivo vectorial, o programa de visualización.

• La mayor flexibilidad y las capacidades mejoradas de dibujo de líneas de

los sistemas de barrido han provocado el abandono de la tecnologíavectorial.



Monitores TRC de color

• Un monitor TRC muestra imágenes en colorempleando una combinación de fósforos que emitenluz de diferentes colores.

• Método de penetración del haz – En pantallas cubiertas por capas de fósforos de diferente

color.

– Tensión de aceleración para combinar colores

– Colores limitados (Rojo y verde)

• Los métodos de la máscara de sombra

– Modelo de color RGB

–

Posee tres cañones de electrones




• Mediante la variación de los niveles de intensidad de los tres haces deelectrones podemos obtener combinaciones de color en la máscara desombra del TRC. Si se apagan dos de los cañones, obtenemos sólo el colorprocedente del único fósforo activado (rojo, verde, o azul). Al activar lostres puntos con iguales intensidades de los haces, vemos el color blanco.

El color amarillo se produce con iguales intensidades en los puntos verde yrojo solamente

• Sistemas más sofisticados pueden permitir que se establezcan niveles deintensidad intermedios en los haces de electrones, por lo que son capacesde mostrar varios millones de colores.

• Un sistema en color RGB con 24 bits de almacenamiento por pixel se ledenomina, generalmente, sistema de color completo o sistema de colorreal.



Pantallas planas

• El término pantalla plana se refiere a la clasede dispositivos de vídeo que han reducido suvolumen, peso y requisitos de potencia

comparados con un TRC.• Portabilidad disponibles como bloc de notas

de bolsillo.

• Pantallas planas en dos categorías: pantallasemisivas y pantallas no emisivas.



Pantallas planas

• Pantallas emisivas

– Transforman la energía eléctrica en Luz

– Pantallas de plasma. Dos placas de cristal con

mescla de gas neón.

– TRC Planos

• Pantallas no emisivas.

– Emplean efectos ópticos para transforma la luz delsol o luz de cualquier otra fuente en patronesgráficos.

–

Dispositivos de cristal liquido.



Dispositivos de visualizacióntridimensional

• Se han ideado monitores gráficos para mostrar escenastridimensionales que emplean una técnica que refleja unaimagen de un monitor de TRC desde un espejo flexible y quevibra. Conforme el espejo vari focal vibra, cambia su distancia

focal. Estas vibraciones están sincronizadas con larepresentación de un objeto en un monitor de TRC. para quecada punto del objeto sea reflejado desde el espejo hacia laposición espacial correspondiente a la distancia de ese punto,

desde una localización de visionado específica. Esto permitecaminar alrededor de un objeto o una escena y verlo desdediferentes lados.




Sistema deajuste y control

Imagen3D proyectada

Espejoflexiblevibratorio

Visor




• La figura muestra SpaceGrapb de Genisco. el cualemplea una espejo vibrante para proyectarobjetos tridimensionales en un volumen de25X25X25 cm. Este sistema también es capaz de

mostrar «rebanadas» bidimensionalestransversales de objetos seleccionados adiferentes profundidades.

Tales sistemas se han utilizado en aplicaciones para analizar los datosprocedentes de ultrasonografía y dispositivos de rastreo CAE enaplicaciones geológicas para analizar datos topológicos y sísmicos, enaplicaciones de diseño en las que están involucrados objetos sólidos yen simulaciones tridimensionales de sistemas tales como moléculas y

de terreno.



Sistemas estereoscópicos y de realidadvirtual

• Mostrar vistas estereoscópicas de un objeto es otratécnica para representar un objeto tridimensional.

• Este método no produce imágenes realmente

tridimensionales, pero proporciona un efectotridimensional mediante la presentación de una vistadiferente a cada ojo de un observador, para queparezca que las escenas poseen profundidad.



SISTEMAS DE BARRIDO DE LÍNEAS

• Controlador de video

• Procesador de pantalla de líneas de barrido

CPU Memoria delSistema

Controlador deVideo

Monitor

Bus del Sistema

Dispositivos de E/S




• Sistemas Visualizadores de Barrido – Dispositivo de visualización

• Necesita las señales de barrido y la señal de intensidad para el rayocatódico

– Memoria de imagen o frame buffer o pixmap.• Se almacena la imagen que se representa en el monitor.

• Cada dirección se refiere a un punto de pantalla o pixel.

• El contenido de cada palabra representa la intensidad o color del pixel

– Controlador de vídeo•

Lee de forma sistemática los píxeles de la memoria de imagen y lostraduce por la posición en pantalla y por el color correspondiente

• Envía las señales correspondientes al dispositivo de visualización.




• Controlador de Vídeo




• Memoria de imagen y paleta de colores



Controlador de video

• TARJETA GRÁFICA – Elementos

– Cada pixel de la imagen se

representa con un númerode bits en la memoria deimagen.

