(imágenes por computadora) - departamento de...
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Dpto. de InformáticaFac. Cs. Físico-Mat. y Nat.
Universidad Nacional De San LuisArgentina
Copyright 2000 Gooch & Gooch Non Photorealistic Rendering
(Imágenes por Computadora)
Computer ImageryComputer Imagery
Dpto. de Informática 2 - Roberto Guerrero @ 2015
Introducción / Dispositivos GráficosIntroducción / Dispositivos Gráficos
IntroducciónIntroducción
En las últimas décadas la representación de la información en una pantalla de computadora ha adquirido gran importancia.
Se pretende que el usuario infiera información a través de la simple observación de la pantalla.
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Introducción / Dispositivos GráficosIntroducción / Dispositivos Gráficos
Precepto
“Una imagen es mejor que miles de palabras, y mas aún si se considera que la información transportada por la
misma puede tomar formas muy diferentes.”
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Introducción / Dispositivos GráficosIntroducción / Dispositivos Gráficos
¿A que se hace referencia con la palabra imagen? ¿Qué es una imagen? ¿Cómo se genera una imagen?
Preguntas
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Introducción / Dispositivos GráficosIntroducción / Dispositivos Gráficos
“Una imagen es algo intermedio entre una idea y un objeto.”
(Samuel Taylor Coleridge)
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Introducción / Dispositivos GráficosIntroducción / Dispositivos Gráficos
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Introducción / Dispositivos GráficosIntroducción / Dispositivos Gráficos
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Introducción / Dispositivos GráficosIntroducción / Dispositivos Gráficos
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Introducción / Dispositivos GráficosIntroducción / Dispositivos Gráficos
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Introducción / Dispositivos GráficosIntroducción / Dispositivos Gráficos
Cómo se obtienen las imágenes?
Capturadas: imágenes que provienen del “mundo real” las imágenes deben ser “capturadas” o digitizadas
(convertidas en información digital en lugar de señales analógicas). El método de digitalización está determinado parcialmente por el origen de la imagen.
Sintetizadas: imágenes que son creadas (involucra alguna herramienta, entre ellas una computadora).
Involucra una amplia variedad de técnicas las cuales se pueden organizar en dos grandes categorías:
Realidad
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Introducción / Dispositivos GráficosIntroducción / Dispositivos Gráficos
Un poco de Historia …
En 1960 William Fetter inventa el término “Computación Gráfica” para describir un nuevo método de diseño que estaba investigando en la empresa Boeing.
Con un plotter, crea una serie de imágenes del diseño de unacabina de avión, usando el modelo 3D de un cuerpo humano.
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Introducción / Dispositivos GráficosIntroducción / Dispositivos Gráficos
Él pretende hacer referencia a la creación, almacenamiento y manipulación de modelos de objetos e imágenes.
Tales modelos pueden provenir de diversos campos: matemáticos, físicos, biológicos y abstractos.
Cuadro de una animación de William Latham (SIGGRAPH 1992). Latham utiliza reglas que gobiernan los patrones de formas naturales para crear su obra de arte.
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Introducción / Dispositivos GráficosIntroducción / Dispositivos Gráficos
Hasta ese momento, entrada: vía tarjetas perforadas, todo en modo por lotes (batch),salida de información: vía plotters/impresoras.
Batch (1950 – hoy)
IBM 704
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Introducción / Dispositivos GráficosIntroducción / Dispositivos Gráficos
En 1963 Ivan Sutherland en el MIT crea Sketchpad, como trabajo de tesis doctoral.
Objetivo: permitir que el usuario controle el contenido, la estructura y apariencia de los objetos y sus imágenes mediante un rápido reconocimiento visual.
Crea el primer Sistema Gráfico Interactivo.
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Introducción / Dispositivos GráficosIntroducción / Dispositivos Gráficos
Los componentes de un Sistema Gráfico Interactivo básico: Entrada (mouse, lápiz, tabla de digitalización, scanner ) Procesamiento (y almacenamiento) Salida/muestra (pantalla, impresora de papel, video grabador)
Sketchpad en 1963. Observe el uso de un monitor de Rayos Catódicos, un lápiz de luz y un panel de teclas de función.
