INGENIERIA EN SISTEMAS COMPUTACIONALES GRAFICACION

EQUIPO DE TRABAJO Aurora Dimas Dimas. Dianali Luis Camacho. Erick Chaparro Quintanar. Josefina Dimas Dimas Miguel de Jess Vargas

UNIDAD 1

INTRODUCCION A LA GRAFICACION POR COMPUTADORA

El Saucillo Huichapan Hgo a 05 de Septiembre de 2011

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ContenidoLA GRAFICACION.......................................................................................................................................................3 HISTORIA DE LA GRAFICACIN .................................................................................................................................3 ESTADO DEL ARTE.................................................................................................................................................. 15 APLICACIONES ....................................................................................................................................................... 16 DISEO ASISTIDO POR COMPUTADORA ........................................................................................................... 16 ARTE DIGITAL ..................................................................................................................................................... 18 ENTRETENIMIENTO ........................................................................................................................................... 20 ANIMACIN POR COMPUTADORA ................................................................................................................ 20 VIDEOJUEGOS .................................................................................................................................................... 21 PELICULAS .......................................................................................................................................................... 22 EDUCACIN Y CAPACITACIN ........................................................................................................................... 23 VISUALIZACIN .................................................................................................................................................. 24 PROCESAMIENTO DE IMGENES ....................................................................................................................... 24 INTERFACES GRFICAS DE USUARIO ................................................................................................................. 26 FORMATOS GRFICOS DE ALMACENAMIENTO..................................................................................................... 28

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LA GRAFICACIONLa graficacin por computadora es una de las reas ms interesantes de las ciencias de la computacin, ya que uno de sus principales objetivos de esta disciplina es establecer los principios, tcnicas y algoritmos para la generacin y manipulacin de imgenes mediante una computadora. Las cuales pueden ser desde imgenes en dos dimensiones hasta modelos tridimensionales donde se requiere producir imgenes de aspecto real. De esta manera la graficacin por computadora permite establecer una interaccin entre el hombre y la computadora. La necesidad de producir imgenes a computadora comenz desde que las computadoras aparecieron, por los aos cuarenta. A lo largo de su desarrollo esta habilidad de generar imgenes por computadora tambin se ha incrementado, al grado de que en la actualidad no se puede concebir tener una computadora sin que tenga alguna capacidad grfica. Convirtindose en un elemento cotidiano en diversas reas tales como la industria, arte, televisin, gobierno, educacin, publicidad, ciencia, ingeniera, etc., con el objetivo de entretener o de capacitar. Para darnos idea del grado de crecimiento de esta rea, es importante dar un vistazo a su historia y evolucin.

HISTORIA DE LA GRAFICACINA lo largo de la historia han sucedido importantes eventos que han sentado las bases para las grficas por computadora. Estos descubrimientos merecen ser mencionados as como sus autores: Euclides (300- 250 A.C.), su frmula de geometra provee una base para los conceptos grficos. Filippo Brunelleschi (1377 - 1446), arquitecto y escultor, es reconocido por su uso de la perspectiva. Rene Descartes (1596-1650), hizo aportaciones a la geometra analtica, en particular, el sistema de eje coordenado que provee una base para describir la localizacin y forma de objetos en el espacio. Gottfried Wilhelm Leibniz (1646 - 1716) e Issac Newton (1642 - 1727), inventaron el clculo que permite la descripcin de sistemas dinmicos. James Joseph Sylvester (1814 - 1897), invent la notacin matricial. Los grficos son hechos con matrices. I. Schoenberg, descubri los splines, un tipo fundamental de curva. J. Presper Mauchly (1919 - 1995) y John William Mauchly (1907 - 1980), construyeron la computadora ENIAC Alexander S. Douglas desarrolla en 1952 Nought and crosses. El juego era una versin computarizada del tres en raya que se ejecutaba sobre el EDSAC.

1950: INICIO

DE LA GRAFICACIN EN 2D

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El primer avance en computacin grafica fue la utilizacin del tubo de rayos catdicos. Esto en la segunda generacin cuando se dejaba atrs los bulbos y los transistores entraban en esta rea de la computacin. As el Whiriwind en Massachussetts Institute Technology (MIT), se converta en el primer ordenador que contaba con un sistema de representacin visual auto-controlado, el cual poda generar dibujos sencillos, utilizando un Tubo de Rayos Catdicos(fig 1.1) CRT(Cathode Ray Tube)- la pantalla actuaba solo como dispositivo de salida y no como interfaz entre el usuario y la computadora.

1956: La primera computadora de transistores se construy en el MIT. 1959: Creacin de la computadora TX-2, El TX era una computadora en red usado para investigar eluso de los transistores de la barrera superficial para los circuitos digitales. Incluy un CRT de 9 pulgadas y 1 bolgrafo lser.

1960: Se puede decir que la historia comienza con el Proyecto Whirlwind y el sistema computacionalSAGE que fue diseado para apoyar el estado de alerta militar. El Proyecto Whirlwind fue un simulador de vuelo y SAGE un sistema de defensa areo en los Estados Unidos como proteccin contra un ataque nuclear. La estacin de trabajo SAGE tena un monitor vectorial y lpiz luminoso que los operadores usaban para dibujar planes de vuelo sobre las regiones de los Estados Unidos. En la actualidad, el Museo de Computacin de Boston (Boston Computer Museum) exhibe una estacin de trabajo SAGE. El monitor es una pantalla de radar con un recuadro alrededor de la regin que est siendo escaneada. Los lpices luminosos son como los viejos taladros de metal. En la exhibicin Hollywood and Vine de IBM en Kingston New York se muestra una computadora SAGE. Las computadoras tenan unos pocos kilobytes de memoria, ni hablar de sistemas operativos o monitores que desplegaran grficos.

