Introduccion a la Gráficacion por Computadora
Aplicaciones de Gráficos de Computadora
La computación gráfica o gráficos por ordenador es el campo de la informática visual, donde se utilizan computadoras tanto para generar imágenes visuales sintéticamente como integrar o cambiar la información visual y espacial probada del mundo real.
Este campo puede ser dividido en varias áreas: Interpretado 3D en tiempo real (a menudo usado en juegos de vídeo), animación de computadora, captura de vídeo y creación de vídeo interpretado, edición de efectos especiales (a menudo usado para películas y televisión), edición de imagen, y modelado (a menudo usado para ingeniería y objetivos médicos). El desarrollo en la gráfica realizada por computadora fue primero alimentado por intereses académicos y patrocinio del gobierno. Sin embargo, cuando las aplicaciones verdaderas mundiales de la gráfica realizada por computadora (CG) en televisión y películas demostraron una alternativa viable a efectos especiales más a las tradicionales y las técnicas de animación, los comerciales han financiado cada vez más el avance de este campo.
Gráficos 2D
El primer avance en la computación gráfica fue la utilización del tubo de rayos catódicos. Hay dos acercamientos a la gráfica 2d: vector y gráficos raster. La gráfica de vector almacena datos geométricos precisos, topología y estilo como posiciones de coordenada de puntos, las uniones entre puntos (para formar líneas o trayectos) y el color, el grosor y posible relleno de las formas. La mayor parte de los sistemas de vectores gráficos también pueden usar primitivas geométricas de forma estándar como círculos y rectángulos etc. En la mayor parte de casos una imagen de vectores tiene que ser convertida a una imagen de trama o raster para ser vista.
Los gráficos de tramas o raster (llamados comúnmente Mapa de bits) es una rejilla bidimensional uniforme de pixeles. Cada pixel tiene un valor específico como por ejemplo brillo, transparencia en color o una combinación de tales valores. Una imagen de trama tiene una resolución finita de un número específico de filas y columnas. Las demostraciones de computadora estándares muestran una imagen de trama de resoluciones como 1280 (columnas) x 1024 (filas) pixeles. Hoy uno a menudo combina la trama y lo gráficos vectorizados en formatos de archivo compuestos (pdf, swf, svg).
Gráficos 3D
Con el nacimiento de las estaciones de trabajo (como las máquinas LISP, Paintbox computers y estaciones de trabajo Silicon Graphics) llegaron los gráficos 3D, basados en la gráfica de vectores. En vez de que la computadora almacene la información sobre puntos, líneas y curvas en un plano bidimensionales, la computadora almacena la posición de puntos, líneas y típicas caras (para construir un polígono) en un Espacio de tres dimensiones.
Los polígonos tridimensionales son la sangre de prácticamente todos los gráficos 3d realizados en computadora. Como consiguiente, la mayoría de los motores de gráficos de 3D están basados en el almacenaje de puntos (por medio de 3 simples coordenadas Dimensionales X,Y,Z), líneas que conectan aquellos grupos de puntos, las caras son definidas por las líneas, y luego una secuencia de caras crean los polígonos tridimensionales.
El software actual para generación de gráficos va más lejos de sólo el almacenaje de polígonos en la memoria de computadora. Las gráficas de hoy no son el producto de colecciones masivas de polígonos en formas reconocibles, ellas también resultan de técnicas en el empleo de Shading(Sombreadores), texturing(Texturizado o mapeado) y la rasterización (En referencia a mapas de bits).
Shading - Sombreado
El proceso de sombreado o shading (en el contexto de los gráficos realizada por computadora) implica la simulación de computadora (o más exactamente; el cálculo) como las caras de un polígono se comportarán cuando es iluminado por una fuente de la luz virtual. El cálculo exacto varía según no sólo que datos están disponibles sobre la cara sombreada, sino también la técnica de sombreado.
Generalmente este afecta propiedades de la especularidad y valores de intensidad, reflexión y transparencia.
Sistemas Gráficos
Procesador
La unidad de procesamiento gráfico o GPU (acrónimo del inglés graphics processing unit) es un procesador dedicado al procesamiento de gráficos u operaciones de coma flotante, para aligerar la carga de trabajo del procesador central en aplicaciones como los videojuegos y o aplicaciones 3D interactivas. De esta forma, mientras gran parte de lo relacionado con los gráficos se procesa en la GPU, la unidad central de procesamiento (CPU) puede dedicarse a otro tipo de cálculos (como la inteligencia artificial o los cálculos mecánicos en el caso de los videojuegos).