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Introducción / Dispositivos GráficosIntroducción / Dispositivos Gráficos
Estructura Conceptual de SGI
Esta estructura antigua … pero aún subsiste y domina.
Las imágenes son cada vez más, un medio para un fin específico.
Se refuerza la interacción del usuario en la modificación del modelo y las imágenes.
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Introducción / Dispositivos GráficosIntroducción / Dispositivos Gráficos
¿A que se hace referencia con la palabra imagen? ¿Qué es una imagen? ¿Cómo se genera una imagen?
Preguntas
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Introducción / Dispositivos GráficosIntroducción / Dispositivos Gráficos
El dispositivo más común.
Botella de vacío.
Cañón de electrones / capa de fósforo.
Electrones atraídos hacia un cilindro ánodo conformando un rayo.
Elementos deflectores del rayo (vertical/horizontal).
El rayo de electrones impacta en la capa de fósforo y lo calienta.
Hardware de Visualización (Display Gráfico)
Tubo de Rayos Catódicos (CRT)
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Introducción / Dispositivos GráficosIntroducción / Dispositivos Gráficos
Visualización Analógica
Osciloscopio. También llamado trazador aleatorio.
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Introducción / Dispositivos GráficosIntroducción / Dispositivos Gráficos
Visualización Analógica(Display Vectorial)
Osciloscopio mejorado (Sutherland).También llamado display caligráfico, o vectorial.
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Introducción / Dispositivos GráficosIntroducción / Dispositivos Gráficos
Dispositivo trabaja con un archivo/lista de acciones almacenadas en memoria. El Controlador de Display dibuja todos los vectores a una frecuencia < 60 Hz.
Problemas de parpadeo.
Arquitectura Vectorial
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Introducción / Dispositivos GráficosIntroducción / Dispositivos Gráficos
La luz puede pensarse como una onda electromagnética, en lugar de rayo.
El Espectro de la Energía Radiante(física)
Dpto. de Informática 23 - Roberto Guerrero @ 2015
Introducción / Dispositivos GráficosIntroducción / Dispositivos Gráficos
Señal continua
Una secuencia continua de intensidades.Es una función en el dominio del tiempo. (dominio temporal).
Dpto. de Informática 24 - Roberto Guerrero @ 2015
Introducción / Dispositivos GráficosIntroducción / Dispositivos Gráficos
La forma de una señal esta determinada por su espectro de frecuencias. La Teoría del Muestreo establece que una señal puede ser reconstruida a partir de muestras
de la misma.
La función Delta de Dirac es la herramienta que permite aplicar la teoría.
La función tiene ancho 0, altura infinita y área 1.
Muestreo de Imágenes
Dominio EspacialDominio Temporal
Dpto. de Informática 25 - Roberto Guerrero @ 2015
Introducción / Dispositivos GráficosIntroducción / Dispositivos Gráficos
Barrer (escanear) una escena generada o una imagen real consiste en capturar (digitalizar) una secuencia funciones de intensidades continuas. Tomando una por línea.
Scanning/Barrido
α
α
α
(a)
(b)
(c) (d)
Fig. 14.8 Imágenes (a) Primitivas Gráfica. (b) Mandril. (c) Muestreo de intensidades de la línea de scan α en (a). (d) Muestreo de intensidades de la línea de scan α in (b). (Parte d cortesía de George Wolberg, Columbia University.)
Dpto. de Informática 26 - Roberto Guerrero @ 2015
Introducción / Dispositivos GráficosIntroducción / Dispositivos Gráficos
Muestrear una fotografía y mostrarla: muestrear una secuencia de
funciones de intensidades (1 por línea)
digitalizarla tomando muestras a intervalos discretos, perdiendo información espacial y de intensidad
Reconstruir la señal, ej. por medio de una onda de tensión analógica continua (CRT via DAC)
El proceso de Muestreo/Reconstrucción
Fig. 14.9 La señal original es muestreada, y las muestras utilizadas para reconstruir la señal. (La imagen 2D recuperada es una aroximación) (Cortesía de George Wolberg, Columbia University.)