– 1 bit, 2 colores

– 4 bits, 16 colores

– 8 bits, 256 colores (pseudo color)

– 16 bits, 65536 colores (high color)

– 24 bits, 16M colores (color verdadero)

– Resolución física: limitada por el hardware del monitor

– Resolución lógica: limitada por la memoria de la tarjeta de vídeo.



Procesador gráfico

• “Chip dedicado” para aceleraroperaciones gráficas

• La CPU envía una serie deinstrucciones de dibujo que soninterpretadas por el driver de latarjeta gráfica y ejecutadas por laGPU (Graphic Processor Unit)

• Se evita enviar toda la información dela imagen, el trafico en el bus esmucho menor (PCI o AGP)

• Hoy en dia las texturas se envían porel bus AGP debido a su incrementode velocidad

•

La GPU escribe la información de laimagen en el frama buffer• Se reduce la carga en el PC debido a:

– Se reduce el tráfico en el bus – Se ejecutan muchas menos

operaciones en la CPU



Memoria de video o Frame Buffer

• Es la memoria destinada a contener la información de la imágen.• Se han utilizado distintas tecnologías:

– DRAM,VRAM,WRAM,EDO RAM, SDRAM, SGRAM, DRDRAM,, etc

• Unified Memory Architecture Systems: El frame buffer es parte de lamemoria del computador (normalmente en sistemas con tarjetagráfica integrada en placa base). Es menos efectivo

• La información almacenada en el frame buffer es un bitmap digitalque representa la imágen, y debe ser convertida a una señal analógicapara ser enviada al monitor (excepto en conexiones DVI)

• La señal analógica lleva la información de dónde, cuándo y con quéintensidad se debe activar el cañón de electrones.

CRT connector

DVI connector



Tamaño de memoria de video

Video memory Resolution Colour depth No. colours

1Mb1024x768

800x600

8-bit

16-bit

256

65,536

2Mb

1024x768

1280x1024

800x600

8-bit

16-bit

24-bit

256

65,536

16.7 million

4Mb 1024x768 24-bit 16.7 million

6Mb 1280x1024 24-bit 16.7 million

8Mb 1600x1200 32-bit 16.7 million



RAMDAC

• Lee el contenido de la memoria de video (información digital) la convierteen una señal analógica RGB y la envía a trvás del cable de video al monitor

• Utiliza una tabla para convertir la señal digital a un nivel de voltaje paracada color

• La velocidad con la que realiza esa operación determina la velocidad de

refresco de imágen que la tarjeta gráfica puede soportar.• También determina el número de colores disponibles a una resolución.

• Cuanto mayor sea su frecuencia, mayor es su capacidad de refresco depantalla. (300-360MHz)



BUS

• Es el método a través del cual la tarjeta gráfica interaccionacon la placa base

• Tipos: – PCI

–

AGP (Advanced Graphic Port)• Ventajas del AGP:

– Mayor ancho de banda (permite pasar más información y a mayorvelocidad desde la CPU a la tarjeta gráfica

– El bus PCI comparte el bus del sistema con otros dispositivos,

reduciendo el ancho de banda efectivo de la tarjeta gráfica, mientrasque el AGP no comparte el ancho de banda con otros dispositivos



ATI Radeon 9700

PRO NVIDIA GeForce4

Ti4800 NVIDIA GeForceFX

5800 NVIDIA GeForceFX 5800

Ultra

Chip Technology 256-bit 256-bit 256-bit 256-bit

Process 0.15 Micron 0.15 Micron 0.13 Micron 0.13 Micron

Transistors ~107 Million 63 Million 125 Million 125 Million

Memory Bus 256-bit DDR 128-bit DDR 128-bit DDR2 128-bit DDR2

Memory Bandwidth 19.8 GB/s 10.4 GB/s 12.8 GB/s 16 GB/s Pixel Fillrate 2.6 Gigapixel/s 1.24 Gigapixel/s ~3.2 Gigapixel/s ~4 Gigapixel/s

Anti Aliased Fillrate 15.6 Billion AA Samples/s 4.8 Billion AA Samples/s ~12.8 Billion AA Samples/s ~16 Billion AA Samples/s

Max FSAA Mode 6x 4x 8x 8x

Triangle TransformRate

325 M Triangles/s 69 M Triangles/s 280 M Triangles/s 350 M Triangles/s

AGP Bus 1x/2x/4x/8x 1x/2x/4x/8x 1x/2x/4x/8x 1x/2x/4x/8x

Memory 128/256MB 128MB 128/256MB 128/256MB

GPU Clock 325 MHz 300 MHz ~400 MHz ~500 MHz

Memory Clock 310 MHz (620 DDR) 325 MHz (650 DDR) 400 MHz (800 DDR2) 500 MHz (1000 DDR2)

Memory BGA 2.9 ns BGA 2.8ns ? BGA 2.0ns

Vertex Shader 4 2 FP Array FP Array

Pixel Pipelines 8 4 8 8

Datos técnicos de tarjetas



ATI Radeon 9700

PRO NVIDIA GeForce4

Ti4800 NVIDIA GeForceFX

5800 NVIDIA GeForceFX 5800

Ultra

Texture Units Per

Pipe

1 2 1 1

Textures per TextureUnit

8 4 16 16

Vertex S. Version 2 1.1 2.0+ 2.0+

Pixel S. Version 2 1.3 2.0+ 2.0+

DirectX Generation 9 8 9.0 (+) 9.0 (+)

