Definición. El ordenador es una herramienta imprescindible para generar imágenes

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1 1. Introducción

2 Definición El ordenador es una herramienta imprescindible para generar imágenes Cualquier particular puede utilizar una aplicación gráfica grandes cotas de realismo grandes avances en hardware Definición: Conjunto de técnicas para la producción, almacenamiento y manipulación de imágenes en el ordenador Podemos hacer visible aquello que, de no ser por el ordenador, permanecería invisible

3 Formas de obtener imágenes Producción de imágenes!= Registro o transmisión Imágenes realizadas por el hombre estáticas dinámicas Formas de obtención mediante su registro fotografía cine mediante su construcción pintura, dibujo ordenador

4 Diseño asistido por ordenador Se usan sobre todo en sistemas de ingeniería y arquitectura Se usan mallas de alambre para ver la forma externa y detalles interiores Utilizan un entorno de ventanas, cada una con una vista diferente Permite la interactividad

5 Diseño asistido por ordenador Circuitos, redes de comunicaciones o tuberías de agua se construyen mediante la repetición de formas simples Existe una librería de primitivas para ir combinando Pueden crearse formas nuevas Hay muchos cálculos matemáticos y automáticos La animación en tiempo real permite testear el objeto, viendo el comportamiento de las partes internas durante el movimiento Puede ser en tiempo real o no

6 Fabricación asistida por ordenador Para los vehículos pueden usarse simuladores para testear su funcionamiento casco virtual estereoscópico Podemos mostrar vistas del vehículo trabajando desde cualquier ángulo

7 Diseño asistido por ordenador Una vez terminado el diseño, pueden obtenerse imágenes realistas del producto final Dichas imágenes pueden usarse para catálogos, anuncios, etc.

8 Fabricación asistida por ordenador Las piezas mecánicas se fabrican indicando a las máquinas de control numérico cómo se van a modelar las superficies Una vez terminado el diseño, pueden obtenerse imágenes realistas del producto final

9 Diseño arquitectónico Se usan aplicaciones gráficas para diseñar los planos A partir de éstos, un ingeniero puede trazar la circutería eléctrica, o colocarse la red de tuberías Mucho más sencillo que dibujar el plano a mano Las imágenes permiten estudiar la apariencia antes de ser contruido Pueden crearse paseos simulados por el interior, para apreciar el diseño interior

10 Gráficos de presentación Producción de imágenes para informes En transparencias o en diapositivas Pueden sumarizar datos económicos, científicos, matemáticos Todo tipo de gráficos: tartas, diagramas de barras, y otros mucho más complejos en función del tipo de datos

11 Arte por ordenador Distintos métodos hardware y software: Paleta virtual con sensor de presión Diferentes tipos de pinceles y colores Tabletas de pintura Simulación de técnicas de acuarela, oleo, etc. También existe software matemático orientado al arte

12 Publicidad Cada vez más se usan técnicas gráficas para anuncios publicitarios en prensa o en televisión, logos de programas, etc. La animación se realiza frame by frame La animación se realiza frame by frame

13 Entretenimiento: vídeos musicales

14 Entretenimiento: vídeo-juegos

15 Entretenimiento: vídeo-juegos

16 Entretenimiento: más películas

17 Entretenimiento: y más películas

18 Educación y entrenamiento Modelos generados por ordenador de sistemas físicos, financieros o económicos se usan en educación Sistemas de simulación entrenan a futuros pilotos o marinos, y enseñan a futuros conductores Existen simuladores espaciales, navales, de autoescuela: Puede simular condiciones adversas Permite experimentar con las reacciones del conductor

19 Sistemas de entrenamiento Tienen muchos grados de libertad para dar la mayor sensación de realismo, no sólo visual

20 Visualización científica Científicos, ingenieros, médicos, analistas, necesitan analizar enormes cantidades de datos para estudiar el comportamiento de ciertos procesos Las simulaciones numéricas producen ficheros con miles de valores, los cuales convertidos a una forma visual permiten una interpretación más directa Hay muchos tipos de datos diferentes, y según sus características es mejor un esquema de visualización u otro (escalares, vectores 2D, 3D, 4D, etc).

21 Tratamiento de imágenes El tratamiento de imágenes aplica técnicas para modificar o interpretar fotografías, adquiridas mediante escaner, foto, etc. El resultado puede ser una imagen mejorada o un modelo 3D reconstruido En medicina se usan estas técnicas para estudiar funciones físicas, diseñar miembros artificiales o planificar una operación quirúrgica

