La gráfica por computadora es la creación, almacenamiento,
manipulación y despliegue de imágenes con la asistencia de una computadora.
Campos de aplicación
Las graficas por computadora generalmente se usan para creación artistica, realización de graficas, dibujo y diseño o combinación de las tres. Sin embargo, antes de que sea posible desarrollar una alicación, el diseñador del sistema debe ser capaz de comunicarse con los posibles usuarios finales del sistema.
Actualmente existe un sinfín de aplicaciones por lo cual solo mencionaré las más importantes.
Diseño asistido por computadora
Este método, también llamado generalmente como CAD (Computer Assisted Desing) ahora se utiliza de forma habitual para el diseño de construcciones, automóviles, aeronaves, embarcaciones, naves espaciales, computadoras, incluso telas y muchos productos.
Normalmente, los paquetes de software de aplicaciones de CAD ofrecen los diseñadores un entorno con ventanas múltiples; estas diversas ventanas desplegables muestran secciones ampliadas de vistas de diferentes objetos. Estos paquetes de software están dirigidos principalmente para el campo de la arquitectura. Ofrecen a los diseñadores muchas herramientas de simbología para poder crear modelos realistas de sus construcciones.
Además de presentar despliegues de fachadas realistas, los paquetes de CAD para arquitectura ofrecen medios para experimentar con planos interiores tridimensionales y la iluminación. Muchas otras clases de sistemas y productos se diseñan usando ya sea paquetes de CAD generales o software de CAD desarrollado en forma especial.
Este método, también llamado generalmente como CAD (Computer Assisted Desing) ahora se utiliza de forma habitual para el diseño de construcciones, automóviles, aeronaves, embarcaciones, naves espaciales, computadoras, incluso telas y muchos productos.
Normalmente, los paquetes de software de aplicaciones de CAD ofrecen los diseñadores un entorno con ventanas múltiples; estas diversas ventanas desplegables muestran secciones ampliadas de vistas de diferentes objetos. Estos paquetes de software están dirigidos principalmente para el campo de la arquitectura. Ofrecen a los diseñadores muchas herramientas de simbología para poder crear modelos realistas de sus construcciones.
Además de presentar despliegues de fachadas realistas, los paquetes de CAD para arquitectura ofrecen medios para experimentar con planos interiores tridimensionales y la iluminación. Muchas otras clases de sistemas y productos se diseñan usando ya sea paquetes de CAD generales o software de CAD desarrollado en forma especial.
Arte
por computadora
Los artistas utilizan una variedad de métodos computacionales, incluyendo hardware para propósitos especiales, programas artísticos de brocha de pintar del artista (como Lumena), otros paquetes de pintura (como PixelPaint y SuperPaint), software desarrollado de manera especial, paquetes de matemática simbólica (comoMathematica), paquetes de CAD, software de edición electrónica de publicaciones y paquetes de animaciones que proporcionan los medios para diseñar formas de objetos y especificar movimientos de objetos.
Existen otros programas como Paintbrush (brocha de pintar) que permite a los artistas "pintar" imágenes en la pantalla de un monitor de video. En realidad, la imagen se pinta por lo general de manera electrónica en una tableta de gráficas (o digitalizador) utilizando un estilete, el cual puede simular diferentes trazos, anchuras de la brocha y colores.
Los creadores de bellas artes emplean diversas tecnologías de computación para producir imágenes. Con el propósito de crear pinturas el artista utiliza una combinación de paquetes de modelado tridimensional, diagramación de la textura, programas de dibujo y software de CAD. En un ejemplo de "arte matemático" un artista utilizó una combinación de funciones matemáticas, procedimientos fractales, software de Mathematica, impresoras de chorro de tinta y otros sistemas con el fin de crear una variedad de formas tridimensionales y bidimensionales, al igual que pares de imágenes estereoscópicas.