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Imagen 1: SAGE

Los perifricos eran tarjetas perforadas de Hollerith, impresoras de lneas y plotters de papel en rollo. Los nicos lenguajes de programacin eran ensamblador, FORTRAN y Algol. Las funciones grficas y los calendarios Snoopy eran los nicos grficos hechos hasta entonces.

Imagen 2:Targeta perforada

1961: Se crea el primer video juego espacewar, por el estudiante Stive Rusell en el MIT. 1962: Computadoras digitales para crear patrones artsticos.Se presenta comercialmente el primer circuito integrado, ste era de tecnologa digital y su estructura era la de un transistor pero en una superficie de 1mm2.

1963: Ivn Sutherland present su artculo Sketchpad en el Summer Joint Computer Conference.Sketchpad permita el diseo interactivo en un monitor de grficos de vectores con un lpiz luminoso como dispositivo de entrada. La mayora de la gente ubica este hecho en la historia como el origen de las grficas por computadora. Sketchpadse se considera el abuelo de los programas CAD actuales y era muy avanzado para su poca al usar una interfaz grfica de usuario, GUI.

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Imagen 4: Ivn Sutherland trabajando en el MIT El sistema Sketchpad fue creado en el Laboratorio Lincoln del MIT sobre un ordenador TX-2, una de

las mejores mquinas de entonces pues contaba con 320Kb de memoria base y 8Mb de memoria externa en forma de cintas magnticas. En cuanto a dispositivos grficos, estaba dotado con un monitor de siete pulgadas 10241024, adems de un puntero ptico y un remedo de ratn. Jack Bresenham ense como dibujar lineas en un dispositivo raster a mediados de los 1960s. Despus extendi su mtodo para dibujar crculos. Larry Roberts seal la utilidad de las coordenadas homogneas, las matrices 4 x 4 y los algoritmos de deteccin de lneas ocultas. Stevens Coons introdujo las superficies paramtricas y desarroll los primeros conceptos de diseo geomtrico asistido por computadora. El trabajo de Pierre Bzier en curvas paramtricas tambin se hizo pblico. Andrew Appel desarroll en IBM algoritmos para superficies ocultas y sombras que fueron precursoras del trazado de rayos (ray tracing). La transformada rpida de Fourier fue descubierta por Cooley y Tukey. Este algoritmo nos permite entender mejor las seales y es fundamental para el desarrollo de tcnicas de antialisado.

En 1963, Douglas Englebart invent el Mouse en los laboratorios de Xerox PARC. Este mouse usaba dos ruedas perpendiculares entre ellas: la rotacin de cada rueda era trasladada en movimiento a lo largo de un eje en el plano.

Imagen 5: Mouse

Aos ms tarde, la corporacin Evans & Sutherland y General Electric comenzaron a construir simuladores de vuelo con grficos rasterizados de tiempo real.

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1966: Ralph Baer empez a desarrollar junto a Bob Tremblay y Ted Dabney un proyecto devideojuego llamado Fox and Hounds dando inicio al videojuego domstico. Este proyecto evolucionara hasta convertirse en la Odyssey, el primer sistema domstico de videojuegos lanzado en 1972.

1968: El algoritmo de sombreado fue creado por Gouraud y Phong en la Universidad de Utah(University of Utah) cuando en 1968 la universidad le pidi a David Evans que dirigiera un programa de investigacin en grficos por computadora; adems del sombreado, otros algoritmos se desarrollaron tales como el de iluminacin. Phong tambin introdujo un modelo de reflexin que inclua rayos de luz especulares. Se hicieron demostraciones de animacin basada en cuadros clave para grficos en 3D. Xerox PARC desarroll un programa de dibujo o editor de mapa de bits llamado Markup para la computadora Alto. Ed Catmull introdujo el rendereo paramtrico, el algoritmo de z-buffer y mapeo de textura. En esa misma poca BASIC, C y Unix fueron desarrollados en los laboratorios Dartmouth y Bell.

Los 70s: A principios de los 1970s el Sistema de Imgenes de Evans & Sutherland era unacomputadora high-end de grficos. El primer microprocesador para computadoras fue creado en Intel en 1971, este era de 8 bits e inicio la serie de los 8: 8088, 8086, 80186, etc. Los videojuegos como arcade nacieron en 1971 cuando Nolan Bushnell comenz a comercializar Competer Space, una versin de Space War, en Estados Unidos.

1972: El videojuego Pong se present en 1972 y fue la piedra angular del videojuego como industria.Durante los aos siguientes se implantaron numerosos avances tcnicos en los videojuegos (destacando los microprocesadores y los chips de memoria), se pusieron a la venta juegos como Space Invaders (Taito) o Asteroids (Atari) y sistemas como el Atari 2600.

Imagen 6: Ipod con juego Pong

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La Altair 8800 de MITS fue un microcomputador diseado desde 1975, basado en el CPU Intel 8080A.

Imagen 7: Consola de videojuego Atari 2600

Hoy en da, la Altair es ampliamente reconocida como la chispa que condujo a la revolucin del computador personal de los aos siguientes: El bus de computador diseado para la Altair se convirti en un estndar de facto conocido como el bus S-100. El primer lenguaje de programacin para la mquina fue el Altair BASIC, escrito por Bill Gates y Paul Allen, quienes inmediatamente despus fundaran Microsoft.

