Gráficos por computadora
Gráficos por ordenador o computadora, imágenes de dos y tres dimensiones creadas por computadora, que se emplean con fines científicos, artísticos o industriales. También se refiere a la disciplina para generar dichos gráficos. Esta define los gráficos, creados y generados por un ordenador, donde la gestión se basa en una estación gráfica compuesta de elementos materiales como el procesador y la tarjeta gráfica (cuyas potencialidades determinan la rapidez de respuesta y el cálculo de unidades gráficas), las herramientas de adquisición como el digitalizador o la cámara digital, las periféricos de interfaz de usuario como el ratón o la Tablilla gráfica, de medios de almacenamiento como el Disco Duro o las memorias USB y de herramientas de reproducción como la impresora o el monitor del ordenador, de una interfaz de usuario que permita la interacción entre el usuario y el ordenador y finalmente de formatos de almacenamiento y exportación que garantizan el paso entre la imagen renderizada y su representación digital.
El concepto de introdujo en los años 70, donde designaba únicamente los gráficos, que entonces llamábamos gráficos por computadora, tenían la intención de representar en forma de imagen información generalmente estática por medio de diagramas, mapas o esquemas. Pero el concepto de gráfico por computadora se extendió rápidamente a todos los gráficos producidos por medios informáticos.
Sumario
Historia
En 1978 el laboratorio central de Física Aplicada de la Universidad John-Hopkins publica un trabajo que se convertiría en la obra "Matematical elements for computer graphics" de David F. Rogers. Esta devino desde ese momento una de las disciplinas importante tanto para el trazado de línea como en la representación de objetos naturales. La informática gráfica se hizo presente en la gestión, la medicina, la televisión, la industria del espectáculo, los Videojuegos, la industria fílmica, y asi en todas las disciplinas científicas, matemáticas, aeronáuticas, mecánicas y otras muchas esferas del conocimiento.
La disciplina originalmente se relacionó mucho a las técnicas de Tratamiendo de Imágenes (escaneo de tramas, gestion de ventanas, algoritmos de rellenado y eliminación de partes ocultas, compresión, texturizado, sombreado, color). Su evolución no puede comprenderse sino con el análisis de su producción digital, tanto dentro del tratamiento estático o dinámico(animaciones) dentro de sus resultados.
Al comienzo de los años 90, casi todas las herramientas técnicas estaban preparadas para ser utilizadas por los diseñadores gráficos y dibujantes. Los nuevos artistas digitales se fueron apropiando de esta disciplina antes reservada para los ingenieros creadores de estas herramientas.
Tipos de Gráficos
Existen diferentes tipos de gráficos.
Graficos en 2D
Los graficos en 2D son la generación basada en computadora de imágenes digitales, principalmente de modelos geométricos e imágenes digitalizadas. Éste término con frecuencia se usa para referirnos a la rama de la informática que estudia dichas técnicas.
Graficos rasterizados
Son los gráficos dentro del conjunto de los gráficos 2D que están determinados únicamente por los Pixel que describen los colores de cada punto de la imagen y si es aplicable la transparencia de cada uno. Esta característica determina también el tipo de almacenamiento.
Gráficos vectoriales
Son los gráficos dentro del conjunto de los gráficos 2D que están determinados por primitivas geométricas parametrizadas y operaciones que las combinan para lograr composiciones complejas.
Graficos 3D
Los gráficos tridimensionales en contraste con los gráficos bidimensionales son gráficos que usan una representación tridimensional de los datos geométricos que los conforman.
Dicha información se utiliza al final del proceso de renderización para representar esos objetos 3D en 2 dimensiones y así puedan ser percibidos usando un monitor o impresora. Existen otras diferencias con respecto al modelo bidimensional, los gráficos 3D no son gráficos hasta que no son proyectados en 2 dimensiones por medio de transformaciónes matemáticas.
¿Cómo funcionan?
Antes de mostrar la imagen por pantalla, ésta debe encontrarse en la memoria del ordenador. La ventaja de guardar la imagen en memoria es que se pueden aplicar diversas técnicas matemáticas para modificar la información correspondiente a cada píxel.
Representación de colores
Existen varios sistemas para que las computadoras almacenen y manipulen colores. El sistema RGB(siglas en inglés de red-green-blue, 'rojo-verde-azul') permite guardar los colores representándolos como una combinación de tres números. Otros sistemas pueden representar otras propiedades del color, como por ejemplo el matiz (frecuencia de la luz), la saturación (la intensidad cromática) y el brillo.