Una GPU implementa ciertas operaciones gráficas llamadas primitivas optimizadas para el procesamiento gráfico. Una de las primitivas más comunes para el procesamiento gráfico en 3D es el antialiasing, que suaviza los bordes de las figuras para darles un aspecto más realista. Adicionalmente existen primitivas para dibujar rectángulos, triángulos, círculos y arcos. Las GPU actualmente disponen de gran cantidad de primitivas, buscando mayor realismo en los efectos.
Las GPU están presentes en las tarjetas gráficas.
Memoria
Una tarjeta gráfica, tarjeta de vídeo, placa de vídeo, tarjeta aceleradora de gráficos o adaptador de pantalla, es una tarjeta de expansión para una computadora u ordenador, encargada de procesar los datos provenientes de la CPU y transformarlos en información comprensible y representable en un dispositivo de salida, como un monitor o televisor. Las tarjetas gráficas más comunes son las disponibles para las computadoras compatibles con la IBM PC, debido a la enorme popularidad de éstas, pero otras arquitecturas también hacen uso de este tipo de dispositivos.
Es habitual que se utilice el mismo término tanto a las habituales tarjetas dedicadas y separadas como a las GPU integradas en la placa base. Algunas tarjetas gráficas han ofrecido funcionalidades añadidas como captura de vídeo, sintonización de TV, decodificación MPEG-2[1] y MPEG-4 o incluso conectores Firewire, de ratón, lápiz óptico o joystick.
Framebuffer
Los framebuffers usados en ordenadores personales muchas veces tienen un conjunto de "modos" bajo los cuales el framebuffer puede operar. Estos modos reconfiguran automáticamente el hardware para mostrar diferentes resoluciones, profundidades de color, diseños de memoria y tasas de refresco.
En el mundo de Unix, las máquinas y los sistemas operativos, estas convenciones normalmente fueron evitadas en favor de una manipulación directa de la configuración del hardware. Esta manipulación era mucho más flexible de forma que cualquier resolución, profundidad de color y ratio de refresco podía conseguirse - limitándose únicamente por la memoria disponible por el framebuffer.
Un efecto colateral de este método era que el visualizador podía ser llevado más allá de sus capacidades. En algunos casos provocando daños al hardware del visualización.[1] Los monitores CRT modernos corrigen este problema introduciendo circuitos de protección "inteligentes". Cuando se cambia de modo de visualización, el monitor intenta obtener una señal de sincronización en la nueva frecuencia de refresco. Si el monitor no es capaz de obtener una señal de sincronización, o si la señal está fuera del rango de sus limitaciones de diseño, el monitor ignora la señal de framebuffer y seguramente muestre un mensaje de error al usuario.
Los monitores de cristal líquido tienden a contener circuitos de protección similares, pero por razones diferentes. Como los éstos tienen que muestrear digitalmente la señal de visualización, cualquier señal que esté fuera de su rango no puede ser visualizada físicamente en el monitor.
Los Dispositivos de Entrada:
Los Tipos de Dispositivos de Entrada Más Comunes Son:
a) Teclado: El teclado es un dispositivo eficaz para introducir datos no gráficos como rótulos de imágenes asociados con un despliegue de gráficas. Los teclados también pueden ofrecerse con características que facilitan la entrada de coordenadas de la pantalla, selecciones de menús o funciones de gráficas. (Ver fig. nº 1
· Teclado 101: El teclado pesa 1.1 Lb y mide 11.6 Pulgadas de ancho, 4.3 pulgadas de profundidad y 1.2 de altura. Entre los accesorios disponibles se encuentran: cableado para Sun, PC(PS/2) y computadoras Macintosh. Las dimensiones de este teclado son su característica principal. Es pequeño. Sin embargo se siente como un teclado normal.
· Teclado Ergonómico: Al igual que los teclados normales a través de éste se pueden introducir datos a la computadora pero su característica principal es el diseño del teclado ya que éste evita lesiones y da mayor comodidad al usuario, ya que las teclas se encuentran separadas de acuerdo al alcance de nuestras manos, lo que permite mayor confort al usuario.