Imagen 8: Computadora Altair 8800

1973: Se crea la primera pelcula con graficos de computador, llamada westworld creada por JuanWitney Jr. Y Gary Demos.

1976: La computadora Apple diseado por Steve Wozniak fue el primer xito comercial de lacomputacin personal y el primero en combinar un teclado con un microprocesador y una conexin a un monitor.

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Imagen 9: Computadora Apple

Los 80s: La frase "computadora personal" era de uso corriente antes de 1981, y fue usada porprimera vez en 1972. Sin embargo, debido al xito del IBM PC, lo que haba sido un trmino genrico lleg a significar especficamente una computadora compatible con las especificaciones de IBM.

Imagen 10: Computadora personal de IBM

Las computadoras con Mouse, monitores rasterizados y red ethernet se hicieron estndar en el rea acadmica, las ciencias y la ingeniera.

1982: En 1982 John Warnock desarroll el Postcript aunque Warnock es ms conocido por sercofundador de Adobe Systems Inc., se retir en el 2001 de la direccin de Adobe.

Imagen 11: John Warnok, cofundador de Adobe

En 1982 se lanz la tarjeta Hrcules, la primera tarjeta de video. Esta tarjeta se poda visualizar grficos y textos simultneamente.

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En modo texto, soportaba una resolucin de 80x25 puntos. En tanto que en los grficos lo haca con 720x350 puntos, dicha tarjeta serva slo para grficos de un solo color. La tarjeta Hrcules tena una capacidad total de 64k de memoria video RAM. Posea una frecuencia de refresco de la pantalla de 50HZ.

1983: Jim Blinn introdujo los conceptos de mapeo de textura tales como el bump mapping. El bumpmapping (Correlacin de relieve), una tcnica de perturbacin normal(la direccin hacia donde apunta un polgono) sola simular superficies desiguales o arrugadas y con relieve. Se introdujeron el Particionado Binario del Espacio (BSP), que es un mtodo para subdividir recursivamente un espacio en elementos convexos empleando hiperplanos. Esta subdivisin permite obtener una representacin de la escena mediante un rbol conocido como rbol BSP. Estos se utilizan en renderizados y en las aplicaciones CAD.

Imagen 12: Jim Blinn

Loren Carpenter comenz a explorar fractales en grficos por computadora a principios de los 1980s. l es un cofundador de los Estudios de Animacin Pixar. Jobs se dio cuenta de que el futuro eran los iconos y los entornos agradables, y los patrocin creando el Apple Lisa, primer ordenador comercial con interfaz grfica y ratn, y posteriormente en 1984 el primer Apple Macintosh.

1985: El 28 de junio de 1985, un par de aos despus del primer aviso de Windows en noviembre de1983 se lanz Microsoft Wndows 1.0. En la caja azul se anunciaba una interface grfica de Windows con las ventanas embaldosadas. La estrategia de venta de Microsoft para Windows era proporcionar un nuevo ambiente de desarrollo y un nuevo entorno de software en el que se utilizan imgenes de mapa de bits y un ratn.

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Imagen 13: Ventana de la primera versin de Windows Microsoft

El algoritmo radiosity fue creado por Donald Greenberg es una tcnica para la iluminacin global que usa la teora de transferencia de radiacin para simular la iluminacin (reflejada) indirecta en escenas con superficies difusas.

1987: La tarjeta VGA (Video Graphics Array) fue creada en 1987 por IBM. Las estaciones de trabajo de SiliconGraphics que soportaban rasterizado de dibujo de lneas en tiempo real se convirtieron en el deseo de los desarrolladores de grficas. Los circuitos VLSI (Very Large Scale Integration) para procesadores grficos y procesamiento paralelo se convirtieron en reas de investigacin importantes a finales de los 1980s.

1989: En 1989 Adobe Photoshop comenz a ser comercializado siendo hoy una de las aplicaciones clsicaspara el manejo de imgenes. Aunque en su primera versin, solo estaba disponible para Macintosh. Photoshop es uno de los productos ms vendidos por Adobe quien recientemente compr a Macromedia.

Imagen 14: Programa Adobe phothshop

Unix y X window eran las plataformas de eleccin para la programacin en C y C++, pero MS-DOS comenz a crecer.

Los 90s: Unix, X y Silicon Graphics Gl eran el sistema operativo, de ventanas y la Interfaz deProgramacin de Aplicaciones (API, Application Programming Interface) que los desarrolladores de grficos utilizaban a principios de los 1990s.

1991: En 1991 las computadoras Hand-held se inventaron en HP (HewlettPackard). 1992: OpenGL se convirti en un estndar de APIs grficas. OpenGL es una biblioteca grficadesarrollada originalmente por Silicon Graphics Incorporated (SGI). OpenGL significa Open Graphics Library, cuya traduccin es biblioteca de grficos abierta.

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Las grficas rasterizadas sombreadas comenzaron a introducirse en las pelculas. Las computadoras an no soportaban grficos 3D y la mayora de los programadores escriba software para ser convertidos por escaneo o rasterizados y utilizaban algoritmos de remocin de superficies ocultas as como trucos de animacin de tiempo real.

1993: Mosaic fue creado en 1993 por Marc Andressen en la Universidad de Illinois (University ofIllinois) en el Centro Nacional para Aplicaciones Cientficas (NCSA). Fue el primer navegador grfico disponible para visualizar pginas web.

Imagen 15: Imagen del primer navegador grfico

Con el surgimiento de Mosaic, se populariz el uso de la Web a pesar de que fue creada aos antes.

