INDICE 1. Introducción: Graficación por Computador 2. Programación en el Paquete SRGP 3. Algoritmos Básicos de Gráficos de Barrido para Dibujar

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1 INDICE 1. Introducción: Graficación por Computador Algunas aplicaciones de la graficación por computador Breve historia de la graficación por computadora Tecnología de salida Tecnología de entrada Trasportabilidad de software y estándares para gráficos Ventajas de la graficación interactiva Marco conceptual para la graficación interactiva 17 Resumen 21 Ejercicios Programación en el Paquete SRGP Dibujo con SRGP Especificación de primitivas gráficas Atributos Primitivas rellenadas y sus atributos Almacenamiento y recuperación de atributos Texto Manejo Básico de la Interacción Factores humanos Dispositivos lógicos de entrada Muestreo y procesamiento dirigido por eventos Modo de muestreo Modo de eventos Correlación de selección para el manejo de interacción Determinación de medidas y atributos de dispositivos Características de los Gráficos de Barrido Lienzos Rectángulos de recorte La operación SRGP_ copypixel Modo de escritura u operación de barrido Limitaciones de SRGP Sistema de coordenadas de aplicación Almacenamiento de primitivas para reespecificación 68 Resumen 70 Ejercicios 71 Proyecto de Programación Algoritmos Básicos de Gráficos de Barrido para Dibujar 75 Primitivas Bidimensionales 3.1. Esquema General Implicaciones de la arquitectura del sistema de presentación El ducto de salida en software Discretización de Líneas Algoritmo incremental básico Algoritmo de línea de punto medio Aspectos adicionales Discretización de círculos Simetría de ocho lados 92

2 Algoritmo de círculo de punto medio Rellenado de rectángulos Rellenado de polígonos Aristas horizontales Astillas Coherencia de aristas y algoritmo de línea de rastreo Rellenado con patrones Rellenado con patrones usando discretización Rellenado con patrones sin discretización repetida Primitivas Gruesas Duplicación de pixeles El pincel móvil Recortes en un mundo de barrido de trama Recorte de líneas Recorte de puntos extremos Recorte de líneas mediante la resolución de ecuaciones 117 simultáneas Algoritmo de recorte de líneas de Cohen Suthgerland Algoritmo paramétrico de recorte de líneas Recorte de círculos Recorte de polígonos Algoritmo de recorte de polígonos de Sutherland Hodgman Generación de Caracteres Definición y recorte de caracteres Implantación de una primitiva de salida de texto SRGP _ CopyPixel Eliminación de artefactos de discretización (antialiasing) Aumento de la resolución Muestreo de área no ponderada Muestreo de área ponderada Temas avanzados 143 Resumen 144 Ejercicios Hardware Gráfica Tecnología de impresión Tecnologías de pantallas Sistemas de presentación por barrido de trama Sistema sencillo de pantalla de barrido Sistema de presentación por barrido con procesador periférico de 167 dibujo Funcionalidad adicional de procesador de dibujo Sistema de dibujo de barrido con procesador de dibujo integrado Controlador de vídeo Mezclado de vídeo Dispositivos de entrada para la interacción con el operador Dispositivos localizadores Dispositivos de teclado Dispositivos valuadores Dispositivos de opciones 181

3 4.6. Digitalización de imágenes 181 Ejercicios Transformaciones Geométricas Aspectos matemáticos preliminares Los vectores y sus propiedades Producto punto de vectores Propiedades del producto punto Matrices Multiplicación de matrices Determinantes Transpuesta de una matriz Inversa de una matriz Transformaciones bidimensionales Coordenadas homogéneas y representación matricial de 196 transformaciones bidimensionales 5.4. Composición de transformaciones bidimensionales Transformación ventana área de vista Eficiencia Representación matricial de transformaciones tridimensionales Composición de transformaciones tridimensionales Las transformaciones como un cambio en el sistema de 215 coordenadas Ejercicios Vista Tridimensional La cámara sintética y los pasos en la vista tridimensional Proyecciones Proyecciones de perspectivas Proyecciones paralelas Especificación de una vista tridimensional arbitraria Ejemplos de vista tridimensional Proyecciones de perspectivas Proyecciones paralelas Volúmenes de vista finitos Las matemáticas de las proyecciones geométricas planas Implantación de proyecciones geométricas planas El caso de la proyección paralela El caso de la proyección de perspectiva Recortes con respecto a un volumen de vista canónico en tres 258 dimensiones Recortes en coordenadas homogéneas Correspondencia a un área de vista Resumen de implantación Sistemas de coordenadas 266 Ejercicios Jerarquía de Objetos y Simple (SPHIGS) Modelado geométrico Modelos geométricos Jerarquía en modelos geométricos Relación entre modelo, el programa de aplicación y el sistema 279

