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evolucion historia de la computacion grafica
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HISTORIA DE LA COMPUTACION
GRAFICA
LUIS FERNANDO JIMENEZ HERNANDEZ
C.C. 1065659969
¿Donde comenzó todo?
En 1885 Ferdinand Braun invento el primer CRT. En 1907 Boris Rosing pudo
mostrar figuras en el CRT.
En sus inicios las computadoras se utilizaban principalmente en aplicaciones
científicas. La ENIAC, una de las primeras computadoras, calculaba
densidades de neutrón transversales para ver si explotaría la bomba de
hidrógeno. Los resultados se reportaban por medio de dispositivos de
impresión sencillos que producían secuencias de caracteres alfanuméricos que
los usuarios debían examinar. El siguiente paso en la evolución de las
computadoras fue la creación de dispositivos de visualización que permitían al
usuario de una computadora observar los resultados del procesamiento en el
dispositivo. La primera computadora que utilizó un CRT (Tubo de Rayos
Catódicos) como dispositivo de visualización fue Whirlwind, construida en el
MIT (Instituto Tecnológico de Massachussets) en 1950 para simular vuelos de
entrenamiento de los escuadrones de bombarderos de la marina de Estados
Unidos.
Durante la década de los 50 también continuó el desarrollo de los dispositivos
de entrada. El sistema para la defensa espacial SAGE, desarrollado para
convertir los sonidos de detección de un radar en imágenes, fue el primero en
emplear un lápiz óptico para seleccionar símbolos en la pantalla.
El primer videojuego de la historia fue creado en 1952, con el nombre de OXO.
Fue producto de la tesis doctoral de Alexander Sandy Douglas en la
Universidad de Cambridge para demostrar la interactividad entre computadoras
y seres humanos. El juego era una versión del conocido “tres en raya” y fue
escrito para la computadora EDSAC.
En 1961 un estudiante del MIT, Steve Russell dirigió un equipo que creó el
primer videojuego interactivo de naves espaciales. Le tomó al equipo cerca de
200 horas-hombre escribir la primera versión de Spacewar. El juego se escribió
en una PDP-1 que fue una donación de DEC al MIT esperando que en el MIT
se pudiera hacer algo trascendente con su producto.
El modo de juego de Spacewar! Involucra dos naves espaciales armadas
llamadas “la aguja” y “la cuña” intentando disparar a la otra mientras se
maniobra en el flujo gravitacional de una estrella. Cada nave tiene un número
limitado de misiles y combustible. Cada jugador controla una de las naves y
debe intentar simultáneamente disparar a la otra nave y evitar chocar con la
estrella. Los movimientos de las naves inicialmente se controlaban por medio
de interruptores de prueba en el panel frontal del equipo, con cuatro
interruptores para cada jugador.
Fue en 1963 cuando se creo el primer sistema que permitía la manipulación
directa de objetos gráficos y fue el precursor de los sistemas modernos de
gráficos por computadora y los programas de diseño asistido por computadora
(CAD). El sistema, creado para aplicaciones de diseño e ingeniería fue
desarrollado por Ivan Sutherland como trabajo de tesis doctoral en el MIT. El
sistema permitía a los usuarios dibujar puntos, segmentos de líneas rectas y
arcos circulares directamente sobre la pantalla mediante un lápiz óptico.
En 1966 Sutherland, ejerciendo como profesor en Harvard, junto con Bob
Sproull fue el primero en implementar un sistema de realidad virtual, a través
del cual, con la ayuda de un casco, los usuarios podían ingresar virtualmente
en una habitación y mirar en todas direcciones una vez adentro.
Los inventos de Ivan Sutherland contribuyeron al desarrollo de las interfaces
gráficas de usuario que actualmente son una parte indispensable en cualquier
sistema de cómputo.
Muchas de las ideas demostradas por primera vez en el Sketchpad ahora son
parte de entornos de computadoras usadas por millones en aplicaciones de
investigación científica, negocios y recreación.