1989: La Web naci alrededor de 1989 a partir de un proyecto del CERN, en el que Tim Berners-Leeconstruy el prototipo que dio lugar al ncleo de lo que hoy es la World Wide Web. La intencin original era hacer ms fcil el compartir textos de investigacin entre cientficos y permitir al lector revisar las referencias de un articulo mientras lo fuera leyendo. En esta poca, se comenzaron a utilizar los estndares de MPEG para la compresin de video. Los sistemas dinmicos que permiten animacin con colisiones, gravedad, friccin y causa y efecto tambin comenzaron a usarse.

1996: Sale al mercado Nintendo 64; en su primera semana de ventas en Japn, Nintendo 64 vendi500.000 consolas y durante su periodo de vida alrededor de 30.000.000.000 consolas. Tambin fueron lanzados varios perifricos: un micrfono que permita jugar un juego con funciones de reconocimiento de voz, uno que permita leer cartuchos de Game Boy, una unidad de Disquetes y un cartucho que permita capturar audio y video a los disquetes. Sin embargo el mayor problema de estos perifricos fue el poco soporte que tuvieron.

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Imagen 15: Super Mario 64, popular videojuego para la consola Nintendo 64

Super Mario 64 programado por Shigeru Miyamoto (para Nintendo 64) es considerado por muchos el mejor juego de plataformas de todos los tiempos y su sistema de juego es la base de la mayor parte de los juegos de plataformas 3D de hoy en da. Este juego cre el primer sistema de control de cmaras en un juego en 3 dimensiones.

Imagen 16: Shigeru Miyamoto, creador de Supermario 64

1995: Las tarjetas grficas tales como la 3DFX de Nvidia se comenzaron a popularizar en 1995. Lastarjetas Nvidia utilizan el puerto AGP inventado por Intel en 1996 como solucin a los cuellos de botella que se producan en las tarjetas grficas que usaban el bus PCI. El formato de DVD se anunci en septiembre de 1995; la especificacin oficial fue desarrollado por un consorcio de 10 compaas: Hitachi, JVC, Matsushita, Mitsubishi, Philips, Pioneer, Sony, Thomson, Time Warner, y Toshiba . Al inicio, existan varias propuestas de diferentes compaas y debido a la incompatibilidad se realiz el estndar. La realidad virtual y el VRML (Virtual Reality Modeling Language) se convirtieron reas de investigacin importante. Los PDAS, Palms y los flat panel se introdujeron al final de los 1990s con gran xito.

2000 - A LA FECHA: En la actualidad la mayora de las personas que trabajan con grficos utilizancomputadoras de grandes capacidades: discos duros de terabytes, tarjetas grficas aceleradoras de video con memoria en gigabytes, mouse ptico y memoria RAM en el orden de los gigas. Tambin son muy utilizadas las computadoras Macintosh especialmente en lo relacionado a efectos especiales y grficos de animacin.

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Imagen 17: La computadora PowerMac es popular para las aplicaciones de animacin

Los procesadores ahora tienen ncleo doble que dota a las aplicaciones de recursos que permiten hacerlas ms sofisticadas. Aunque las cmaras digitales aparecieron en los 1990s, es hasta ahora que comienzan a popularizarse, existiendo una gran variedad en cuanto a marcas, precios y caractersticas.

Cmara digital

Los PDAs son ahora un cliente importante, en cuanto aplicaciones de software. Es ahora comn el uso de agendas electrnicas, juegos en los telfonos celulares, llamadas de video, etc. En general, el hardware y software utilizado en lo que va de esta dcada es la popularizacin de tecnologas creadas anteriormente pero que en el pasado no se haban difundido, eran costosas o no estandarizadas.

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ESTADO DEL ARTEHoy da en la rama de la informtica, bien sea desde la internet o todos aquellos programas que se usan para cualquier desarrollo de algo determinado y esta de una u otra manera ligado a lo que tiene que ver con el campo de la Graficacion, sin embargo este campo es muy amplio ya que desde sus inicios haces ms o menos 30 aos, este ha venido de ms a menos en un proceso evolutivo y en el cual ha abarcado muchos campo laborales. Pero lo mejor de todo es que esta herramienta ha hecho del mundo un lugar que lleno de todo tipo de ambiente que permiten la visualizacin de todo lo que vemos e incluso programamos. Y todo esto lo vemos en esos detalles que tanto nos gustan como son todo ese tipo de animaciones virtuales, efectos especiales, montajes, en fin gran variedad de caractersticas que vemos en las pelculas, pero tambin destacamos que esta rama no ha venido solo evolucionando en el campo de las pelculas o cines sino tambin en el campo acadmico yaqu con el desarrollo de muchos programas ha facilitado el proceso de gestamiento de muchos profesionales en distintas ramas. En la actualidad la mayora de las personas que trabajan con grficos utilizan computadoras de grandes capacidades: discos duros de terabytes, tarjetas grficas aceleradoras de video con memoria en gigabytes, mouse ptico y memoria RAM en el orden de los gigas. Tambin son muy utilizadas las computadoras Macintosh especialmente en lo relacionado a efectos especiales y grficos de animacin

