Graficaci ón

1. Graficación Aspectos generales

2. Introducción a la graficación • Las computadoras: herramienta poderosa para imágenes: • rápida • económica • Las primeras aplicaciones gráficas eran muy caras • Actualmente, son baratas (HW y SW)

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

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

5. CAD • Las herramientas CAD presentan herramientas y visualizaciones múltiples de los objetos en diseño • Facilitan el desarrollo de objetos que cumplan con los requerimientos, ya que no permiten que los parámetros excedan los definidos • No siempre se modela directamente la realidad, sino también abstracciones mediante símbolos. El sistema puede, posteriormente armar el circuito correspondiente.

6. CAD

7. CAD • Con frecuencia se utilizan animaciones para mostrar el comportamiento del diseño • Estas animaciones entran en el terreno de las simulaciones • Se utilizan también sistemas de realidad virtual para probar el comportamiento de lo diseñado ante un operador real

8. CAD

9. CAD • Cuando se ha terminado el diseño, se muestra mediante iluminación realista y aplicación de texturas • Esto es especialmente relevante para el diseño de objetos que deben resultar atractivos para el consumidor: • Casas • Autos • Equipo de audio

10. CAD

11. Gráficas de presentación • Para presentar informes • Comunicar y promover ideas • No está de más decir que deben ser simples

12. Arte por computadora • Las primeras expresiones artísticas por computadora fueron pobres y caras • Los interfaces no captaban todas las expresiones mecánicas del artista (presión, velocidad, ángulos, etc.) • Los medios de impresión eran limitados

13. Arte por computadora (primitivo)

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

15. Arte por computadora (moderno)

16. Arte por computadora (fractales)

17. Entretenimiento • Películas, videos musicales, TV • Videojuegos • Computadoras personales • Consolas • Teléfonos celulares • Consolas portátiles • Vayan ustedes a saber qué sigue

18. Entretenimiento • Los videojuegos hacen uso de interfaces para la interactividad • Consolas de texto y comandos simpls (MUDs) • Gráficas simples 2D (vectores, sprites), palanca de mando (joystick digital) • Gráficas 3D, palanca de mando avanzada (joystick analógico) • Gráficas 3D avanzadas (shading, ray tracing), mandos avanzados (wii-mote, visión, etc.)

19. Capacitación • Cursos animados interactivos • Simuladores de todo tipo • Inmersivos • Movimientos físicos • Panorámicos

20. Capacitación (movimiento)

21. Visualización • Representación gráfica de colecciones muy grandes de datos • Destacando tendencias y parámetros con colores, formas, posiciones, movimientos, etc. • Permitiendo la manipulación de la visión y de los datos para revelar datos ocultos

22. Visualización

23. Procesamiento de imágenes • Se obtiene una imagen donde hay información confusa • Se aplica el procesamiento para: • Restauración (mejorar la calidad de la imagen) • Destacar información oculta o poco clara

24. Procesamiento de imágenes

25. Procesamiento de imágenes

26. Interfaz gráfica para el usuario (GUI) • Representación de información y documentos en forma de ventanas, menús, escritorio, iconos, etc. • Metáfora de un escritorio • A ver a quién de ustedes se le ocurre una mejor manera

27. GUI Xerox

28. Autoedición • Uso de la computadora para la edición de documentos, periódicos, revistas, folletos, carteles, espectaculares, etc. • Integración automática de contenidos en medios digitales (como la WWW)

29. Autoedición

30. Cartografía (GIS) • Manejo y presentación automática de mapas e información de todo tipo en su ubicación geográfica

31. Clasificación de aplicaciones Existen varias clasificaciones diferentes: • Tipo (dimensionalidad) del objeto a representar y tipo de imagen producida • Tipo de interacción • Rol de la imagen producida • Relación lógica y temporal entre objetos y sus imágenes • Nivel de implantación y abstracción