· Teclado para Internet: El nuevo Internet Keyboard incorpora 10 nuevos botones de acceso directo, integrados en un teclado estándar de ergonómico diseño que incluye un apoya manos. Los nuevos botones permiten desde abrir nuestro explorador Internet hasta ojear el correo electrónico. El software incluido, posibilita la personalización de los botones para que sea el teclado el que trabaje como nosotros queramos que lo haga.
· Teclado Alfanumérico: Es un conjunto de 62 teclas entre las que se encuentran las letras, números, símbolos ortográficos, Enter, alt, etc; se utiliza principalmente para introducir texto.
· Teclado de Función: Es un conjunto de 13 teclas entre las que se encuentran el ESC, tan utilizado en sistemas informáticos, más 12 teclas de función. Estas teclas suelen ser configurables pero por ejemplo existe un convenio para asignar la ayuda a F1.
· Teclado Numérico: Se suele encontrar a la derecha del teclado alfanumérico y consta de los números así como de un Enter y los operadores numéricos de suma, resta, etc.
· Teclado Especial: Son las flechas de dirección y un conjunto de 9 teclas agrupadas en 2 grupos; uno de 6 (Inicio y fin entre otras) y otro de 3 con la tecla de impresión de pantalla entre ellas.
· Teclado de Membrana: Fueron los primeros que salieron y como su propio nombre indica presentan una membrana entre la tecla y el circuito que hace que la pulsación sea un poco más dura.
· Teclado Mecánico: Estos nuevos teclados presentan otro sistema que hace que la pulsación sea menos traumática y más suave para el usuario.
b) Ratón ó Mouse: Es un dispositivo electrónico que nos permite dar instrucciones a nuestra computadora a través de un cursor que aparece en la pantalla y haciendo clic para que se lleve a cabo una acción determinada; a medida que el Mouse rueda sobre el escritorio, el cursor (Puntero) en la pantalla hace lo mismo. Tal procedimiento permitirá controlar, apuntar, sostener y manipular varios objetos gráficos (Y de texto) en un programa.
(Ver fig. nº 2)
A este periférico se le llamó así por su parecido con un roedor.
Existen modelos en los que la transmisión se hace por infrarrojos eliminando por tanto la necesidad de cableado.
Al igual que el teclado, el Mouse es el elemento periférico que más se utiliza en una PC (Aunque en dado caso, se puede prescindir de él).
Los "ratones" han sido los elementos que más variaciones han sufrido en su diseño.
Tipos de Mouse: Existen diferentes tecnologías con las que funciona el Mouse:
· Mecánica: era poco precisa y estaba basada en contactos físicos eléctricos a modo de escobillas que en poco tiempo comenzaban a fallar.
· Óptica: es la más utilizada en los "ratones" que se fabrican ahora.
· Opto mecánica: son muy precisos, pero demasiado caros y fallan a menudo.
Existen "ratones", como los trackballs, que son dispositivos en los cuales se mueve una bola con la mano, en lugar de estar abajo y arrastrarla por una superficie.
· Mouse Óptico Mouse Trackball: Es una superficie del tamaño de una tarjeta de visita por la que se desliza el dedo para manejar el cursor, son estáticos e ideales para cuando no se dispone de mucho espacio.
Hay otro tipo de "ratones" específicos para algunas aplicaciones, como por ejemplo las presentaciones en PC. Estos "ratones" suelen ser inalámbricos y su manejo es como el del tipo TrackBall o mediante botones de dirección. Y por último, podemos ver modelos con ruedas de arrastre que permiten visualizar más rápidamente las páginas de Internet.
c) Micrófono: Los micrófonos son los transductores encargados de transformar energía acústica en energía eléctrica, permitiendo, por lo tanto el registro, almacenamiento, transmisión y procesamiento electrónico de las señales de audio. Son dispositivos duales de los altoparlantes, constituyendo ambos transductores los elementos mas significativos en cuanto a las características sonoras que sobre imponen a las señales de audio. (Ver fig. nº3)
Existen los llamados micrófonos de diadema que son aquellos, que, como su nombre lo indica, se adhieren a la cabeza como una diadema cualquiera, lo que permite al usuario mayor comodidad ya no necesita sostenerlo con las manos, lo que le permite realizar otras actividades.
d) Scanner: Es una unidad de ingreso de información. Permite la introducción de imágenes gráficas al computador mediante un sistema de matrices de puntos, como resultado de un barrido óptico del documento. La información se almacena en archivos en forma de mapas de bits (bit maps), o en otros formatos más eficientes como Jpeg o Gif.