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APLICACIONESDISEO ASISTIDO POR COMPUTADORAEn los procesos de diseo se hace un uso importante de las grficas por computadora, en particular, para sistemas de ingeniera y arquitectura, sin embargo, en la actualidad casi todos los productos se disean por computadora. Los mtodos CAD se utilizan diariamente en el diseo de automviles, aeronaves, embarcaciones, naves espaciales, computadoras, telas, construcciones, software y otros muchos productos. El diseo asistido por computadora, abreviado DAO pero ms conocido por las siglas inglesas CAD (Computer Aided Design), se trata bsicamente de una base de datos de entidades geomtricas (puntos, lneas, arcos, etc.) con la que se puede operar a travs de una interfaz grfica. Permite disear en dos o tres dimensiones mediante geometra almbrica, esto es, puntos, lneas, arcos, splines, superficies y slidos para obtener un modelo numrico de un objeto o conjunto de ellos. La base de datos asocia a cada entidad una serie de propiedades como color, capa, estilo de lnea, nombre, definicin geomtrica, etc., que permiten manejar la informacin de forma lgica. Adems pueden asociarse a las entidades o conjuntos de este otro tipo de propiedades como el costo, material, etc., que permiten enlazar el CAD a los sistemas de gestin y produccin. En el caso de algunas aplicaciones de diseo, los objetos se despliegan primero en forma de armazn que muestra la forma general y sus caractersticas internas. Los despliegues del armazn permiten que los diseadores vean con rapidez los efectos de ajustes interactivos para disear formas. Las siguientes figuras muestran armazones de figuras diseadas en un programa CAD.

Fig. 19. Vista del programa AutoCAD

Con frecuencia, se usan las animaciones en las aplicaciones CAD. Las animaciones de tiempo real que utilizan armazones son tiles para probar el comportamiento de un vehculo o un sistema.

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Fig.20 Diseo frontal de un tren en AutoCAD

Existen paquetes para el diseo de circuitos electrnicos, los cuales permiten disear un sistema colocando sucesivamente los componentes en el esquema y conectando estos componentes. Esto permite que el diseador experimente con esquemas de circuitos alternativos para reducir al mnimo el nmero de componentes o el espacio requerido para el sistema. Cuando los diseos de objetos estn completos, o casi completos, se aplican modelos de iluminacin realista y presentaciones de superficie para mostrar la apariencia del producto final. Tambin se crean vistas realistas para la publicidad de automviles y otros vehculos mediante efectos especiales de iluminacin y escenas de fondo.

Fig. 21. Modelo de un tornillo

Fig. 22. Vista modelo de un edificio

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Los arquitectos utilizan mtodos grficos interactivos para proyectar plantas arquitectnicas como la de la figura anterior, que muestran la disposicin de habitaciones, ventanas, escaleras, anaqueles, barras de cocina y otras caractersticas de la construccin. Esto hace posible que los arquitectos y sus clientes estudien la apariencia de una construccin. En algunas ocasiones es posible simular un recorrido virtual por las habitaciones o alrededor de las construcciones para apreciar mejor el efecto general de un diseo.

ARTE DIGITALLos mtodos de grficas por computadora se utilizan en forma generalizada tanto en aplicaciones de bellas artes como en aplicaciones de arte comercial. Los artistas o autores utilizan una variedad de mtodos computacionales, incluyendo hardware de propsito especial como tabletas digitalizadoras, software desarrollado para este propsito, tales como Adobe Photoshop o Macromedia FreeHand y paquetes CAD.

Fig. 23. Tableta Digitalizadora

El artista puede dibujar utilizando la tableta digitalizadora o inclusive el Mouse o ratn para crear un dibujo simple o muy detallado. Herramientas como los paintbrush o brochas, incluidos en la mayora de los programas de dibujo, permiten que los artistas pinten imgenes con distintas brochas, las cuales tienen propiedades como color, textura, tamao y presin de trazo. Con el propsito de crear pinturas tridimensionales, los artistas hacen uso de paquetes de modelado tridimensional, diagramacin de la textura, programas de dibujo y software CAD, algunas veces, un solo paquete contiene todas estas herramientas.

Fig. 24. Pintura digital tridimensional

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Existe tambin el arte digital matemtico en el que los artistas utilizan una combinacin de funciones matemticas, procedimientos fractales con el fin de crear una variedad de formas tridimensionales y bidimensionales, al igual que pares de imgenes estereoscpicas. De igual manera, estas tcnicas y programas se utilizan para crear diseos con fines comerciales o personales. Entre los usos comerciales se encuentra la creacin de logotipos, pginas de revistas, anuncios publicitarios, peridicos, etc. En lo que respecta al uso personal, los usuarios suelen modificar las propiedades de las imgenes (modificar su brillo, contraste, saturacin), modificarlas (rotarlas, escalarlas, recortarlas) y hacer fotomontajes. Un mtodo comn que se utiliza en los comerciales es el morphing o transformacin, donde un objeto se transforma en otro; podemos ver una lata de aceite convertirse en un automvil o el rostro de una persona transformase a un rostro diferente.

Fig. 25. Tcnica de morphing aplicada a la Mona Lisa

Fig. 26. Montaje de un perro con la cabeza de ave

Una ventaja que ofrece el arte digital es que a diferencia del convencional, el primero permite el uso de layers o capas, las cuales permiten aadir profundidad a las imgenes. De igual manera, el arte digital no se desgasta con el tiempo ni las condiciones normales a las que se someten el arte grfico comn. Algunos artistas y sociedades puristas no consideran al arte digital como un arte debido a la ausencia de contacto con las herramientas tradicionales tales como brochas y lienzos.