Dpto. de Informática 27 - Roberto Guerrero @ 2015
Introducción / Dispositivos GráficosIntroducción / Dispositivos Gráficos
Las muestras son los puntos negros. En la primer figura los objetos A y C son muestreados, sin embargo, los objetos B y D no lo son.
Cuantas más muestras se recuperen de la señal, más información se posee de ella. Condición de Nyquist: La frecuencia de muestreo mínima requerida para realizar una graba-
ción digital de calidad, debe ser igual al doble de la frecuencia de la señal analógica que se pretenda digitalizar y grabar.
Es necesario, pero no suficiente. Requiere un dispositivo especializado. (memoria, tiempo??)
Frecuencia de Muestras/ Problemas
Dpto. de Informática 28 - Roberto Guerrero @ 2015
Introducción / Dispositivos GráficosIntroducción / Dispositivos Gráficos
Una imagen digitalizada es una función de coordenadas espaciales (dominio espacial)
Señal Discreta
Dpto. de Informática 29 - Roberto Guerrero @ 2015
Introducción / Dispositivos GráficosIntroducción / Dispositivos Gráficos
Visualización Digital / Visualización de Trama
Básicamente osciloscopios. Un solo cañón (monocromo) o tres cañones (color). “Máscara de Sombra” de metal. Requiere precisión geométrica. Se debe mantener una correspondencia entre:
Persistencia del fósforo, Relación de aspecto (ancho/alto), Resolución (cant. de puntos).
Hardware de Visualización (Display Raster)
Dpto. de Informática 30 - Roberto Guerrero @ 2015
Introducción / Dispositivos GráficosIntroducción / Dispositivos Gráficos
Visualización Digital (Display Raster)
El rayo de electrones sigue un curso regular en la pantalla. Pintado No entrelazado/Entrelazado (filas pares/impares en forma alternada). Toda la pantalla “repasada” 60 veces/seg. (repintada 30 veces/seg. ). Brinda: transiciones suaves, mayor resolución, optimiza el bandwith.
Dpto. de Informática 31 - Roberto Guerrero @ 2015
Introducción / Dispositivos GráficosIntroducción / Dispositivos Gráficos
Vector (caligrafía, pinceladas) aún se usa en plotters.
Raster (TV, bitmap, pixmap), usado en monitores e impresoras láser
Visualización
Dpto. de Informática 32 - Roberto Guerrero @ 2015
Introducción / Dispositivos GráficosIntroducción / Dispositivos Gráficos
Tubo de Rayos Catódicos Color
Organización Delta Organización en Línea
Tres cañones de electrones. Fósforo en colores, estructurado. Menor brillo que los CRT
monocromo.
(Cathodic Ray Tube)
Dpto. de Informática 33 - Roberto Guerrero @ 2015
Introducción / Dispositivos GráficosIntroducción / Dispositivos Gráficos
Ventajas: Tecnología de emisión de luz. Efectividad a bajo costo (TVs). Permite pintar sólidos. La pantalla total es actualizada a razón constante. Permiten reproducir una mayor variedad cromática. Distintas resoluciones se pueden ajustar al monitor.
Desventajas: Son muestras discretas de la señal (pixels). Patrones Moirée surgen cuando la máscara y
la frecuencia de barrido no están alineados. Convergencia: variación del ángulo de distancia
del rayo contra la cara del tubo (profundidad). Límite del tamaño del tubo (< 40 pulg.). Radiación espuria de rayos X (campos magnéticos). Gran volumen de espacio.
Evaluación CRT
Visualización de un patrón Moirée
Dpto. de Informática 34 - Roberto Guerrero @ 2015
Introducción / Dispositivos GráficosIntroducción / Dispositivos Gráficos
Arquitectura Raster – Buffer de pantalla
CRT: baratos, producción en masa.