4 gráfico 7.2. Características de los Paquetes gráficos de modo retenido El almacenamiento central de estructuras y sus ventajas Limitaciones de los paquetes de modo retenido Definición y Presentación de Estructuras Apertura y cierre de estructuras Especificación de primitivas de salida y sus atributos Colocación de estructuras para recorrido de presentación Vista Aplicaciones gráficas que comparten una pantalla a través de la 292 administración de ventanas 7.4. Transformaciones de modelado Redes de estructuras jerárquicas Jerarquía de dos niveles Jerarquía simple de tres niveles Construcción ascendente (bottom - up) del robot Programas interactivos de modelado Composición de matrices en el recorrido de presentación Manejo de atributos de apariencia en la jerarquía Reglas de herencia Atributos de SPHIGS y texto no afectados por las 313 transformaciones 7.8. Actualización de pantalla y modos de presentación Edición de redes de estructura para obtener efectos dinámicos Acceso a elementos por medio de índices y etiquetas Operaciones de edición dentro de la estructura Bloques de ejemplares para facilitar la edición Control de la regeneración automática de la imagen en pantalla Interacción Localizador Correlación de selección Temas Avanzados Características de salida adicionales Aspectos de implantación Optimización de la presentación de modelos jerárquicos Limitaciones del modelo jerárquico en PHIGS Formas alternativas de modelado jerárquico Otros estándares (industriales) 333 Resumen 334 Ejercicios Dispositivos de Entrada, Técnicas de Interacción y Tareas de 337 Interacción 8.1. Hardware de Interacción Dispositivos localizadores Dispositivos de teclado Dispositivos valuadores Dispositivos de opción Otros dispositivos Dispositivos de interacción tridimensional 342

5 8.2. Tareas de Interacción Básicas Tarea de interacción para posicionamiento Tarea de interacción para selección: conjunto de opciones de 346 tamaño variable Tarea de interacción para selección: conjunto de opciones de 349 tamaño relativamente fijo tarea de interacción para texto Tarea de interacción para cuantificación Tareas de interacción tridimensional Tareas de interacción compuestas Recuadros de diálogo Técnicas de construcción Manipulación dinámica Conjuntos de herramientas para técnicas de interacción 361 Resumen 362 Ejercicio Representación de Curvas y Superficies Mallas Poligonales Representación de mallas poligonales Ecuaciones de planos Curvas Cúbicas Paramétricas Características básicas Curvas de Hermite Curvas de Bézier B splines uniformes, no racionales B splines no uniformes, no racionales Segmentos de curva polinomial cúbica racional, no uniforme Ajuste de curvas a puntos digitalizados Comparación de las curvas cúbicas Superficies Bicúbicas Paramétricas Superficies de Hermite Superficies de Bézier Superficies B spline Normales a superficies Dibujo de superficies bicúbicas Superficies cuádricas Técnicas de modelado especializado modelos fractales Modelos gramaticales 410 Resumen 414 Ejercicios Modelos de Sólido Representación de sólidos Operaciones regularizadas de conjuntos booleanos Generación de ejemplares de primitivas Representaciones de barrido Representaciones de fronteras Poliedros y fórmulas de Euler Operaciones de conjuntos booleanos 429

6 10.6. Representaciones de partición especial Descomposición en celdas Enumeración de ocupación espacial Árboles de octantes Árboles binarios de partición de espacio Geometría sólida constructiva Comparación de representaciones Interfaces con el usuario para el modelado de sólidos 443 Resumen 443 Ejercicios Luz Acromática y Cromática Luz acromática Selección de intensidades Aproximación por medios tonos Luz cromática Modelos de Colores para Gráficos de Trama Modelo de colores RGB Modelo de colores CMY Modelo de colores YIQ Modelo de colores HSV Especificación interactiva del color Interpolación en el espacio de colores Utilización del color en la graficación por computador 473 Resumen 476 Ejercicios Búsqueda de4l Realismo Visual Por qué el realismo? Dificultades fundamentales Técnicas de generación para dibujos de línea Vistas ortográficas múltiples Proyecciones de perspectivas Indicadores de profundidad Recortes de profundidad Modelado de superficies curvas Iluminación y sombreado mejorados Textura Sombras Transparencia y reflexión Modelos de cámara mejorados Modelos de objetos mejorados Dinámica y animación El valor del movimiento Animación Estereoptica Pantallas mejoradas Interacción con nuestro otros sentidos 497 Resumen 497 Ejercicios 498

7 13. Determinación de Superficies Visibles Técnicas para algoritmos eficientes de superficie visibles Coherencia Transformación de perspectiva Extensiones y volúmenes acotantes Eliminación de caras posteriores Participación especial Jerarquía Algoritmo de z buffer (memoria de profundidad) Algoritmos de línea de barrido Traza de rayos en superficies visibles Cálculo de intersecciones Consideraciones de eficiencia para la traza de rayos en 524 superficiers visibles Otros Métodos Algoritmos de prioridad de listas Algoritmos de subdivisión de área Algoritmos para superficies curvas 533 Resumen 535 Ejercicios Iluminación y Sombreado Modelos de iluminación Luz ambiental Reflexión difusa Atenuación atmosférica Reflexión especular Mejora del modelo de fuente luminosa puntual Fuentes luminosas múltiples Modelos de iluminación físicos Modelos de sombreado para polígonos Sombreado constante Sombreado interpalado Sombreado de malla poligonal Sombreado de Gouraud Sombreado de Phong Problemas con el sombreado interpolado Detalle de Superficie Polígonos de detalle de superficie Correspondencia de texturas Correspondencia de protuberancias Otros métodos Sombras Generación de sombras por línea de barrido Volúmenes de sombra Transparencia Transparencia no refractiva Transparencia refractiva Algoritmos de iluminación global 577

8 14.7. Traza de rayos recursivo Métodos de radiosidad Ecuación de radiosidad Cálculo de factores de forma Refinamiento progresivo Ducto de generación (rendering) Ductos de iluminación local Ductos de iluminación global Refinamiento progresivo 595 Resumen 595 Ejercicios 595 Apéndice. Versión original en inglés de las codificaciones de SRGP y 597 PHIGS Bibliografía 607 Vocabulario técnico bilingüe 625 Índice de materias 637