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ENTRETENIMIENTOEn la actualidad, se utilizan comnmente mtodos de grficas por computadora para producir pelculas, videos musicales y programas de televisin. En ocasiones se despliegan solo imgenes grficas y otras veces se combinan objetos (creados en la computadora) con actores u objetos reales.ANIMACIN POR COMPUTADORA

La animacin pertenece al mbito del cine y la televisin aunque est en relacin directa con las artes visuales clsicas, dibujo, pintura y escultura, as como con la fotografa. Para realizar animaciones existen numerosas tcnicas que van ms all de los familiares dibujos animados. Una tcnica muy utilizada en la actualidad es la animacin por computadora, esta permite reducir los costos de produccin y edicin. La animacin por computadora es para la mayora de la gente un sinnimo de grandes eventos de la pantalla grande tales como Star Wars, Toy Story y Titanic. Pero no todas las animaciones, o al menos la mayora, son hechas en Hollywood. No es inusual que las caricaturas sean hechas enteramente en computadora. Los juegos de computadora son un adelanto al estado del arte de las tcnicas de grficas de computadora. La animacin de escritorio es posible ahora a un precio razonable. La animacin en el web, hoy, es cosa de rutina. Los simuladores digitales para entrenar pilotos, equipos SWAT y operadores de reactores nucleares son cosa de todos los das.

Fig. 27. Escena de la pelcula Toy Story La animacin de escritorio ha tenido auge en los ltimos cinco aos, aun cuando el GIF animado surgi hace mucho tiempo, no fue sino hasta la popularizacin de Internet, que fue posible poner al alcance de todos, las animaciones. Paquetes de software como Macromedia Flash, Moho y algunos otros, han permitido que casi cualquier persona pueda hacer una animacin fcilmente. Otras aplicaciones como Maya, permiten hacer animaciones ms sofisticadas en 2D y 3D y con una gran calidad.

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Fig. 28. Escena de la caricatura South Park generada en Flash

Fig. 29. Imagen de una animacin en Maya

Las secuencias de animacin son por lo general creadas en plataformas Macintosh. Los estudios de animacin tales como Pixar, han creado enormes laboratorios de computadoras Mac para crear sus pelculas. La inversin en los proyectos de animacin alcanza las cifras de millones de dlares y va en crecimiento.

VIDEOJUEGOSUn videojuego (llamado tambin juego de vdeo) es un programa informtico, creado expresamente para divertir, formando parte del sector audiovisual. Los videojuegos estn basados en la interaccin entre una persona y una computadora (ordenador). Los videojuegos recrean entornos virtuales en los cuales el jugador puede controlar a un personaje o cualquier otro elemento de dicho entorno, y as conseguir uno o varios objetivos por medio de unas reglas determinadas.

Fig. 30. Lara Croft, herona del video juego Tomb Raider

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Los videojuegos son programados como un software, siendo grabados en algn medio de almacenamiento (como un cartucho, una tarjeta, un disquete, un CD, etc.) El hardware que ejecuta los videojuegos puede ser una computadora, o un artefacto especialmente creado para ello, las videoconsolas, divididas a su vez en rcade (de uso pblico), caseras (que se acoplan en un televisor), porttiles o de bolsillo (de pequeo tamao y que poseen pantalla propia) y ms recientemente los telfonos mviles (celulares).

Fig. 31. Consola de video juegos Xbox

La programacin de videojuegos est involucrada con la animacin y se complementan. La industria de los videojuegos ha crecido tanto, que algunas universidades ofrecen programas acadmicos de programacin de videojuegos, es decir, que existen ingenieros especialistas en videojuegos. Entre las consolas ms populares se encuentran GameBoy, Xbox, Nintendo, y PlayStation.

PELICULASLas grficas por computadora se utilizan en diversas etapas de la creacin de pelculas. Se puede utilizar la animacin, edicin y efectos especiales, siendo los efectos especiales lo que ms llama la atencin entre los consumidores. Como se haba mencionado anteriormente, en las pelculas o series de televisin es comn que se combinen objetos animados y objetos o actores reales, estas tcnicas son incluso utilizadas en los noticieros cuando el anunciador del clima es filmado sobre una pantalla azul y digitalmente se agregan los mapas e informacin del clima.

Fig. 32. Escena de la pelcula creada por computadora Los Increbles

Utilizando programas de edicin, un productor puede mezclar, dividir, cortar o modificar escenas de una pelcula con relativa facilidad. Los efectos especiales, son por lo general la ltima fase de edicin de una pelcula, estos pueden hacer volar a un actor, hacer explotar un submarino o crear una tormenta de arena solo por mencionar algunos ejemplos.

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Fig. 33. Escena de la pelcula Matrix, famosa por sus efectos especiales

La digitalizacin ha logrado reducir el costo en la filmacin de pelculas; muchos productores, por lo general independientes, pueden llevar a cabo sus proyectos utilizando el formato digital en lugar del convencional.

EDUCACIN Y CAPACITACINA menudo, se utilizan como instrumentos de ayuda educativa modelos de sistemas fsicos, financieros y econmicos, los cuales se generan por computadora. Modelos de sistemas fsicos, fisiolgicos, tendencias de poblacin, pueden ayudar a los estudiantes a comprender la operacin del sistema. En el caso de algunas aplicaciones de capacitacin, se disean sistemas especiales. Como ejemplos de tales sistemas especializados, podemos mencionar los simuladores para sesiones de prctica o capacitacin de capitanes de barco, pilotos de avin, operadores de equipo pesado y el personal de control de trfico areo.

Fig.34. Simulador de vuelo para capacitacin de la NASA

Algunos simuladores no tienen pantallas de video, por ejemplo, un simulador de vuelo solo tiene un panel de control como instrumento de vuelo. Sin embargo, la mayor parte de los simuladores cuenta con pantallas grficas para la operacin visual. Otro tipo de simulador es en el que se monta una

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pantalla con paneles mltiples en frente del simulador y proyectores a color despliegan la escena del vuelo en la pantalla.