Entretenimiento
Hoy en día es muy común utilizar métodos de gráficas por computadora para producir películas, videos musicales y programas de televisión. En ocasiones, se despliegan sólo imágenes gráficas y otras veces, se combinan los objetos con los actores y escenas en vivo. Como por ejemplo, en una escena gráfica creada para la película Start Trek II - The Wrath of Khan, se dibujan en forma de armazón el planeta y la nave espacial y se sombrean con métodos de presentación para producir superficies sólidas. Al igual que pueden aparecer personas en forma de armazón combinadas con actores y una escena en vivo. Los videos musicales aprovechan las gráficas de muchas maneras, se pueden combinar objetos gráficos con acción en vivo, o se pueden utilizar técnicas de procesamiento de imágenes para producir una transformación de una persona o un objeto en otro (a este efecto se le conoce como morphing).
Los artistas utilizan una variedad de métodos computacionales, incluyendo hardware para propósitos especiales, programas artísticos de brocha de pintar del artista (como Lumena), otros paquetes de pintura (como PixelPaint y SuperPaint), software desarrollado de manera especial, paquetes de matemática simbólica (comoMathematica), paquetes de CAD, software de edición electrónica de publicaciones y paquetes de animaciones que proporcionan los medios para diseñar formas de objetos y especificar movimientos de objetos.
Existen otros programas como Paintbrush (brocha de pintar) que permite a los artistas "pintar" imágenes en la pantalla de un monitor de video. En realidad, la imagen se pinta por lo general de manera electrónica en una tableta de gráficas (o digitalizador) utilizando un estilete, el cual puede simular diferentes trazos, anchuras de la brocha y colores.
Los creadores de bellas artes emplean diversas tecnologías de computación para producir imágenes. Con el propósito de crear pinturas el artista utiliza una combinación de paquetes de modelado tridimensional, diagramación de la textura, programas de dibujo y software de CAD. En un ejemplo de "arte matemático" un artista utilizó una combinación de funciones matemáticas, procedimientos fractales, software de Mathematica, impresoras de chorro de tinta y otros sistemas con el fin de crear una variedad de formas tridimensionales y bidimensionales, al igual que pares de imágenes estereoscópicas.
Entretenimiento
Hoy en día es muy común utilizar métodos de gráficas por computadora para producir películas, videos musicales y programas de televisión. En ocasiones, se despliegan sólo imágenes gráficas y otras veces, se combinan los objetos con los actores y escenas en vivo. Como por ejemplo, en una escena gráfica creada para la película Start Trek II - The Wrath of Khan, se dibujan en forma de armazón el planeta y la nave espacial y se sombrean con métodos de presentación para producir superficies sólidas. Al igual que pueden aparecer personas en forma de armazón combinadas con actores y una escena en vivo. Los videos musicales aprovechan las gráficas de muchas maneras, se pueden combinar objetos gráficos con acción en vivo, o se pueden utilizar técnicas de procesamiento de imágenes para producir una transformación de una persona o un objeto en otro (a este efecto se le conoce como morphing).
Educación y capacitación
A menudo, se utilizan como instrumentos de ayuda educativa modelos de sistemas
físicos, financieros y económicos, los cuales se generan por computadora.
Modelos de sistemas físicos, sistemas fisiológicos, tendencias de población o
equipo, pueden ayudar a los estudiantes a comprender la operación del sistema.
En el caso de algunas aplicaciones de capacitación, se diseñan sistemas
especiales, como los simuladores para sesiones de práctica o capacitación de
capitanes de barco, pilotos de avión, operadores de equipo pesado y el personal
de control de tráfico aéreo. Algunos simuladores no tienen pantallas de video;
por ejemplo, un simulador de vuelo que sólo tiene un panel de control como
instrumento de vuelo. No obstante, la mayor parte de los simuladores cuenta con
pantallas gráficas para la operación visual.
Visualización
Científicos, ingenieros, personal médico, analistas comerciales y otros con
frecuencia necesitan analizar grandes cantidades de información o estudiar el
comportamiento de ciertos procesos. Las simulaciones numéricas efectuadas en
supercomputadoras frecuentemente producen archivos de datos que contienen miles
y a veces millones de valores de datos. El rastreo de estos grandes conjuntos
de números para determinar tendencias y relaciones es un proceso tedioso e
ineficaz. Pero si se convierten los datos a una forma visual, es frecuente que
se perciban de inmediato las tendencias y los patrones. Por lo regular, la
producción de representaciones gráficas para conjuntos de datos y procesos
científicos de ingeniería y de medicina se conoce como visualización científica.
