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Gràfics per Computador 2004/2005 Tema 1. Introducción 1

Tema 1Tema 1

Tema 1. Introducción1.1 Gráficos e informática1.2 Ventajas de los gráficos interactivos1.3 Aplicaciones de los gráficos en informática1.4 Dispositivos característicos1.5 Formatos de almacenamiento1.6 El proceso de visualización


1.1 Gráficos e informática

• Prehistoria– Whirlwind: Sistema defensivo de radar (1951). Origen de los gráficos por

computador.– DAC-1: IBM & General Motors, sistema de representación 3D de un

automóvil.• Avances en los 60

– Skechpad: Ivan Sutherland, considerado el padre de la I.G., crea un programa interactivo de dibujo.(1961)

– SpaceWar: Steve Russell (MIT) diseña el primer vídeojuego sobre un DEC PDP-11. (1961)

– Primeros cortos de animación para simulación de efectos físicos (gravedad, movimiento, etc.) (1963)

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– Sutherland (MIT) inventa el primer casco de visualización estereoscópica (1966)

– Primer algoritmo de superficies ocultas, Catmull y otros en la Universidad de Utah. Finales de los 60.

– El mismo equipo empieza a interesarse por el realismo mediante sombreado de superficies con color.

• Avances en los 70– Introducción de los gráficos por computador en la televisión en

manipulación de imagen.– Gouraud presenta su famoso método para el suavizado de superficies

poligonales.(1971)– Comercialización del microprocesador (1971)– Fundación de Atari, empresa impulsora de los videojuegos (1972).



– Primeros intentos de introducción de la I.G. en el cine.

– Newell en la U. de Utah crea la famosa tetera, banco de pruebas hasta nuestros días.

– Comienzo de las texturas y Z-Buffer: tesis de Catmullen el 74.

– Phong desarrolla su método de suavizado de superficies poligonales (1974).

– 1975 Baum y Wozniak crean Apple en un garaje.– Gates funda Microsoft (1975).– Lucasfilm crea la división de gráficos por computador

con los mejores talentos del momento (1979).


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• Avances en los 80– Popularización del SIGGRAPH como el evento anual más

importante en el área.– Whitted publica un articulo sobre la técnica del trazado de

rayos. 1980.– Carpenter, en Lucasfilm, construye el primer motor de

rendering: el REYES, precursor del Renderman.(1981)– Realización de la película TRON de Lisberger y Kushner en la

Disney (principios de los 80)– Venta masiva de terminales gráficas: IBM, Tektronix.– Aparece el primer estándar ISO y ANSI como norma de

construcción de librerías gráficas: el GKS.– IBM crea el Personal Computer PC.



• Avances en los 90 y actualidad– Aparición del sistema operativo basado en ventanas para PC

(Windows 3.0 en 1990).– Aparición de 3D-Studio de Autodesk (1990).– Utilización masiva del ordenador para la creación de efectos

especiales: Terminator 2 (1991), Disney-Pixar (Toy Story, Bichos, Monstruos S.A.), Forrest Gump, Parque Jurásico, El Señor de los Anillos, Episodios I, II y III de Star Wars etc.

– Gran auge de Internet y aplicaciones 2D y 3D para la red.– Aceleradoras gráficas 3D para PC (Voodoo, Nvidia Gforce

etc.). Imparable evolución de los juegos 3D.– Realidad Virtual. Una realidad.– Actualmente: imprescindible en todas las aplicaciones.


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• Mejor reconocimiento de la información• Mayor densidad de información• Relaciones entre objetos (interactividad)• Uso del color• Mayor productividad (eficiencia, costes de utilización)

1.2 Ventajas de los gráficos interactivos


1.3 Aplicaciones de los gráficos en informática

• Diseño asistido por computador– CAD: (Computer Aided Design)

• Herramientas gráficas que permiten diseñar prototipos y evaluarlos antes de construirlos

– Áreas importantes• Diseño industrial• Arquitectura• Circuitería eléctrica• Circuitos impresos e integrados

– Técnica habitual• Diseño basado en primitivas constructivas,

superficies curvas, etc.– Otras posibilidades

• Realidad virtual, presentación realista, sugerencias constructivas, análisis del diseño, conexión con el sistema de fabricación (CAM)

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• Gráficos de presentación– Uso de los gráficos para producción de

ilustraciones de soporte a informes y trabajos

– Áreas de mayor uso• Economía• Estadística • Matemáticas• Administración y gestión

– Técnicas principales• Gráficos de línea• Gráficos de barra• Gráficos de tarta• Superficies 3D

ComidasTransporte

Alojamiento

Ene

Feb

Mar

Abr

MayJun

0

5

10

15

20

25

30 Ene

Feb

Mar

Abr

May

Jun

EneFebMarAbrMayJun



• Creaciones artísticas– En este campo se producen imágenes

con un fin artístico o comercial• Diseño de logotipos• Bellas Artes• Animaciones publicitarias

– Técnicas y software• Programas tipo “PhotoShop”,

“CorelDraw”, “Freehand” ...• Programas de soporte a la

animación• Técnicas de tratamiento de

imagen• Técnicas de “rendering”

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• Entretenimiento– Áreas

• Cine: (Tron, Toy Story, etc.)• Televisión (Cortinillas, cabeceras,

etc.)• Juegos por computador

– Técnicas• Animación• Visualización realista• Efectos especiales (Ej. morphing)• Interactividad



• Simulación y entrenamiento– Áreas

• Simulación de conducción– Simuladores de vuelo, de automóviles

• Simulación de procesos– Paneles de procesos industriales

• Entrenamiento– Montaje y operación de equipos, medicina

• Enseñanza– Infantil

– Técnicas• Tiempo real, Interactividad

– Equipamiento• Equipamiento específico (Ej. Simuladores de vuelo)