Estas ideas incluyen:
• El concepto de estructura jerárquica interna de una imagen representada por
computadora y la definición de esa imagen en términos de sub-imágenes.
• El concepto de imagen maestra e instancias de imagen las cuales son
versiones transformadas de la imagen maestra.
• El concepto de restricción como un método para especificar detalles de la
geometría de una imagen.
• La habilidad para desplegar y manipular representaciones icónicas de las
restricciones.
• La habilidad de copiar así como crear instancias tanto de imágenes como
restricciones.
• Algunas técnicas elegantes para la construcción de imágenes usando un lápiz
luminoso.
• La separación del sistema de coordenadas en el cual una imagen es definida
a partir de lo que es desplegado; y
• Operaciones recursivas tales como “mover” y “borrar” aplicadas a las
imágenes definidas jerárquicamente.
En el ámbito del hardware, los CRT utilizados hasta entonces podían trazar
líneas rectas entre dos puntos en la pantalla, pero ya que las líneas dibujadas
se desvanecían en la pantalla, era necesario redibujarlas varias veces por
segundo, lo que solo era posible por medio de dispositivos muy costosos de
hardware. Estos dispositivos se denominaban pantallas de vector, de trazo o
caligráficas. El primer dispositivo de este tipo fue introducido al mercado por
IBM en 1965.
En 1968 Tektronix introdujo un CRT con tubo de almacenamiento que permitía
retener permanentemente un dibujo hasta que el usuario decidiera borrarlo.
Este sistema eliminó la necesidad de utilizar costosos sistemas especiales de
hardware y memoria para redibujado. Aunque su precio era más accesible no
dejaba de ser elevado. Sus modelos 601 y 611 fueron los primeros en su línea
de productos diseñados especialmente para gráficos por computadora. El
primer modelo comercial de Tektronix fue el 4002A con un precio aproximado
de 9000 dólares.
En 1970 un estudiante de nombre Edwin Catmull iniciaba sus estudios en la
Universidad de Utah, inscribiéndose a la clase de gráficos por computadora de
Sutherland. Habiendo crecido con los dibujos animados de Disney, Catmull
amaba la animación aunque rápidamente descubrió que no tenía talento para
dibujar. Pero Catmull, al igual que otros, vio las computadoras como la
evolución natural de la animación y quería ser parte de esa revolución. La
primera animación por computadora que Catmull vio fue de si mismo. El creó
una animación de su mano abriéndose y cerrándose. Se volvió uno de sus
objetivos crear una película entera usando gráficos por computadora. En la
misma clase Fred Parke creó una animación del rostro de su esposa.
Con la presencia de Sutherland que fue reclutado por Dave Evans para el
programa de ciencia computacional en la Universidad de Utah, esta comenzó a
ganar reputación como lugar para la investigación de gráficos computacionales,
de modo que Catmull acudió ahí para aprender sobre gráficos 3D.
De ese modo el laboratorio de gráficos por computadora de la Universidad de
Utah atrajo gente de todas partes, John Warnock fue uno de esos pioneros;
mas tarde fundaría Adobe Systems y crearía una revolución en el mundo de la
publicación con su lenguaje de descripción de páginas PostScript. Tom
Stockham dirigió el grupo de procesamiento de imagen en Utah que trabajó
estrechamente con el laboratorio de gráficos por computadora. Jim Clark
también estuvo ahí; después fundaría Silicon Graphics Inc.
El mayor de los primeros avances en gráficos por computadora
tridimensionales fue creado por esos pioneros, el algoritmo de superficie oculta.
Para dibujar la representación tridimensional de un objeto en la pantalla, la
computadora debe determinar cuales superficies están “detrás” del objeto
desde la perspectiva del observador, y de ese modo serían “escondidas”
cuando la computadora crea (o renderiza) la imagen.
A partir de 1970 se comenzaron a introducir los gráficos por computadora en el
mundo de la televisión. Computer Image Corporation (CIC) desarrollo sistemas
complejos de hardware y software como ANIMAC, SCANIMATE y CAESAR.