Si se emplea un byte de memoria para almacenar cada componente de color en un sistema de tres colores, pueden representarse más de 16 millones de combinaciones cromáticas.
Aliasing
Los pantallas de los ordenadores son esencialmente rejillas de cuadrados coloreados, esto obliga a que las líneas diagonales se representen con un aspecto escalonado. El aspecto escalonado de las líneas no da la impresión de que se trate de líneas rectas. Para reducir este efecto se puede calcular lo cerca que está cada píxel de la línea ideal de la imagen dibujada y basar el color del píxel en su distancia a dicha línea. Por ejemplo, si el píxel está directamente sobre la línea, recibe el color más oscuro, y si sólo está parcialmente alineado, recibe un color más claro. Este proceso suaviza eficazmente la línea.
Generación de Gráficos 3D
La generación de gráficos 3D consta de varias facetas.
Modelado
El primer paso es la creación de objetos en 3D. La superficie de un objeto, por ejemplo una esfera, se representa como una serie de superficies curvas o como polígonos, generalmente triángulos. Los puntos de la superficie del objeto, llamados vértices, se representan en el ordenador por sus coordenadas espaciales. También hay que especificar otras características del modelo, como el color y la dirección perpendicular a la superficie (la llamada normal) en cada vértice. Como los polígonos no proporcionan superficies suaves, los modelos detallados exigen un número enormemente elevado de polígonos para crear una imagen con aspecto natural.
Iluminación
Para lograr realismo en un modelo 3D los objetos deben ser iluminados y sombreados. La información del sombreado se calcula para cada vértice a partir del lugar y el color de la luz en la escena generada por ordenador, de la orientación de cada superficie, del color y otras propiedades de la superficie del objeto en ese vértice, y de los posibles efectos atmosféricos que rodean el objeto, como por ejemplo niebla.
Los gráficos por hardware suelen emplear el sombreado de Gouraud, que calcula la iluminación en los vértices de la primitiva e interpola los colores a lo largo de la superficie para que el objeto tenga un aspecto más realista. El sombreado de Phong representa los brillos variando la iluminación y los colores en la dirección perpendicular a la superficie en cada vértice (la normal) y calcula la iluminación en cada píxel. Esto proporciona una mejor aproximación de la superficie pero exige más cálculos.
Texturización
El método más común es la aplicación de texturas, que aplica una imagen a la superficie de un objeto como si fuera papel pintado. Por ejemplo, es posible aplicar un dibujo de ladrillos a una esfera. En este proceso, el aspecto del objeto al ser iluminado sólo se ve afectado por la forma del objeto, no por las características de la textura (como los bordes rectangulares y los intersticios de los ladrillos): la esfera sigue apareciendo lisa.
Otra técnica, llamada aplicación de bultos, proporciona una visión más realista al crear brillos para que la superficie parezca más compleja. La aplicación de bultos no afecta al aspecto de la silueta de la imagen, que sigue siendo la de la forma básica del modelo.
Mezcla(z-buffer)
Después de que el proceso de sombreado haya producido un color para cada píxel de la primitiva, el último paso del plasmado es introducir ese color en la memoria intermedia de cuadros. Frecuentemente se emplea una técnica conocida como separación en el eje Z (z-buffer) para determinar cuál es la primitiva más cercana a la situación y ángulo de visión de la escena, con el fin de garantizar que no se dibujen los objetos situados detrás de otros. Por último, si la superficie que se está dibujando es semitransparente, el color del objeto frontal se mezcla con el del objeto que hay detrás.
En la Industria
En la industria de la informática los gráficos han jugado un papel principal. Los gráficos por ordenador han hecho que las computadoras sean más fáciles de usar: las interfaces gráficas de usuario (GUI, siglas en inglés) permiten a los usuarios de ordenadores seleccionar imágenes para ejecutar órdenes, lo que elimina la necesidad de memorizar instrucciones complicadas.
Nombres notables
- Pierre Bézier, descubre las curvas que llevan su nombre
- Paul de Casteljau, descubre el algoritmo de cálculo de las curvas de Bézier
- Henri Gouraud, descubre el popular algoritmo de sombreado que lleva su nombre
- Jack E. Bresenham por sus algoritmos de trazado de segmentos y círculos basados en operaciones enteras.
- Bui Tuong Phong, creador del algoritmo de sombreado que lleva su nombre; una versión mejorada del mismo está incluida en la librería OpenGL.