Existen scanners que codifican la información gráfica en blanco y negro, y a colores. Así mismo existen scanners de plataforma plana fija (Cama Plana) con apariencia muy similar a una fotocopiadora, y scanners de barrido manual. Los scanners de cama plana pueden verificar una página entera a la vez, mientras que los portátiles solo pueden revisar franjas de alrededor de 4 pulgadas. Reconocen imágenes, textos y códigos de barras, convirtiéndolos en código digital.
Los exploradores gráficos convierten una imagen impresa en una de video (Gráficos por Trama) sin reconocer el contenido real del texto o las figuras. (Ver fig. nº 4)
e) Cámara Digital: se conecta al ordenador y le transmite las imágenes que capta, pudiendo ser modificada y retocada, o volverla a tomar en caso de que este mal. Puede haber varios tipos:
· Cámara de Fotos Digital: Toma fotos con calidad digital, casi todas incorporan una pantalla LCD (Liquid Cristal Display) donde se puede visualizar la imagen obtenida. Tiene una pequeña memoria donde almacena fotos para después transmitirlas a un ordenador.
· Cámara de Video: Graba videos como si de una cámara normal, pero las ventajas que ofrece en estar en formato digital, que es mucho mejor la imagen, tiene una pantalla LCD por la que ves simultáneamente la imagen mientras grabas. Se conecta al PC y este recoge el video que has grabado, para poder retocarlo posteriormente con el software adecuado.
· Webcam: Es una cámara de pequeñas dimensiones. Sólo es la cámara, no tiene LCD. Tiene que estar conectada al PC para poder funcionar, y esta transmite las imágenes al ordenador. Su uso es generalmente para videoconferencias por Internet, pero mediante el software adecuado, se pueden grabar videos como una cámara normal y tomar fotos estáticas. (Ver fig. nº 5)
f. Lector de Código de Barras: Dispositivo que mediante un haz de láser lee dibujos formados por barras y espacios paralelos, que codifica información mediante anchuras relativas de estos elementos. Los códigos de barras representan datos en una forma legible por el ordenador, y son uno de los medios más eficientes para la captación automática de datos. (Ver fig. nº 6)
g. Lápices Ópticos: Es una unidad de ingreso de información que funciona acoplada a una pantalla fotosensible. Es un dispositivo exteriormente semejante a un lápiz, con un mecanismo de resorte en la punta o en un botón lateral, mediante el cual se puede seleccionar información visualizada en la pantalla. Cuando se dispone de información desplegada, con el lápiz óptico se puede escoger una opción entre las diferentes alternativas, presionándolo sobre la ventana respectiva o presionando el botón lateral, permitiendo de ese modo que se proyecte un rayo láser desde el lápiz hacia la pantalla fotosensible. No requiere una pantalla ni un recubrimiento especiales como puede ser el caso de una pantalla táctil, pero tiene la desventaja de que sostener el lápiz contra la pantalla durante periodos largos de tiempo llega a cansar al usuario. (Ver fig. nº 7)
h) Palancas de Mando (Joystick): Dispositivo señalador muy conocido, utilizado mayoritariamente para juegos de ordenador o computadora, pero que también se emplea para otras tareas. Un joystick o palanca de juegos tiene normalmente una base de plástico redonda o rectangular, a la que está acoplada una palanca vertical. Es normalmente un dispositivo señalador relativo, que mueve un objeto en la pantalla cuando la palanca se mueve con respecto al centro y que detiene el movimiento cuando se suelta. En aplicaciones industriales de control, el joystick puede ser también un dispositivo señalador absoluto, en el que con cada posición de la palanca se marca una localización específica en la pantalla. (Ver fig. nº 8)
i) Tarjetas Perforadas: ficha de papel manila de 80 columnas, de unos 7,5 cm. (3 pulgadas) de ancho por 18 cm. (7 pulgadas) de largo, en la que podían introducirse 80 columnas de datos en forma de orificios practicados por una máquina perforadora. Estos orificios correspondían a números, letras y otros caracteres que podía leer un ordenador equipada con lector de tarjetas perforadas.