VISUALIZACINCientficos, ingenieros, personal mdico, analistas comerciales y otros necesitan con frecuencia analizar grandes cantidades de informacin o estudiar el comportamiento de ciertos procesos. Las simulaciones numricas que se efectan en supercomputadoras a menudo producen archivos de datos que contienen miles e incluso millones de valores de datos. De modo similar, cmaras va satlite y otras fuentes acumulan grandes archivos de datos ms rpido de lo que se puede interpretar. El rastreo de estos grandes conjuntos de nmero para determinar tendencias y relaciones es un proceso tedioso e ineficaz. Pero si se convierten a una forma visual es frecuente que se perciban de inmediato las tendencias y los patrones.

Fig.35. Colonoscopa asistida por medios y grficas electrnica

Existen muchas y clases de conjuntos de datos y los esquemas de visualizacin efectivos dependen de las caractersticas de los datos. Una compilacin de datos contiene valores escalares, vectores, tensores de orden superior o cualquier combinacin de estos tipos de datos. Y los conjuntos de datos pueden ser bidimensionales o tridimensionales. La codificacin de colores es solo una manera de visualizar un conjunto de datos. Las tcnicas adicionales incluyen trazos, grficas y diagramas de contorno, presentaciones de superficie y visualizaciones de interiores de volumen.

PROCESAMIENTO DE IMGENESA pesar de que los mtodos empleados en las grficas por computadora y en el procesamiento de imgenes se traslapan, las dos reas realizan, en forma fundamental, operaciones distintas. En las grficas por computadora, se utiliza una computadora para crear una imagen. Por otro lado, en el procesamiento de imgenes se aplican tcnicas para modificar o interpretar imgenes existentes,

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como fotografas y rastreos de televisin. Las dos aplicaciones principales del procesamiento de imgenes son: El mejoramiento de la calidad de la imagen y la percepcin de la mquina de informacin visual, como se utiliza en la robtica.4 Para aplicar los mtodos de procesamiento de imgenes, primero digitalizamos una fotografa u otra imagen en un archivo de imagen. Entonces, se pueden aplicar mtodos digitales para reordenar partes de imgenes, para mejorar separaciones de colores o para aumentar la calidad del sombreado. Estas tcnicas se utilizan en gran medida en aplicaciones de arte comercial que implican el retoque y el reorden de secciones de fotografas y otras obras de arte. Se emplean mtodos similares para analizar fotografas de la Tierra por satlite y fotografas de galaxias.

Fig. 36. Imagen va satlite usada para predicciones del clima

Las aplicaciones mdicas tambin hacen uso importante de tcnicas de procesamiento de imgenes para mejorar fotografas, en tomografas y simulacros de operaciones. La tomografa es una tcnica de fotografa por rayos X la cual permite el despliegue de vistas transversales de sistemas fisiolgicos. Tanto la tomografa computarizada (CT; computed tomography) por rayos X, como la tomografa de emisin de posicin (PET; position emission tomography) utilizan mtodos de proyeccin para reconstruir secciones transversa-les a partir de datos digitales. Estas tcnicas son empleadas para supervisar funciones internas y mostrar secciones transversales durante una ciruga.

Fig. 37. Tomografa computarizada

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Otras tcnicas de proyeccin de imgenes mdicas incluyen rastreadores ultrasnicos y nucleares. Con el ultrasonido, se utilizan ondas sonoras de alta frecuencia, en vez de rayos X, para generar datos digitales. Los rastreadores para medicina nuclear recopilan datos digitales de la radiacin que emiten radionclidos ingeridos y trazan imgenes con codificacin de colores. Por lo general, el procesamiento de imgenes y las grficas por computadora se combinan en muchas aplicaciones. Por ejemplo, en medicina se utilizan estas tcnicas para modelar y estudiar funciones fsicas, para disear miembros artificiales, as como planear y practicar cirugas. Esta ltima aplicacin se conoce, por lo general, ciruga asistida por computadora. Se obtienen secciones transversales bidimensionales del cuerpo a travs de la utilizacin de tcnicas de proyeccin de imgenes. Luego se ven y manipulan los cortes utilizando mtodos grficos para simular procedimientos quirrgicos reales y experimentar con diversas incisiones quirrgicas.

Fig. 38. Ciruga asistida por computadora

INTERFACES GRFICAS DE USUARIOEs comn que los paquetes de software ofrezcan una interfaz grfica. Un componente importante de una interfaz grfica es un administrador de ventanas que hace posible que un usuario despliegue reas con ventanas mltiples. Cada ventana puede contener un proceso distinto que a su vez puede contener despliegues grficos y no grficos.

Fig. 39. Interfaz tipo ventana de un programa

Para activar una ventana en particular, slo hacemos clic en esa ventana utilizando un dispositivo de pulsar interactivo. Las interfaces tambin despliegan mens e iconos para permitir una seleccin rpida de las opciones de procesamiento o de valores de parmetros.

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Un icono es un smbolo grfico diseado para semejarse a la opcin 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 estn bien diseados. Los mens contienen listas de descripciones textuales e iconos. Existen varios estilos de ventanas: los de Microsoft Windows, el estilo aqua, caracterstico del Mac y los personalizables estilos de Linux.

Fig. 40. El estilo aqua de Mac OS

Otras interfaces que se estn popularizando cada vez ms, son las interfaces web, estas tienen la singular caracterstica de modificarse en minutos, lo cual es una gran ventaja contra las aplicaciones de escritorio. Muchos desarrolladores de software prefieren desarrollar aplicaciones web no solo por su facilidad en la programacin sino porque son ms intuitivas que las interfaces de escritorio.