22 Realidad virtual

23 Sistemas gráficos interactivos Modelo Aplicación Gráfica Sistema Gráfico El modelo es una representación de los datos u objetos en pantalla, que se almacena en la base de datos gráficas, la cual contiene: Primitivas, que describen la forma de los objetos (puntos, líneas, superficies) Atributos, que describen la apariencia visual (color, opacidad, textura) Relaciones de conectividad La aplicación gráfica crea, almacena y recupera información del modelo gestiona la entrada del usuario Visualiza el modelo, convirtiendo la representación interna de la geometría de la parte del modelo que se quiera, y tranformándola en comandos aceptados por el sistema gráfico El sistema gráfico está formado por rutinas gráficas (es una librería): Produce la imagen a petición de la aplicación, Devuelve las acciones del usuario La principal ventaja de este sistema es que los programadores de las aplicaciones trabajan sobre dispositivos lógicos La tarea del diseñador consiste en espsecificar qué clase de objetos se van a a generar y representar, y de qué forma el usuario va a crear, modificar y visualizar el modelo

24 Sistemas gráficos interactivos La mayoría de los sistemas gráficos están diseñados para poder interactuar con ellos Por ejemplo, un simulador de vuelo genera imágenes, y además permite controlar el vuelo El usuario mueve El ordenador contesta y espera El sistema permite actuar recíprocamente La rapidez del ordenador permite que parezca que actúan simultáneamente Con el ratón podremos girar el objeto y ver su parte posterior El movimiento parece fluido, pero en realidad se mantiene la secuencia anterior Existe una banda de comunicación hombre-máquina más amplia Antes se usaba un proceso por lotes

25 Manejo de la interacción Generar vista inicial del modelo do { Esperar una acción del usuario según (acción del usuario) { Procesar la acción Actualizar el modelo Acualizar la pantalla } } hasta (acción = salir) El procesamiento de una acción puede suponer otros ciclos anidados de igual estructura La acción puede requerir solamente actualizar la pantalla Si se actualiza el modelo, habrá que llamar después al sistema gráfico, bien para regenerar la imagen completa, o bien para actualizar sólo las partes afectadas NOTA: la pantalla es la ventana sobre la que el usuario manipula, no una imagen, sino el modelo que está detrás de ella

26 Características de la creación de imágenes 1. Proporciona al usuario un entorno dinámico Éste puede llamar a las rutinas del programa para transformar una forma construida previamente 2. Rapidez en el trabajo del diseñador Aumento en la velocidad de producción de los diseños 3. Interactividad en el manejo del sistema Las respuestas de la máquina son más inteligibles 4. Capacidad para realizar simulaciones de procesos Paseos virtuales por edificios aún no construidos Ver el comportamiento de un producto antes de su fabricación, con lo cual es innecesaria la creación de prototipos Ejemplo: Entrenamiento en imagen: el atleta experimenta mentalmente una prueba deportiva como si la estuviera viviendo. Permite perfeccionar sus técnicas mediante la simulación del entorno

27 Tecnologías de salida: Pantallas vectoriales Las primeras basadas en el tubo de rayos catódicos (CRT): Cuando los electrones dan en el fósforo, éste se ilumina Las pantallas son curvas para que el rayo incida perpendicularmente El haz de electrones se va desviando para dibujar las líneas que forman la imagen Las líneas se almacenan en orden arbitrario, y en ese orden es en el que se dibujan: barrido aleatorio El fósforo emite luz durante una pequeña fracción de tiempo, por lo que hay que redibujar las líneas frecuentemente Refresco de la imagen > 30 imágenes por segundo para lograr una imagen estable

28 Tecnologías de salida: Pantallas vectoriales La velocidad de refresco depende del número de líneas Están diseñadas para el dibujo de líneas, y no pueden mostrar imágenes escenas coloreadas Tienen mucha resolución, y las líneas son exactas, como en un plotter Las últimas eran capaces de mostrar líneas La definición de la imagen se almacena en memoria como un conjunto de comandos de dibujo, llamado Buffer de Refresco El Controlador de Display interpreta los comandos del buffer y los visualiza Los valores digitales se convierten en voltajes analógicos para el CRT

29 Tecnologías de salida: Pantallas vectoriales Para dibujar la imagen, el sistema procesa los comandos indefinidamente Las primeras (años 60) dibujaban sólo pocos miles de líneas Si hay pocas líneas, el sistema esperará para evitar quemar el fósforo A A A Si existe movimiento en la imagen, las partes fijas se mantienen, y el código de aquello que se mueve se modifica B B B

30 Tecnologías de salida: Pantallas raster Empiezan en los años 70, debido al abaratamiento del hardware Las primitivas que componen la imagen se almacenan en un buffer en forma de pixels Para cada primitiva se calculan los pixels que la forman, y éstos se almacenan en el buffer La imagen completa está formada por líneas horizontales compuestas por pixels (PICture Elements)

31 Tecnologías de salida: Pantallas raster El sistema recorre el buffer por líneas de arriba abajo Para cada pixel, la intensidad del haz se ajusta según su valor La tasa de refresco se mantiene entre 25 y 30 Hz de forma fija (líneas de barrido) El controlador gráfico recibe órdenes de dibujo de primitivas, las convierte a pixels, y las almacena en el Frame Buffer El controlador de vídeo refresca en la pantalla la imagen del Frame Buffer Anteriormente, el controlador gráfico era por software, y el frame buffer era en memoria principal Actualmente, la tarjeta gráfica lo incluye todo

