Graficación

I. Aspectos generales

I.Introducción a la graficación

Las computadoras: herramienta poderosa para imágenes:rápidaeconómica

Las primeras aplicaciones gráficas eran muy caras

Actualmente, son baratas (HW y SW)

Aplicaciones generales: Ciencia Ingeniería Empresas Industria Gobierno Arte Entretenimiento Publicidad Educación Capacitación Presentaciones gráficas

CAD (diseño asistido por computadoras) Se utilizan en forma rutinaria para el diseño de: construcciones automóviles aeronaves embarcaciones naves espaciales computadoras telas muchos otros productos

CAD Las herramientas CAD presentan herramientas y visualizaciones múltiples de los objetos en diseño

Facilitan el desarrollo de objetos que cumplan con los requerimientos, ya que no permiten que los parámetros excedan los definidos

No siempre se modela directamente la realidad, sino también abstracciones mediante símbolos. El sistema puede, posteriormente armar el circuito correspondiente.

CAD

CAD

Con frecuencia se utilizan animaciones para mostrar el comportamiento del diseño

Estas animaciones entran en el terreno de las simulaciones

Se utilizan también sistemas de realidad virtual para probar el comportamiento de lo diseñado ante un operador real

CAD

CAD Cuando se ha terminado el diseño, se muestra mediante iluminación realista y aplicación de texturas

Esto es especialmente relevante para el diseño de objetos que deben resultar atractivos para el consumidor: Casas Autos Equipo de audio

CAD

Gráficas de presentación

Para presentar informesComunicar y promover ideasNo está de más decir que deben ser simples

Arte por computadora

Las primeras expresiones artísticas por computadora fueron pobres y carasLos interfaces no captaban todas las expresiones mecánicas del artista (presión, velocidad, ángulos, etc.)

Los medios de impresión eran limitados

Arte por computadora (primitivo)

Arte por computadora

Actualmente, los artistas cuentan con medios poderosos y baratos: Lápices ópticos Tarjetas digitalizadoras Digitalizadores 3D Cámaras y escáners digitales ¡Arte matemático! (fractales y ecuaciones)

Animaciones etc.

Arte por computadora (moderno)

Arte por computadora (fractales)

Entretenimiento

Películas, videos musicales, TV

VideojuegosComputadoras personalesConsolasTeléfonos celularesConsolas portátilesVayan ustedes a saber qué sigue

Entretenimiento Los videojuegos hacen uso de interfaces para la interactividad Consolas de texto y comandos simpls (MUDs)

Gráficas simples 2D (vectores, sprites), palanca de mando (joystick digital)

Gráficas 3D, palanca de mando avanzada (joystick analógico)

Gráficas 3D avanzadas (shading, ray tracing), mandos avanzados (wii-mote, visión, etc.)

Capacitación

Cursos animados interactivosSimuladores de todo tipo

InmersivosMovimientos físicosPanorámicos

Capacitación (movimiento)

Visualización

Representación gráfica de colecciones muy grandes de datos

Destacando tendencias y parámetros con colores, formas, posiciones, movimientos, etc.

Permitiendo la manipulación de la visión y de los datos para revelar datos ocultos

Visualización

Procesamiento de imágenes

Se obtiene una imagen donde hay información confusa

Se aplica el procesamiento para:Restauración (mejorar la calidad de la imagen)

Destacar información oculta o poco clara

Procesamiento de imágenes

Procesamiento de imágenes

Interfaz gráfica para el usuario (GUI)

Representación de información y documentos en forma de ventanas, menús, escritorio, iconos, etc.

Metáfora de un escritorioA ver a quién de ustedes se le ocurre una mejor manera

GUI Xerox

Autoedición

Uso de la computadora para la edición de documentos, periódicos, revistas, folletos, carteles, espectaculares, etc.

Integración automática de contenidos en medios digitales (como la WWW)

Autoedición

Cartografía (GIS)

Manejo y presentación automática de mapas e información de todo tipo en su ubicación geográfica

Clasificación de aplicaciones

Existen varias clasificaciones diferentes:1. Tipo (dimensionalidad) del objeto a

representar y tipo de imagen producida

2. Tipo de interacción3. Rol de la imagen producida4. Relación lógica y temporal entre

objetos y sus imágenes5. Nivel de implantación y abstracción

1. Por tipos de objeto e imagen

Tipo de objeto Representación

2D Líneas

2D Imagen en grises

2D Imagen en color

3D Líneas (wireframe)

3D Líneas (con efectos)

3D Sombrado, color, iluminación, etc.