Problema: PC debe sincronizar su “pintado” con el patrón de barrido del rayo de electrones.
Solución: memoria sincronizada con el barrido del rayo: frame buffer. CRT baratos, memorias caras.
En los inicios: patrones de caracteres en una memoria ROM de alta densidad: carácter generador. Display 80 caracteres x 25 líneas
con solo 2kb de memoria. Código 8 bits
– patrón caracteres 8 x 16 pixels
(Frame Buffer)
Dpto. de Informática 35 - Roberto Guerrero @ 2015
Introducción / Dispositivos GráficosIntroducción / Dispositivos Gráficos
El repaso de pantalla deber sincronizarse con el “pintado”. Buffer de Refresco, en memoria principal (DRAM) o independiente (VRAM).
El Buffer de Refresco almacena un “mapa de bits” (bitmap). Controlador de Video, independiente del procesador. Maneja refresco > 60 Hz.
Arquitectura Raster
Dpto. de Informática 36 - Roberto Guerrero @ 2015
Introducción / Dispositivos GráficosIntroducción / Dispositivos Gráficos
Frame buffer
Dpto. de Informática 37 - Roberto Guerrero @ 2015
Introducción / Dispositivos GráficosIntroducción / Dispositivos Gráficos
Niveles de Display
1-bit Bilevel
Valor de Intensidad Digital Señal analógica que maneja el rayo de
electrones Display 80 caracteres x 25 líneas con
solo 2kb de memoria.
Blanco & Negro (ó 2 colores, dependiendo del fósforo)
Framebuffer
address
address
data
deflection
intensityDAC
X address
Y address
set or
set or
decrement
incrementRaster scan
generator
pixel value
Video Controller
DAC (Digital-Analogic Controler)
Dpto. de Informática 38 - Roberto Guerrero @ 2015
Introducción / Dispositivos GráficosIntroducción / Dispositivos Gráficos
Niveles de Display
n-bit Nlevel
2n intensidades o colores.
DACs & cañones: 1 (escala de grises) o 3 (color) Escala de grises, 1 byte, 28=256 tonos.
El ojo puede percibir hasta 100 tonos diferentes. Color, 3 bytes (RGB), 224 = aprox. 16.7 millones,
excede la capacidad de discriminación del ojo (entre 7-10 millones).
Dpto. de Informática 39 - Roberto Guerrero @ 2015
Introducción / Dispositivos GráficosIntroducción / Dispositivos Gráficos
Cualquier paleta de 2n colores puede no ser específicamente la adecuada (n típicamente 16 ó 24).
Frame buffer de 224 colores requiere aprox. 4Mbytes de memoria. La Tabla Look-up permite 2n colores de los 224 posibles colores sean utilizados en un imagen;
otros 2n en otra imagen. Frame buffer requiere aprox 1Mbyte de memoria.
La tabla de Color es un recurso administrado (usualmente) por un administrador de ventanas.
Tabla Look-up
Dpto. de Informática 40 - Roberto Guerrero @ 2015
Introducción / Dispositivos GráficosIntroducción / Dispositivos Gráficos
El valor del pixel es un índice para la tabla look-up (CLUT), donde el color está almacenado. La CLUT se configura a velocidad de video, y se superpone con el tiempo de fetch y DAC.
Operación de la Tabla Look-up
Dpto. de Informática 41 - Roberto Guerrero @ 2015
Introducción / Dispositivos GráficosIntroducción / Dispositivos Gráficos
Operación de la Tabla Look-up
En los sistemas de 24-bit “true” color, se usan 3 x 8 bits para R, G, B; donde cada color tiene su propia CLUT de 8-bits (0-255).
La CLUT permite una variedad de efectos pseudo coloreado (imágenes LandSat, diagramas de stress, termogramas…) Cambios rápidos de imágenes: modifica una imagen más rápido que una imagen almacenada. Múltiples imágenes: seleccionar o componer/mezclar. Evitar problemas de parpadeo en animaciones.