– Nuevas técnicas • realidad virtual

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• Visualización científica y médica– Visualización gráfica de gran cantidad de

datos– Áreas

• Medicina (Ej. Resonancias)• Ingeniería (Ej. Esfuerzos en

mecanismos) • Física (Ej. Campos)• Química (Ej. Interacción molecular)• Matemáticas (Ej. Solución a

ecuaciones)• Topografía y oceanografía (Ej. Terrenos

y corrientes)– Técnicas

• Codificación por color• Curvas de nivel• Visualización de volúmenes

Gràfics per Computador 2004/2005 Tema 1. Introducción 14Gràfics per Computador

1.4 Dispositivos característicos: salida

Con

ecto

res

CañónRejilla

EnfoqueDeflexiónvertical

Deflexiónhorizontal

Rayo

Fósf

oro

• Características de los CRT (Tubos de rayos catódicos)– El cañón emite electrones (cátodo).– La intensidad del rayo se controla con la rejilla.– El enfoque hace que los electrones describan una trayectoria convergente.– La deflexión hace apuntar el rayo a un punto de la pantalla.– El rayo impacta contra el fósforo que emite luz.– La emisión del fósforo decae rápidamente (refresco)

Terminal gráfica: monitor + controlador + memoria

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• Terminales vectoriales

• Terminales de barrido– La pantalla está compuesta por pixels (puntos

iluminables)– El rayo recorre la pantalla de izquierda a

derecha y de arriba a abajo iluminando pixels– La imagen se almacena en la memoria de

vídeo o refresco (frame-buffer)– El frame-buffer y los píxels en pantalla se

recorren simultáneamente convirtiendo la codificación digital del color en intensidades de los rayos

– Consideraciones– Resolución Dimensiones en pixels– Aliasing– Frecuencia de barrido constante– Posibilidad de color (n bits por píxel => 2n colores)– Diferencias entre modos de color de alta densidad

(16bits/pixel) y color verdadero (24bits/pixel) con modos paleta



Rayo

Pixel

Pantalla


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1

1

RegistroCRT

Raster

Frame Buffer

Registros

CRTRaster

10

10

00

Frame Buffer

3Blue

GreenRed

Dispositivo Gráfico Raster CRT con Frame Buffer B/N de un plano de 1 bit

Frame Buffer de color simple



Monitores de cristal líquido (LCD)

•Los cristales líquidos son sustancias que exhiben propiedades de líquidos y sólidos

•Cuando la luz pasa a través de un LC sigue el alineamiento de sus moléculas

•Si se les aplica voltaje cambia el alineamiento de sus moléculas y consecuentemente la forma en la que la luz lo atraviesa

•Los displays se forman como paneles de LC (entre dos filtros polarizadores) y una luz trasera (normalmente un cátodo frío)

•Tecnologías más usadas: DSTN (dual-scan twisted nematic) y TFT (thin film transistor)

•TFT: una matriz extra de transistores (1 por cada color, RGB, de cada píxel) y que permiten mayor rapidez (evita ghosting), luz y contraste

•Ventajas respecto a CRT: refrescos más bajos (sentido únicamente para animación), menor consumo, menor espacio

•Inconvenientes respecto a CRT: resoluciones fijas, menor ángulo de visión.

•Otras tecnologías: plasma (voltajes altos a gases de baja presión (xenón) que pasan al gas de estado gaseoso a plasma produciendo luz)


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•Relacionados con realidad virtual y entornos inmersivos: gafas y cascos esteroscópicos (E/S), caves.

•Dispositivos de impresión: impresoras y plotters.


1.4 Dispositivos característicos: entrada

•Teclado, ratón

•Trackball, tableta digitalizadora, lápiz óptico

•Digitalizadores 3D, joysticks (2D y 3D)

•Guantes 3D, sistemas de captura de movimiento

•Sistemas específicos (simulador de avión, automóviles etc.)

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2.5 Formatos de almacenamiento

Representación• Vectorial• Mapa de bits (bitmap)

Definiciones• Representación bitmap

• La imagen se descompone en píxels. El valor de cada uno de ellos se guarda individualmente.

• Es de fácil implementación y funciona, con limitaciones (considerar aliasing), con cualquier tipo de imagen.

• Representación vectorial• Las imágenes se representan mediante formas geométricas (líneas, círculos,

curvas etc.)• Se almacenan los parámetros que definen las formas geométricas

Aplicaciones• Bitmaps: Variaciones complejas de color, como fotografías e imágenes

reales o de difícil vectorización.• Vectores: Dibujo lineal, CAD, imágenes con formas y coloraciones simples.


2.5 Formatos de almacenamiento

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1.6 El proceso de visualización

Aplicación gráfica=

Hardware (dispositivos gráficos + computador) +

Software (modelo + programa + paquete gráfico)

–Modelo: datos referentes a los objetos•Geometría, propiedades (color, material, textura, etc.), estructuras jerárquicas, etc.

–Núcleo o programa: maneja la información del modelo

•Añadir, modificar y borrar datos, tratamiento de las acciones del usuario

–Paquete o sistema gráfico: interfaz entreel programa y el hardware

•Salida: visualización de los datos en pantalla•Entrada: interacción con el usuario



•El proceso de síntesis de una imagen (proceso de visualización) es el conjunto de operaciones (en 3D y en 2D) sobre un modelo informático de datos que resultan en una representación gráfica del mismo en un dispositivo físico de representación

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Recorridode la

escena

Transformacióndel modelo

Transformaciónde la vista Recortado

ProyecciónEliminación decaras ocultas

Iluminación

Conversiónal raster

Muestra en pantalla

Transformacióndel dispositivo

Proceso de visualización 3D



Proceso de visualización 2D

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