Todos esos sistemas funcionaban escaneando una imagen existente, para
después manipularla, aplastándola, estirándola, girándola y haciéndola volar
por la pantalla, etc.… Bell Telephone y CBS Sports fueron unos de los muchos
que empezaron a usar los nuevos gráficos por computadora.
Uno de los mas importantes avances para los gráficos por computadora
apareció en escena en 1971, el microprocesador. Usando tecnología de
circuitos integrados desarrollada en 1959, la electrónica de un procesador de
computadora fue reducida a un único chip, el microprocesador a veces llamado
CPU (Unidad Central de Procesamiento). Una de las primeras
microcomputadoras de escritorio diseñada para uso personal fue la Altair 8800
de Micro Instrumentation Telemetry Systems (MITS). Se entregaba por correo
en forma de kit para armar, la Altair (nombrada como un planeta en la popular
serie Star Trek) se vendía alrededor de los 400 dólares. Tiempo después las
computadoras personales avanzarían hasta punto de permitir la creación de
gráficas computacionales con calidad de película.
Pero el avance de la industria no se limitaba al entretenimiento para el hogar.
El primer videojuego público y comercial de la historia fue el Galaxy Game,
creado por dos estudiantes de la Universidad de Stanford, Hill Pitts y Hugh
Tuck, quienes reprogramaron la versión original del juego Spacewar de
Stephen Russell. La máquina fue instalada en Tresidder Memorial Union, una
tienda dentro del complejo del campus en la Universidad. Oficialmente la primer
máquina de videojuegos para obtener ganancias económicas en ser colocada
en un sitio público y que poseía un mecanismo para recaudar monedas de 5
centavos. Fue arrollador el éxito de la máquina, con colas interminable para
disfrutar del juego por unos minutos.
Tanto en la industria de los videojuegos y entretenimiento como en las
aplicaciones científicas se presentaron avances con gran rapidez. Durante la
década de los 70’s Don Greenberg de la Universidad de Cornell creó un
laboratorio de gráficos por computadora que produjo nuevos métodos de
simulación realista de superficies. El programa de gráficos por computadora de
Cornell es bien conocido por sus trabajos en síntesis de imágenes realistas,
incluyendo el método de radiosidad para el cálculo de iluminación directa e
indirecta en escenas sintéticas. El objetivo del laboratorio a largo plazo es
desarrollar modelos de iluminación basados en física y procedimientos de
renderizado preceptúales que sean visual y cuantificablemente indistinguibles
de imágenes del mundo real. Su trabajo ha generado muchas de las más
notables capacidades de iluminación en el software comercial.
En la conferencia SIGGRAPH de 1980 fue mostrada una impactante película
titulada “Vol Libre”. Se trataba de un vuelo de alta velocidad a través de
montañas fractales generadas por computadora. El programador de nombre
Loren Carpenter de la compañía Boeing en Seattle, Washington había
estudiado y modificado la investigación de Mandelbrot para simular montañas
fractales realistas.
Carpenter había estado trabajando en el departamento de servicios de
cómputo de Boeing desde 1966 y era estudiante en la Universidad de
Washington. Eventualmente trabajó con un grupo en Boeing en un sistema de
dibujo asistido por computadora. Esto finalmente le dio acceso al equipo de
gráficos por computadora. Trabajando ahí con otros empleados, desarrolló
varios algoritmos de renderizado y publicó artículos sobre ellos.
A finales de los 70’s Carpenter había construido modelos en 3D de diseños de
aeroplanos y quería algunos escenarios para usarlos. Así que leyó el libro de
Mandelbrot y de inmediato se decepcionó cuando encontró que las fórmulas no
eran prácticas para lo que el tenía en mente. En esa época se había estrenado
Star Wars y siendo gran fan de la imaginación Carpenter soñó con crear algún
tipo de paisaje extraterrestre. Esto lo condujo a hacerlo realmente; para 1979
tenía una idea de cómo crear un terreno fractal en animación.