Dpto. de Informática 42 - Roberto Guerrero @ 2015
Introducción / Dispositivos GráficosIntroducción / Dispositivos Gráficos
Display de doble Buffer
También llamada “ping-pong”. Reduce los errores (artifacts) producto de la velocidad del proceso de pintado. Surge de los cambios en la escena por movimiento de los objetos. El procesador
necesita tiempo para reflejarlos en el plasmado. Se implementa en hard o soft. Consume tiempo de procesamiento. El buffer activo se denomina “front buffer”, el inactivo “back buffer”.
Dpto. de Informática 43 - Roberto Guerrero @ 2015
Introducción / Dispositivos GráficosIntroducción / Dispositivos Gráficos
Dpto. de Informática 44 - Roberto Guerrero @ 2015
Introducción / Dispositivos GráficosIntroducción / Dispositivos Gráficos
Display de Cristal Líquido (Liquid Crystal Display )
Moléculas orgánicas que en ausencia de fuerzas externas,se alinean en estructura cristalina (rotan 90°).
Cuando una fuerza externa es aplicada, se reorganizan como si fueran un líquido.
Matriz pasiva. Los cambios de estado son un proceso lento. Se realizan de la misma manera que los CRT (línea x línea).
Las moléculas mantienen su estado durante poco tiempo. Deben ser refrescadas constantemente.
Estado líquido
Estado cristalino
+V
-V
(bloqueo)
(desbloqueo)
+V
-V
Dpto. de Informática 45 - Roberto Guerrero @ 2015
Introducción / Dispositivos GráficosIntroducción / Dispositivos Gráficos
LCDs Reflexivos y Transmisivos
Los dispositivos LCD no emiten luz, la modifican. Los LCD reflexivos dependen de una fuente de luz externa
No pueden ser visualizados en la oscuridad.
Los LCD transmisivos, emiten una luz desde el interior. Son difíciles de visualizar en ambientes de luz plena.
Dpto. de Informática 46 - Roberto Guerrero @ 2015
Introducción / Dispositivos GráficosIntroducción / Dispositivos Gráficos
LCD de Matriz Activa (TFT)
Estos dispositivos tienen un transistor en cada intersección de la grilla (pixel). Permiten velocidad en el cambio de estado de las moléculas y controlar la persistencia de
los estados.
Ventajas: Bajo costo, Livianos, Pequeños, bajo consumo, mayor ángulo de visión. Pueden reproducir hasta 16M de colores.
(Thin Film Transistor-Liquid Crystal Display)
Al aplicar una descarga eléctrica gradual, permite pasar sólo una parte de luz entre las moléculas y generar medios tonos de colores
Dpto. de Informática 47 - Roberto Guerrero @ 2015
Introducción / Dispositivos GráficosIntroducción / Dispositivos Gráficos
Display de Plasma
Esencialmente matrices de pequeños fluorescentes, con fósforos (RGB) excitado por gas (neón y xenón).
Cada bulbo es activado con una pequeña descarga y permanece en ese estado. - No necesitan refresco -
La luz de los bulbos no es discreta. Se las coloca en pequeñas cavidades.
Ventajas: Permite grandes tamaños de pantalla;
amplio ángulo de visualización.
Desventajas: Menos eficiente que CRT; menor brillo, mayor tamaño de pixel. Requiere mayor potencia; mayor desgaste del fósforo por la luz UV del plasma (gas excitado).
Dpto. de Informática 48 - Roberto Guerrero @ 2015
Introducción / Dispositivos GráficosIntroducción / Dispositivos Gráficos
Arreglos de Diodos Emisores de Luz (LED)
Diodos orgánicos emisores de luz (OLED´s). Su función es similar a la de un semiconductor. Construido con una película fina de polímeros. Tienen un procesamiento simple.
Ventajas: Son emisores de luz, de bajo voltaje. Electrónica simple, flexible, cambio de estado veloz. Transparente, excelente brillo, full-color. Gran ángulo de visualización. Permite cualquier tipo de tamaño.
Desventajas: Tienden a colapsar. El agua los perjudica. Corta vida.