Fig. 41. Interface web

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FORMATOS GRFICOS DE ALMACENAMIENTOEl almacenamiento de los datos que componen una imagen digital en un archivo binario puede realizarse utilizando diferentes formatos grficos, cada uno de los cuales ofrece diferentes posibilidades con respecto a la resolucin de la imagen, la gama de colores, la compatibilidad, la rapidez de carga, etc. La finalidad ltima de un formato grfico 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 ms tcnicas diferentes, que pueden incluir codificacin especial, mtodos de compresin, etc. Generalmente, todo fichero grfico comienza con una cabecera (header) de estructura variable, que indica al programa que lo solicite las caractersticas de la imagen que almacena (tipo, tamao, resolucin, modo de color, profundidad de color, nmero de colores de la paleta si la hay, etc).

Fig. 42. Cdigo de un archivo grfico

A continuacin se encuentran los datos propios de la imagen, generalmente comprimidos con un algoritmo especfico de ese formato, que contienen informacin sobre el color de cada pxel de la imagen (mapas de bits) o una tabla con las caractersticas propias de cada objeto (grficos vectoriales). En caso de usarse una paleta de colores, la informacin sobre dicha paleta tambin deber estar contenida en el fichero. La imagen puede estar formada por un nmero diferente de pxeles, dependiendo de su tamao y resolucin, y tener ms o menos colores. En funcin del nmero de pxeles y del nmero de colores la imagen tendr ms o menos calidad, pero cuanto ms calidad tenga, ms ocupar el fichero necesario para almacenarla. En el caso de los grficos vectoriales no se definen pxeles individuales, dependiendo la calidad y el peso final del formato concreto en que se almacenen. Los ficheros grficos de mapas de bits contienen pues una cabecera, los datos de los pxeles (generalmente comprimidos) y la paleta de colores (salvo si se usan 24 bits por pxel, caso en el que no es necesaria ninguna paleta). Los ficheros vectoriales, una cabecera y una tabla con las caractersticas de cada vector componente del grfico. 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 cul de ellos es el ms adecuado para la tarea que estamos realizando. Existen dos tipos de formatos: los vectoriales y los de mapa de bits tambin conocidos como rasterizados.

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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 representacin. El color de cada pixel est definido individualmente; Por ejemplo, una imagen en un espacio de color RGB, almacenara el valor de color de cada pixel en tres bytes: un para el verde, para el azul, y para el ojo.

Fig. 43. Detalle de una imagen de mapa de bits

Los grficos rasterizados se distinguen de los grficos vectoriales en que estos ltimos representan una imagen a travs del uso de objetos geomtricos como curvas y polgonos, no del simple almacenamiento del color de cada pixel. Los formatos de mapa de bits ms utilizados son los siguientes: ART BMP, Windows Bitmap CIN, Cineon CPT, Corel Photo Paint DPX, Digital Picture eXchange DRW, Draw EXR, Extended Dynamic Range Image File Format FPX, Flashpix GIF, Graphics Interchange Format JPG / JPEG, Joint Photographic Experts Group MNG, Multiple-image Network Graphics PBM, Portable Bitmap Format PCX, Picture eXchange PGM, Portable Graymap Format PIC, Pictue PNG, Portable Network Graphics PPM, Portable Pixmap Format

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PSD, PhotoShop Document PSP, PaintShop Pro Document TGA, Truevision TGA TIFF, Tagged Image File Format WBMP, Wireless Application Protocol Bitmap Format XBM, X BitMap XCF, eXperimental Computing Facility XPM, X-Pixmap

Los grficos vectoriales son los que se representan en los grficos por ordenador por medio de "trazos", es decir, por primitivas geomtricas como puntos, lneas, curvas o polgonos. En contraste, se encuentran los grficos formados por una retcula de pixeles como los bitmap. En los grficos vectoriales la imagen se genera como descripcin de trazos. Por ejemplo, para crear una lnea recta se indica: su posicin inicial (x1,y1), su posicin final (x2,y2), su grosor, color, etc. En cambio, en una imagen bitmap, esa misma lnea estara formada por un nmero determinado de puntos (pixeles) de color contiguos. Al contrario que un bitmap, una imagen vectorial puede ser escalada, rotada o deformada, sin que ello perjudique en su calidad. Normalmente un conjunto de trazos se puede agrupar, formando objetos, y crear formas ms complejas que permiten el uso de curvas bezier, degradados de color, etc. En algunos formatos, como el SWF, las imgenes vectoriales pueden animarse muy fcilmente sin que ello suponga un aumento excesivo en el tamao del fichero, al contrario de los bitmaps.

Fig. 44. Imagen de un tren vectorizada

Fig. 45. Imagen de un tren en mapa de bits.

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Los formatos vectoriales ms utilizados son los siguientes: AI, Adobe Illustrator Document CDR, CorelDraw CGM, Computer Graphics Metafile DXF, ASCII Drawing Interchange DWG, AutoCAD Drawing Database EMF, Enhanced MetaFileEPS, Encapsulated PostScript FHX, Macromedia Freehand Document FLA, Fichero fuente de Macromedia Flash PDF, Portable Document Format PS, PostScript SVG / SVGZ, Scalable Vector Graphics SWF, ShockWave Flash WMF, Windows Metafile

Existen tambin los meta ficheros o meta formatos. Un meta formato es un fichero o archivo de intercambio que sirve para transportar datos entre varios sistemas o programas. Es comn que las compaas de software creen sus propios archivos para facilitar el manejo de los datos de las imgenes creadas en sus aplicaciones. Un meta formato puede ser vectorial o de mapa de bits.

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