32. 1. Por tipos de objeto e imagen

33. 2. Por tipo de interacción • Determina el grado de control del usuario sobre el objeto y su imagen • Trazo fuera de línea: modelos de objetos a partir de una banco o base de datos • Trazo interactivo: el usuario proporciona parámetros • Sobrevuelo: predefinir objeto y poder visualizarlo caminando o volando cerca • Diseño interactivo: partiendo de un volumen vacío, ir insertando objetos que serán mostrados

34. 3. Rol de la imagen producida • Es el grado en el que la imagen producida es un fin o un medio a otro fin • En imágenes artísticas, animaciones, cartografía podemos considerar la imagen como un fin • En aplicaciones CAD, las imágenes son un medio intermedio para un proceso de fabricación mucho más extenso

35. 4. Relación lógica y temporal entre objetos y sus imágenes • Algunas imágenes pueden ser únicas y suficientes para la representación de algún objeto • Otras imágenes, en conjunto, pueden estar describiendo una estructura jerárquica de un sistema, o representar estados sucesivos en el tiempo

36. 5. Nivel de implementación y abstracción • Muy bajo nivel: a nivel de acceso a memoria de video y manipulación directa de pixeles • Bajo nivel: invocación de servicios del sistema (interrupciones) para manejo de pixeles y líneas • Bibliotecas de funciones: para el desarrollo de programas gráficos usando bibliotecas avanzadas de gráficos (OpenGL, DirectX) • Programas o máquinas (software) de modelado y animación • Programas de aplicación inteligente de escenarios y personajes prediseñados

37. II. Hardware para graficación

38. Medios • Teletipos e impresoras de línea • 1950, MIT: CRT • ~1955, SAGE air-defense, uso de lápiz óptico sobre el CRT • 1963, Sketchpad, uso de símbolos a partir de un banco, para diseño, usando lápiz óptico • Tropiezos: • Costo alto del hardware • Alto costo en procesamiento • Programación difícil en entornos de tiempo-compartido cuando predominaba el trabajo por lotes • Software no portable • Estos inconvenientes se fueron superando con: • Estaciones de trabajo • Computadoras personales

39. Medios: teletipo

40. Medios: lápiz óptico

41. Medios: Sketch

42. Dispositivos de salida: vectoriales • ~1965 Basados en línea: • Vectores • Trazos • Líneas • Caligráficos • Letras hechas como secuencias de trazos • CPU produce una lista de vectores, se guardan en un búfer, un DC (display controller) recorre el búfer para desplegar en pantalla los vectores • ~1968 direct-view storage tube (DVST) como control separado, más rápido y económico

43. Dispositivos de salida: raster • Las imágenes se producen como mapas de bits almacenadas en búfer (memoria), donde están almacenados los datos de los pixeles individuales • Requiere una mayor cantidad de memoria • Estuvieron disponibles cuando el costo de la memoria bajó lo suficiente

44. Raster vs Vector

45. Otros dispositivos de salida • Impresoras • Plotters • Cañones (proyector) • Impresoras 3D

46. Impresoras 3D

47. Dispositivos de entrada • Lápiz óptico • Mouse (Doug Engelbart, 68) • Tablilla gráfica • Pantalla sensible • Sensores 3D • Escáneres 3D • Controles con retroalimentación • Joystick • Volantes • Guantes

48. Arquitecturas para graficación • Los primeros sistemas con despliegue interactivo eran muy limitados • Para gráficas necesitaban dispositivos adicionales • Se empezaron a integrar sistemas gráficos simples tipo raster: • Pocos colores • Resolución baja • Poca velocidad • Procesamiento gráfico por software, desde el CPU, mediante funciones

49. Arquitecturas: aceleradores • Se desarrollaron los aceleradores gráficos por hardware • Ubicados en tarjetas que se montaban en las ranuras de expansión • Bus (ducto) de alta velocidad, que conecta tarjetas con CPU, memoria y puertos

50. Arquitecturas: aceleradores • Incorporación de servicios gráficos avanzados • El S.O. necesita de componentes para saber qué servicios están disponibles (drivers) • Los programas necesitan un marco de referencia común para pedir al S.O. los servicios gráficos (OpenGL, DirectX)