La codificación de colores es sólo una manera de visualizar un conjunto de
datos. Las técnicas adicionales incluyen trazos, gráficas y diagramas de
contorno, presentaciones de superficie y visualización de interiores de
volumen. Además, se combinan técnicas de procesamiento de imágenes con gráficas
por computadora para crear muchas de las visualizaciones de datos. Las
comunidades de matemáticos, científicos físicos y otros utilizan técnicas
visuales para analizar funciones matemáticas y procesos o sólo con el propósito
de crear representaciones gráficas interesantes.
Interfaces Gráficas de Usuario
Hoy por hoy los paquetes de software ofrecen una interfaz gráfica. Un
componente importante de una interfaz gráfica es un administrador de ventanas
que hace posible que un usuario despliegue áreas con ventanas múltiples. Cada
ventana puede contener un proceso distinto que a su vez puede contener
despliegues gráficos y no gráficos. Las interfaces también despliegan menús e
iconos para permitir una selección rápida de las opciones de procesamiento o de
valores de parámetros. Un icono es un símbolo gráfico diseñado para semejarse a
la opción 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 están bien
diseñados. Los menús contienen listas de descripciones textuales e iconos.
1.2 Dispositivos de hardware y software para el despliegue gráfico.
Aplicaciones de gráficos de computadora
Es el arte o la ciencia de producir imágenes graficas con la ayuda de una computadora mediante uso de software especializado.
Despliegue de información
Despliegue de información
Todas las computadoras necesitan de un
componente de hardware para poder desplegar gráficos.
Existen dos componentes básicos para el despliegue de gráficos: la tarjeta de video y el monitor.
Las tarjetas de video es la parte encargada de realizar todo el procesamiento de información que conllevan los SG. Dichas tarjetas pueden ser internas o externas. Generalmente se recomiendan que sean externas y que utilicen buses especiales de comunicación (AGP) para transmitir la información de manera eficiente.
Existen dos componentes básicos para el despliegue de gráficos: la tarjeta de video y el monitor.
Las tarjetas de video es la parte encargada de realizar todo el procesamiento de información que conllevan los SG. Dichas tarjetas pueden ser internas o externas. Generalmente se recomiendan que sean externas y que utilicen buses especiales de comunicación (AGP) para transmitir la información de manera eficiente.
El uso de Sistemas Operativos gráficos,
videojuegos, procesos de simulación, etc. han fortalecido el uso de
dispositivos de despliegue gráfico.
Las tarjetas de video definen su capacidad en
la resolución (tamaño de la pantalla). Por ejemplo el estándar UXVGA procesa
gráficos en dimensiones de 1600x1200 pixeles (puntos por pantalla) a 16
millones de colores.
Diseño
Se define como el proceso previo de configuración mental, "pre-figuración", en la búsqueda de una solución en cualquier campo.
Simulacion y animacion
Estos programas producen un efecto de
movimiento de las figuras representadas.
Los programas de animación pretenden crear efectos artísticos (su movimiento es libre)
Los programas de simulación pretenden crear un efecto real (movimiento limitado)
En el diseño de objetos se utilizan programas de simulación para conseguir realismo en las piezas diseñadas de tal manera que las limitaciones de movimiento permitan tratar los objetos diseñado con otros programas de ensayos virtuales
Los programas de animación pretenden crear efectos artísticos (su movimiento es libre)
Los programas de simulación pretenden crear un efecto real (movimiento limitado)
En el diseño de objetos se utilizan programas de simulación para conseguir realismo en las piezas diseñadas de tal manera que las limitaciones de movimiento permitan tratar los objetos diseñado con otros programas de ensayos virtuales
Interfaces de usuario
La interfaz de usuario es el medio con que el
usuario puede comunicarse con una máquina, un equipo o una computadora, y
comprende todos los puntos de contacto entre el usuario y el equipo.
Normalmente suelen ser fáciles de entender y fáciles de accionar.
SISTEMA DE GRÁFICOS
SISTEMA DE GRÁFICOS
Procesador
El procesador (CPU, por Central ProcessingUnit o Unidad Central de Procesamiento), es por decirlo de alguna manera, el cerebro del ordenador. Permite el procesamiento de información numérica, es decir, información ingresada en formato binario, así como la ejecución de instrucciones almacenadas en la memoria.