Los Dispositivos de Salida:
Estos dispositivos permiten al usuario ver los resultados de los cálculos o de las manipulaciones de datos de la computadora. El dispositivo de salida más común es la unidad de visualización (VDU, acrónimo de Video DisplayUnit), que consiste en un monitor que presenta los caracteres y gráficos en una pantalla similar a la del televisor.
1. Los tipos de Dispositivos de Salida más Comunes Son:
a) PantallaoMonitor: Es en donde se ve la información suministrada por el ordenador. En el caso más habitual se trata de un aparato basado en un tubo de rayos catódicos (CRT) como el de los televisores, mientras que en los portátiles es una pantalla plana de cristal líquido (LCD). (Ver fig. nº 9)
Puntos a Tratar en un Monitor:
· Resolución: Se trata del número de puntos que puede representar el monitor por pantalla, en horizontal x vertical. Un monitor cuya resolución máxima sea 1024x 768 puntos puede representar hasta 768 líneas horizontales de 1024 puntos cada una.
· Refresco de Pantalla: Se puede comparar al número de fotogramas por segundo de una película de cine, por lo que deberá ser lo mayor posible. Se mide en HZ (hertzios) y debe estar por encima de los 60 Hz, preferiblemente 70 u 80. A partir de esta cifra, la imagen en la pantalla es sumamente estable, sin parpadeos apreciables, con lo que la vista sufre mucho menos.
· Tamaño de punto (Dot Pitch): Es un parámetro que mide la nitidez de la imagen, midiendo la distancia entre dos puntos del mismo color; resulta fundamental a grandes resoluciones. En ocasiones es diferente en vertical que en horizontal, o se trata de un valor medio, dependiendo de la disposición particular de los puntos de color en la pantalla, así como del tipo de rejilla empleada para dirigir los haces de electrones.
b) Impresora: es el periférico que el ordenador utiliza para presentar información impresa en papel. Las primeras impresoras nacieron muchos años antes que el PC e incluso antes que los monitores, siendo el método más usual para presentar los resultados de los cálculos en aquellos primitivos ordenadores.
En nada se parecen las impresoras a sus antepasadas de aquellos tiempos, no hay duda de que igual que hubo impresoras antes que PCs, las habrá después de éstos, aunque se basen en tecnologías que aún no han sido siquiera inventadas.
Disparidad Binocular
Así pues, se conoce como disparidad binocular o retinal a la ligera diferencia entre los dos puntos de vista proporcionados por ambos ojos. La disparidad binocular es la forma de percibir profundidad y relieve más utilizada por el cerebro humano, y es la que permite ser más manipulada, convirtiéndose en la base para la creación de imágenes 3D en superficies llanas. El cerebro coge estos dos puntos de vista distintos y los integra, creando así un objeto en tres dimensiones.
Tipos
Podemos hablar de dos tipos de disparidad binocular: la cruzada y la no cruzada, cada una de ellas depende de la distancia en que se encuentre el objeto y el punto de fijación en la retina:
- La disparidad binocular cruzada se caracteriza porque el objeto que ve el ojo está más cerca que el punto de fijación. El objeto es proyectado en un ojo hacia la derecha exterior de su fóvea y, en el otro, hacia la parte exterior izquierda de su fóvea.
- La disparidad binocular no cruzada se caracteriza porque el objeto que ve el ojo se encuentra más lejos que el punto de fijación. En este caso el objeto es proyectado en un ojo hacia la izquierda de la parte nasal de su retina y, en el otro ojo, hacia la derecha de la parte nasal de su retina.
Informacion monocular
Cada vez que se observa una escena o un objeto empleando para ello un solo ojo, se obtiene una imagen plana, bidimensional. Es lo que se denomina visión monocular.
Pueden diferenciarse tres tipos distintos de mecanismos que actúan a nivel de la visión monocular para proporcionar información tridimensional, estos son mecanismos geométricos, el movimiento de paralaje, y mecanismos relacionados con la musculatura ocular.
Fuentes:
http://usuarios.arsystel.com/luismarques/documentacion/txt/02100_monocular.htm