FSAA Modi MultiSampling MultiSampling MultiSampling MultiSampling

MemoryOptmizations Hyper Z III LMA II LMA II OptimizedColor Compression LMA II OptimizedColor Compression

Display Outputs 2 2 2 2

Chip InternalRamdacs

2 x 450 MHz 2 x 350 MHz 2 x 400 MHz 2 x 400 MHz

Chip ExternalRamdacs

- - - -

Bits per Color Channel

10 8 10 10

Special TV Encoder On-Chip;FullStream Adaptive Filtering

- TV Encoder On-ChipExtendedProgammability Adaptive Filtering

TV Encoder On-ChipExtended Progammability Adaptive Filtering

Estimated Price $399 ~ $200-300 Not specified $399



Las tarjetas gráficas de bajo coste



ESTACIONES DE TRABAJO GRÁFICAS Y



ESTACIONES DE TRABAJO GRÁFICAS YSISTEMAS DE VISUALIZACIÓN

• Estaciones con monitores CRT o pantallas planas concomputadoras personales.

• Estaciones de trabajo grafica mas especificas las

resoluciones y tamaño de los monitores seincrementa y se dispone de mas dispositivos.

– Alta definición: Aplicaciones medicas trafico aéreo y CAD

• Pantallas multicanal

• Pantallas curvadas

• Pantallas multipanel

• Proyectores multimedia



DISPOSITIVOS DE ENTRADA

• Teclados, cajas de botones y botones de selección• Ratones• Trackballs y spaceballs• Joysticks• Guantes de datos• Digitalizadores• Escáneres de imagen• Paneles tactiles• Lapiceros ópticos• Sistemas de Voz



Digitalizadores

• Digitalizadores – Permiten tomar puntos de una imagen 2D o escena 3D.

– Principio de funcionamiento electroacústico.



Escáner

• Escáner

– Una fuente proyecta luz sobre una imagen. La cantidad de luzreflejada es capturada por una matriz de sensores CCD.

– Para capturar el color, la luz se pasa por filtros de rojo, verde y azul



Cámaras digitales

• Cámaras digitales

– Matriz de CCD Dispositivos de acoplamiento

de carga. – Comprime y almacena la imagen la propia

cámara.



DIPOSITIVOS DE COPIA IMPRESA

• Periféricos que sirven para obtener salida gráfica en unmedio persistente como el papel.

• Altas resoluciones y número de colores.

• Medidas de calidad – Tamaño del punto

– Número de puntos porpulgada (dpi)

–

Distancia entre puntos – Resolución

– Distribución de intensidaden el punto

– Velocidad de impresión




• Impresoras de impacto – Matricial

– Calidad baja

•

Impresoras láser – Calidad muy alta

– Sistema caro

– El color

– Postscript (Buscar

termino)




• Impresoras Láser




• Impresoras de chorrode tinta – Relación calidad precio – Tratamiento del Color – Tecnologías

• Sublimación a )

• Piezoeléctrico b )




• Plotters – La unidad de dibujo

es la línea

– Tipos de rodillo yde mesa

•

Parámetros deCalidad:

• Capacidad dereposicionamiento

• Velocidad detrazado

Plotter de mesa Plotter de rodillo




Miltec Corporation

M-1600



REDES GRÁFICAS

• Dispositivos gráficos compartidos por las redes.

• Monitor grafico o servidor grafico.

• Paquetes de software grafico también disponen de

comandos relacionados la transmisión de paquetespor Red.

• En vez de enviar instrucciones graficas una a una porla red, los paquetes acumulan instrucciones paraluego enviarlas por la red en conjunto.



GRAFICOS EN INTERNET

• URL y los archivos de imagen

• Definición de documentos en Internetutilizando HTML tiene capacidades limitadas

para mostrar gráficos.• Otros lenguaje gráficos para internet



SOFTWARE GRAFICO

• Software de propósito especifico – Usuario que no saben programar, Sistemas CAD

• Software de propósito general

– Biblioteca con funciones graficas que pueden utilizar un lenguaje deprogramación

• Representaciones con coordenadas

– Coordenadas normalizadas

• Funciones gráficas

– Primitivas de salida urálicas

•

Estándares de software – GKS (Ciraphical Kernel System)

– PHIGS (Programmer's Hierarehical Interactive (iraphics Standard)

– OpenGL

• Otros paquetes gráficos

– VRML, Java 3D, Matlab.



Introducción a OpenGL

• Sintaxis básica de OpenGL

• Bibliotecas relacionadas

• Archivos de cabecera

• Gestion de la ventana de visualizaciónempleando GLUT

• Un programa completo con OpenGL

Capitulo II Introduccion a Los Sistemas Graficos Parte1

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