El primer microprocesador (Intel 4004) se
inventó en 1971. Era un dispositivo de cálculo de 4 bits, con una velocidad de
108 kHz. Desde entonces, la potencia de los microprocesadores ha aumentado de
manera exponencial.
Memoria
La memoria (también llamada almacenamiento) se refiere a parte de los componentes que forman parte de una computadora. Son dispositivos que retienen datos informáticos durante algún intervalo de tiempo. Las memorias de computadora proporcionan una de las principales funciones de la computación moderna, la retención o almacenamiento de información. Es uno de los componentes fundamentales de todas las computadoras modernas que, acoplados a una unidad central de procesamiento, En la actualidad, memoria suele referirse a una forma de almacenamiento de estado sólido conocido como memoria RAM y otras veces se refiere a otras formas de almacenamiento rápido pero temporal. De forma similar, se refiere a formas de almacenamiento masivo como discos ópticos y tipos de almacenamiento magnético como discos duros y otros tipos de almacenamiento más lentos que las memorias RAM, pero de naturaleza más permanente. Estas distinciones contemporáneas son de ayuda porque son fundamentales para la arquitectura de computadores en general.
Frame buffer
Es la porción de memoria (buffer) reservada
para mantener temporalmente una imagen ráster (frame) a la espera de ser
enviada al monitor o a un dispositivo. Es usado para compensar las diferentes
tasas de flujo de datos entre los componentes de una computadora.
Generalmente el framebuffer utiliza chips de memoria en el adaptador de video para almacenar su contenido. De todas maneras en algunos casos el adaptador de video está integrado a la placa madre y el frame buffer es por lo tanto almacenado en la memoria principal (RAM).
Generalmente el framebuffer utiliza chips de memoria en el adaptador de video para almacenar su contenido. De todas maneras en algunos casos el adaptador de video está integrado a la placa madre y el frame buffer es por lo tanto almacenado en la memoria principal (RAM).
El framebuffer es la parte del sistema de video en donde una imagen es almacenada píxel por píxel y es usado para refrescar una imagen láster.
Dispositivo de salida
Es aquel que emite una señal con información.
En este sentido podemos mencionar a la impresora (que recibe información de
unacomputadora y produce una salida impresa en
papel), el monitor (exhibe los datos en la pantalla), los auriculares (emite sonidos para que sean escuchados por una persona) y el altavoz (reproduce sonidos al ambiente).
Dispositivo de entrada
papel), el monitor (exhibe los datos en la pantalla), los auriculares (emite sonidos para que sean escuchados por una persona) y el altavoz (reproduce sonidos al ambiente).
Dispositivo de entrada
Son las herramientas utilizadas para ingresar
todo tipo de datos a la computadora. Las entradas son las señales recibidas por
la unidad, y se pueden definir como los medios a través de los cuales una
persona o sistema para comunicarse con la computadora.
Disparidad binocular
Disparidad binocular
Es la diferencia entre las imágenes percibidas
por la retina izquierda y derecha de nuestros ojos debido a la separación de 7
cm entre ellas.
El cerebro ingresa estas dos imágenes en una
sola imagen tridimensional, permitiéndonos percibir profundidad y distancia.
Sin embargo, esto es cierto solo para distancias menores a 3 cm.
1.3 Formatos gráficos de almacenamiento
El almacenamiento de los datos que componen una imagen digital en
un archivo binario puede realizarse utilizando diferentes formatos gráficos,
cada uno de los cuales ofrece diferentes posibilidades con respecto a la resolución de la
imagen, la gama de colores, la compatibilidad, la rapidez de carga, etc. La finalidad última de un formato gráfico 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 más técnicas diferentes,
que pueden incluir codificación especial, métodos de compresión, etc. Generalmente, todo fichero gráfico comienza con una cabecera
(header) de estructura variable, que indica al programa que lo solicite
las características de la imagen que
almacena (tipo, tamaño, resolución, modo de color, profundidad de color, número
de colores de la paleta si la hay, etc).