Durante un viaje de negocios al estado de Ohio en 1979, Carpenter encontró a
una persona que conocía bastante gente en el campo de los gráficos por
computadora, gente como Ed Catmull. Él le explicó como Catmull había sido
contratado por George Lucas para montar un laboratorio en Lucasfilm.
Carpenter se interesó inmediatamente pero no quería mandar su currículo aún,
porque todavía estaba trabajando en su película de la montaña fractal.
Carpenter continuó trabajando, quería demostrar no solo que esas imágenes
fractales lucían bien, sino que además podían animarse bien. Lo logró después
de resolver varias dificultades técnicas y su película estuvo lista para
presentarse en SIGGRAPH 1980. Quería llamar la atención tanto como fuera
posible ya que deseaba trabajar en Lucasfilm. Al término de la película fue
contratado por la gente de Lucasfilm que era parte de la audiencia. Mas tarde,
en 1981 Carpenter escribió su primer programa de rendering para Lucasfilm,
llamado REYES (Renders Everything You Ever Saw). REYES eventualmente
formaría parte del motor de Renderizado Renderman y actualmente, Carpenter
aún está con Pixar.
En 1986 se formó Pixar cuando la división de gráficos por computadora de
Lucasfilm fue adquirida por Steven Jobs. El equipo pionero de la compañía
formado por John Lasseter, Ed Catmull y Ralph Guggenheim produjo el famoso
software Renderman.
Para 1995 las audiencias de todo el mundo estaban acostumbradas a ver
asombrosos gráficos en películas, pero hubo otra revolución de gráficos, que
comenzó ese año. Sony lanzó al mercado mundial su consola de juegos
Playstation (X). Hasta entonces las llamadas consolas de videojuegos
solamente podían manejar gráficos 2D, pero el Playstation contenía un chip
(además del CPU) de 3D acelerado por hardware capaz de dibujar 360,000
polígonos por segundo.
1996 podrá no ser el año más excitante en el uso de CGI en películas, pero la
industria de los videojuegos experimentó un gran avance en los gráficos 3D
con la salida de Quake de ID Software. 3D acelerado por hardware se convirtió
en la frase de moda y al menos dos fabricantes sacaron al mercado
aceleradores gráficos para PC (Diamond Edge de Diamond Multimedia usando
el procesador NV1 de nVidia, y Virge de S3). Sin embargo los aceleradores de
esta primera generación fueron prácticamente inútiles. Quake nunca los
requirió y aún cuando los usara, los aceleradores ofrecían un pobre
desempeño.
En 1997 la industria de los videojuegos experimentó de nuevo una revolución,
esta vez fue el acelerador 3DFX Voodoo 3D. Este chip 3D aplastó por completo
a la competencia con su increíble y extremadamente práctico desempeño en
3D. Este era el momento de cambio para los gráficos 3D acelerados por
hardware. Después de Voodoo no hubo vuelta atrás. 1997 también vio la
llegada de Quake 2. Los beneficios de un buen acelerador 3D fueron obvios y
el lema fue: “Si quieres jugar juegos geniales, tendrás que comprar un
acelerador 3D”.
1999 fue probablemente el año más excitante para los videojugadores de todo
el mundo. nVidia finalmente logró superar el desempeño de 3DFX en la batalla
de los chips 3D con su procesador TNT2. Ni siquiera la Voodoo 3 podría igualar
al chip TNT2 (y TNT2 Ultra). Pero nVidia no se detuvo ahí. En octubre sacaron
a la venta el primer GPU (Unidad Gráfica de Procesamiento) para consumidor
del mundo, la GeForce256. La GeForce (nombre código nv10) fue la primera
tarjeta 3D que poseía un motor de hardware llamado Transform & Lighting.
Ninguno de los títulos lanzados en 1999 soportaba esta opción con la
excepción de Quake III, el cual salió a la venta en diciembre. La GeForce 256
podía renderizar triángulos con soporte de T&L en hardware, todo esto capaz
de trabajar en conjunto con un rendimiento igual o mayor a 10 millones de
polígonos por segundo.