2. Por tipo de interacción

Determina el grado de control del usuario sobre el objeto y su imagen Trazo fuera de línea: modelos de objetos a partir de una banco o base de datos

Trazo interactivo: el usuario proporciona parámetros

Sobrevuelo: predefinir objeto y poder visualizarlo caminando o volando cerca

Diseño interactivo: partiendo de un volumen vacío, ir insertando objetos que serán mostrados

3. Rol de la imagen producidaEs el grado en el que la imagen producida es un fin o un medio a otro fin

En imágenes artísticas, animaciones, cartografía podemos considerar la imagen como un fin

En aplicaciones CAD, las imágenes son un medio intermedio para un proceso de fabricación mucho más extenso

4. Relación lógica y temporal entre objetos y sus imágenes

Algunas imágenes pueden ser únicas y suficientes para la representación de algún objeto

Otras imágenes, en conjunto, pueden estar describiendo una estructura jerárquica de un sistema, o representar estados sucesivos en el tiempo

5. Nivel de implementación y abstracción Muy bajo nivel: a nivel de acceso a memoria de video y manipulación directa de pixeles

Bajo nivel: invocación de servicios del sistema (interrupciones) para manejo de pixeles y líneas

Bibliotecas de funciones: para el desarrollo de programas gráficos usando bibliotecas avanzadas de gráficos (OpenGL, DirectX)

Programas o máquinas (software) de modelado y animación

Programas de aplicación inteligente de escenarios y personajes prediseñados

II. Hardware para graficación

Medios Teletipos e impresoras de línea 1950, MIT: CRT ~1955, SAGE air-defense, uso de lápiz óptico

sobre el CRT 1963, Sketchpad, uso de símbolos a partir de un

banco, para diseño, usando lápiz óptico Tropiezos:

Costo alto del hardware Alto costo en procesamiento Programación difícil en entornos de tiempo-

compartido cuando predominaba el trabajo por lotes Software no portable

Estos inconvenientes se fueron superando con: Estaciones de trabajo Computadoras personales

Medios: teletipo

Medios: lápiz óptico

Medios: Sketch

Dispositivos de salida: vectoriales ~1965 Basados en línea:

Vectores Trazos Líneas Caligráficos

Letras hechas como secuencias de trazos CPU produce una lista de vectores, se guardan en un búfer, un DC (display controller) recorre el búfer para desplegar en pantalla los vectores

~1968 direct-view storage tube (DVST) como control separado, más rápido y económico

Dispositivos de salida: rasterLas imágenes se producen como mapas de bits almacenadas en búfer (memoria), donde están almacenados los datos de los pixeles individuales

Requiere una mayor cantidad de memoria

Estuvieron disponibles cuando el costo de la memoria bajó lo suficiente

Raster vs Vector

Otros dispositivos de salida

Impresoras Plotters Cañones (proyector) Impresoras 3D

Impresoras 3D

Dispositivos de entrada Lápiz óptico Mouse (Doug Engelbart, 68) Tablilla gráfica Pantalla sensible Sensores 3D Escáneres 3D Controles con retroalimentación

Joystick Volantes Guantes

Arquitecturas para graficación Los primeros sistemas con despliegue interactivo eran muy limitados

Para gráficas necesitaban dispositivos adicionales

Se empezaron a integrar sistemas gráficos simples tipo raster: Pocos colores Resolución baja Poca velocidad Procesamiento gráfico por software, desde el CPU, mediante funciones

Arquitecturas: aceleradores

Se desarrollaron los aceleradores gráficos por hardware

Ubicados en tarjetas que se montaban en las ranuras de expansión

Bus (ducto) de alta velocidad, que conecta tarjetas con CPU, memoria y puertos

Arquitecturas: aceleradores

Incorporación de servicios gráficos avanzados

El S.O. necesita de componentes para saber qué servicios están disponibles (drivers)

Los programas necesitan un marco de referencia común para pedir al S.O. los servicios gráficos (OpenGL, DirectX)

Arquitecturas: aceleradores por capas

III. Conceptos, técnicas y algoritmos

Marco conceptual para gráficas interactivas

Sistema gráfico

Programa de

aplicación

Modelo de aplicación

Software gráfico

Dos clases generales de software para gráficas: Paquetes generales de programación de gráficas

Paquetes de aplicaciones para propósitos gráficos especiales

Paquetes de programación de gráficas

PHIGS PHIGS+ GKS 3D GKS GL OpenGL DirectX

Funciones gráficas

Los paquetes de gráficas ofrecen funciones para crear y manipular imágenes

Realizan operaciones de: Creación de primitivas de salida Entrada Salida Atributos Transformaciones Vistas Control general

Primitivas de salida

Son los bloques de construcción básicos para las imágenes

Incluyen cadenas de caracteres y formas geométricas Puntos Líneas rectas Líneas curvas Áreas llenas (polígonos, cincunferencias, etc.)

Figuras geométricas 3D

Atributos

Propiedades de las primitivas de salida

Especifican: Color e intensidad Estilos de línea y patrones para llenar áreas

Forma y tamaño

Transformaciones

Operaciones para definir: Tamaño Posición Orientación

Hay dos tipos de transformaciones: De objetos De vista, es decir, que se aplica al escenario completo (útil para ubicar al observador, o para establecer la perspectiva)