A
continuación se encuentran los datos propios de la imagen, generalmente comprimidos
con un algoritmo específico de ese formato, que contienen información sobre el color
de cada píxel de la imagen (mapas de bits) o una tabla con las características propias
de cada objeto (gráficos vectoriales). En caso de usarse una paleta de colores,
la información
sobre dicha paleta también deberá estar contenida en el fichero. La imagen
puede estar formada por un número diferente de píxeles, dependiendo de su tamaño
y resolución, y tener más o menos colores. En función del número de píxeles y del
número de colores la imagen tendrá más o menos calidad, pero cuanto más calidad tenga,
más ocupará el fichero necesario para almacenarla. En el caso de los gráficos vectoriales
no se definen píxeles individuales, dependiendo la calidad y el peso final del formato
concreto en que se almacenen.
Los
ficheros gráficos de mapas de bits contienen pues una cabecera, los datos de
los píxeles (generalmente comprimidos) y la paleta de colores (salvo si se usan 24 bits por píxel,
caso en el que no es necesaria ninguna paleta). Los ficheros vectoriales, una cabecera
y una tabla con las características de cada vector componente del gráfico. 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 cuál de ellos es el más adecuado para la tarea que estamos realizando.
Existen
dos tipos de formatos: los vectoriales y los de mapa de bits también conocidos como rasterizados.
Rasterizados
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 representación. El color
de cada pixel está definido individualmente; Por ejemplo, una imagen en un espacio
de color RGB, almacenaría el valor de color de cada pixel en tres bytes: un
para el verde, para el azul, y para el rojo.
Los
gráficos rasterizados se distinguen de los gráficos vectoriales en que estos últimos representan una imagen a través del uso de objetos geométricos como curvas y polígonos,
no del simple almacenamiento del color de cada pixel.
Los
formatos de mapa de bits más 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
• 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
Vectoriales
Los
gráficos vectoriales son los que se representan en los gráficos por ordenador
por medio de
"trazos", es decir, por primitivas geométricas como puntos, líneas,
curvas o polígonos.
En contraste, se encuentran los gráficos formados por una retícula de pixeles como los
bitmap. En los
gráficos vectoriales la imagen se genera como descripción de trazos. Por ejemplo, para crear una línea recta se indica: su posición inicial (x1,y1), su posición
final (x2,y2),
su grosor, color, etc. En cambio, en una imagen bitmap, esa misma línea estaría formada
por un número 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 más complejas que permiten el uso de
curvas bezier, degradados de color, etc. En algunos formatos, como el SWF, las
imágenes vectoriales pueden animarse muy facilmente sin que ello suponga un
aumento excesivo en el tamaño del fichero, al contrario de los bitmaps.
Los
formatos vectoriales más 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
1.4 Aspectos matemáticos de la graficación(Geometria Fractal)
FRACTAL
Un fractal es un objeto semigeométrico cuya estructura básica,
fragmentada o irregular, se repite a diferentes escalas. El término fue
propuesto por el matemático Benoit Mandelbrot en 1975 y deriva del Latín fractus, que
significa quebrado o fracturado. Muchas estructuras naturales son de tipo
fractal.
A un objeto geométrico
fractal se le atribuyen las siguientes características:
-Es demasiado irregular para ser
descrito en términos geométricos tradicionales.
-Es autoasimilar - Su forma es hecha de copias
más pequeñas de la misma figura. Las copias son similares al todo: misma forma
pero diferente tamaño. Ejemplos de autosimilaridad:
-Fractales naturalistas
-Conjunto de Mandelbrot.- Es una transformación no lineal
-Fractales de paisajes.- Este tipo de fractales pueden producir
paisajes realísticos convincentes.
-Fractales naturales.- Los fractales encontrados en la
naturaleza se diferencían de los fractales matemáticos porque los naturales son
aproximados o estadísticos y su autosimiliralidad se extiende sólo a un rango
de escalas.
¿Que es
Geometria Fractal?
Geometría Fractal es geometría que no distingue entre conjunto
matemático y objeto natural. Este nuevo paradigma engulle paradigmas anteriores
proyectando un modelo que inagura una nueva zona o región de lo real.
Tambien es una
de las cosas más vistosas de la matemática, generando figuras de una simetría
compleja y desconcertante para el observador no experto.
Bibliografia:
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