El año 2000 fue realmente “el año de nVidia“. En diciembre, nVidia adquirió los
activos intelectuales de su alguna vez competidor 3DFX. Este es un buen
recordatorio de que tan rápido cambian las cosas en la industria. ATI se estaba
volviendo fuerte y Matrox había anunciado nuevos productos, pero sobre todos
ellos, claramente nVidia se había convertido en el estándar para el cómputo en
casa. En el 2001 nVidia continuó dominando el mercado con una competencia
ocasional por parte de ATI.
Nintendo lanzó el Gamecube en septiembre de 2001, al igual que el Gameboy
Advance. Pero probablemente el gran evento del 2001 fue el lanzamiento de la
consola Xbox de Microsoft. Con un procesador gráfico desarrollado por nVidia,
disco duro, CPU Intel y más, fue diseñada para ganarles a sus principales
competidores que serían el Playstation 2 y el Gamecube de Nintendo. El
alguna vez tan influyente SEGA había dejado el negocio del hardware y ahora
se concentraba en el software.
El mundo de la cinematografía también se vio beneficiado con estos avances y
se puede ver en películas como Final Fantasy: The Spirits Within, tal vez el
primer intento verdadero por crear humanos realistas en una película
completamente generada por computadora.
Para la película Spider-Man 3 de 2007 Sony Pictures Imageworks (SPI) usó el
software Autodesk Maya para la animación en 3D, el modelado, texturizado y
combinación de movimientos de los personajes y efectos visuales
aproximadamente en 80% de las tomas realizadas por el estudio. Se usó el
sistema de efectos visuales Autodesk Flame para hacer cambios en el rostro
de los personajes y para integrar tomas reales de ellos en ambientes
generados totalmente por computadora. El uso de ese software también fue
decisivo para crear la secuencia extremadamente compleja de Sandman y la
sustancia simbiótica de Venom.
Linea de tiempo
1965 Jack Bresenham nos enseña como dibujar lineas.
1965 Frederic C. Billingsley acuña el termino pixel.
1968 Tektronix, una computadora con CRT, Mouse y
teclado por solo $15000 USD
1969 John Warnock el primer algoritmo de superficies
ocultas.
1969 Primer frame Buffer (Laboratorios Bell)
1972 Nolan Kay Bushnell: videojuego arcade Pong.
1973 John Whitney: Jr. y Gary Demos primera película que
incluye CG (Westworld).
1973 Bui Tuong Phong: modelo de sombreado.
1974 Edwin Catmuff: Mapeo de texturas, y z buffer.
1972 Nolan Kay Bushnell: videojuego arcade Pong.
1973 John Whitney: Jr. y Gary Demos primera película que
incluye CG (Westworld).
1973 Bui Tuong Phong: modelo de sombreado.
1974 Edwin Catmuff: Mapeo de texturas, y z buffer.
1975 Universidad de Utha: curvas de Bezier.
1975 Beinot Mandelbrot: dimensión fractal.
1976 James Blinn: bump mapping.
1977 Steve Wozniak: Apple II.
1982 Película de Disney: Tron, Tom Brighman: Morphing,
John Walkner y Dan Drake: AutoCAD.
1983 Jaron Lanier: DataGlove.
1985 Pixar Animation Studios: Luxo Jr.
1987 IBM: VGA (Video Graphics Array).
1989 Se forma la VESA: Video Electronics Standards
Association, SVGA
1990 Hanrahan and Lawson: Renderman.
1991 Disney y Pixar: La Bella y la Bestia
1992 Silicon Graphics: OpenGL
1993 University of Illinois: Mosaic.
1993 Steven Spilberg: Jurasic Park.
1995 Pixar: Toy Story.
1995 Nvidia: GeForce.
1999 Nvidia: Acuña el término GPU.
2001 Apple: Quartz, para MAC OS 10.0 (Cheeta)
2002 Ati: Radeon
2007 Nvidia: CUDA.
2010 Microsoft: Kinect
ENIAC, una de las primeras computadoras, calculaba densidades de neutrón transversales
para ver si explotaría la bomba de hidrógeno. Los resultados se reportaban por medio de