32 Tecnologías de salida: Pantallas raster Ventajas de los sistemas raster: Menor coste que las vectoriales Capaces de representar áreas rellenas mediante colores sólidos o patrones La velocidad de refresco es independiente de la complejidad de la imagen, y por lo tanto nunca hay parpadeo (flickering) Desventajas: Las primitivas (líneas y polígonos) se especifican mediante sus extremos. Eso obliga a calcular qué pixels en el frame buffer las representan mejor (rasterización) Debido a la naturaleza discreta de los pixels, la representación no es exacta (aliasing). La apariencia de la primitiva no es continua Para lograr movimiento en tiempo real, no sólo hay que cambiar los pixels extremos de línea en el buffer (como en los vectoriales) sino todos los pixels interiores Si la CPU es la encargada de todo, no se logra tiempo real

33 Tecnologías de salida: Pantallas raster Los caracteres suelen definirse mediante una malla rectangular También pueden definirse mediante curvas El controlador gráfico es el encargado de convertir el carácter a pixels

34 Tecnologías de salida: Pantallas raster El frame buffer más simple es de 1 bit por pixel (bitplane) Se usaba en los años 60 Sólo se permiten dos colores (blanco/negro, ámbar/negro, verde/negro) Para conseguir más niveles de gris se usan más bitplanes En la década de los 70, las memorias se hicieron más baratas

35 Tecnologías de salida: Pantallas raster Para ahorrar memoria, algunos sistemas usan una tabla intermedia (paleta de grises) Podemos representar cualquier nivel, aunque sólo unos pocos a la vez Existen formato de imagen hoy en día que graban la paleta con la imagen

36 Tecnologías de salida: Pantallas en color Para mostrar imágenes en color se usan combinaciones de fósforos que emitan luz de diferente color La combinación más frecuente es rojo, verde y azul (RGB) En cada posición de pixel existen 3 puntos (1 de cada fósforo) Cada haz de electrones impacta en un punto El color final se obtiene variando la intensidad de cada rayo La combinación de las tres intensidades produce un pequeño punto de luz para cada pixel El ojo mezcla los tres en un solo color resultante

37 Tecnologías de salida: Pantallas en color La configuración más extendida es 24 bits color (1 byte para cada color primario) Esto permite más de 16 millones de colores, más que suficiente para el ojo humano Existe una configuración de 32 bits, pero el cuarto byte se usa para transparencias También existen sistemas con paleta de colores

38 Tecnologías de salida: Pantallas planas Empiezan en los años 90, aunque hasta el 2000 no empiezan a extenderse masivamente Menor volumen y peso, aptos para equipos portátiles (cámaras, PDAs, móviles) Siguen siendo una matriz de pixels, pero dispuestos en una superficie sin apenas curvatura Clasificación: Con retroiluminación: tienen varios tubos de neón tras la pantalla La más conocida son los TFT (Thin Film Transistor) Emisoras de luz: emiten luz por sí mismas La más conocida son los PDP (Plasma Display Panel)

39 Tecnologías de salida: LCD básicas Se usan en dispositivos móviles como calculadoras, cámaras, PDAs, etc. Cada pixel está compuesto de varias capas En el interior hay moléculas de cristal en estado líquido que cambian de orientación Para conseguir colores se añade un filtro más dispuesto en RGB

40 Tecnologías de salida: TFT-LCD Son un tipo particular de LCD que tienen añadido un transistor en cada pixel, que permite mostrar diferentes intensidades Además cada transistor mantiene su estado constante, con lo cual no necesita refrescarse como en los CRT Suelen usarse en televisores, monitores y pantallas de portátiles Características: Resolución en pixels bastante alta No existe parpadeo Pueden producir imágenes borrosas en movimientos rápidos Ideales para conectar al ordenador

41 Tecnologías de salida: PDP Cada pixel se comporta como un pequeño foco fluorescente Contiene un gas (neón, xenón) que al aplicarle voltaje emite radiación Características: Los colores son más nítidos No emiten la misma luz en todos los ángulos La resolución en pixels es inferior Son los que más pulgadas alcanzan Ideales para TV

42 Aspectos ergonómicos de las pantallas planas Tamaño de pantalla: Son más ligeras que el CRT, al no necesitar un volumen grande La imagen no se distorsiona en las esquinas Resolución: Viene dado por el número de pixels físicos que haya en la rejilla Cuando se quiera una resolución inferior, se hace un escalado virtual Pixels muertos: Debido a la complejidad en la fabricación, pueden existir algunos pixels defectuosos Existen categorías estandar de calidad Tiempo de respuesta: El necesario para que un pixel totalmente apagado se encienda completamente Si es alto, se notan estelas en los movimientos

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