Dpto. de Informática 49 - Roberto Guerrero @ 2015
Introducción / Dispositivos GráficosIntroducción / Dispositivos Gráficos
Para nuestros propósitos, una imagen es:
Una señal en el dominio 2D. Muestreada a intervalos regulares denominados puntos. Todos los puntos conforman una grilla rectilínea de valores numéricos. Los valores representan niveles de luminosidad de grises, color u opacidad, y son
denominados elementos de pintado/“picture elements” (pixels). El arreglo total se denomina mapa de pixels/“pixel map” or bitmap.
Qué es una Imagen Digital?
Dpto. de Informática 50 - Roberto Guerrero @ 2015
Introducción / Dispositivos GráficosIntroducción / Dispositivos Gráficos
Tamaño/Resolución
Tamaños de la imagen:
①: 7M
3.072 pix X 2.304 pix = 7.077.888 pix.
②: VGA (E-Mail)
640 pix X 480 pix = 307.200 pix.
Dpto. de Informática 51 - Roberto Guerrero @ 2015
Introducción / Dispositivos GráficosIntroducción / Dispositivos Gráficos
rectangular circular
4 4
2
Una grilla regular de puntos 2D. Los pixels son ubicaciones puntuales asociadas a valores de muestra de una señal continua
–imagen- (intensidad de luz, color, etc.) La geometría visualizada de los pixels varía según el dispositivo que se utilice para
representarlo.
Convenciones acerca de los Pixels
De Organización:
2
Dpto. de Informática 52 - Roberto Guerrero @ 2015
Introducción / Dispositivos GráficosIntroducción / Dispositivos Gráficos
En CRT, la representación es una aproximación a una sección mas o menos circular asociada con el rayo de electrones.
Otros sistema de coordenadas consideran a los pixels como cajas rectangulares entre líneas adyacentes del sistema.
Usualmente, por convención se representan los pixels como círculos disjuntos centrados en una grilla uniforme.
Convenciones
Grilla de pixels – valores matemáticos
LCD display
Patrón de iluminación rayo CRT
1 pixel
Intensidad luminosa
De Organización:
Dpto. de Informática 53 - Roberto Guerrero @ 2015
Introducción / Dispositivos GráficosIntroducción / Dispositivos Gráficos
El número de bits utilizados para representar el valor numérico de cada pixel se denomina profundiad del color o profundidad del pixel (para imágenes en gris).
1 muestra por punto (B&N o Escalas de grises) 3 muestras por punto (Rojo, Verde y Azul) 4 muestras por punto (Rojo, Verde, Azul y “canal Alfa”/Opacidad)
Convenciones
De Representación:
Dpto. de Informática 54 - Roberto Guerrero @ 2015
Introducción / Dispositivos GráficosIntroducción / Dispositivos Gráficos
Computación GráficaComputación Gráfica Según Fetter, CG referencia a la creación, almacenamiento y manipulación
de modelos de objetos e imágenes.
Simular un mundo 3D por medio de fórmulas matemáticas que describan la forma y el aspecto de los objetos. Los modelos deben ser susceptibles de ser manipulados de forma efectiva por un
computador
Tres grandes aspectos a considerar:
- Modelado de las formas- Modelado de la apariencia- Visualización
Dpto. de Informática 55 - Roberto Guerrero @ 2015
Introducción / Dispositivos GráficosIntroducción / Dispositivos Gráficos
Métodos
Captura: imágenes que provienen del “mundo real” cámara digital transmisión satelital de datos scanner de cilindro scanner de hoja scanner de foto convertido/grabador de cuadros de video
Síntesis: imágenes generadas desde la geometría
(e.g., RenderMan, Autodesk 3D Studio) imágenes pintadas
(e.g., MacPaint, Fractal Design Painter)
Imagen
Realidad
Apertura
Dpto. de Informática 56 - Roberto Guerrero @ 2015
Introducción / Dispositivos GráficosIntroducción / Dispositivos Gráficos
Monitores de caracteres (1960 - hoy)(Fetter)
Display: texto + pseudo-gráficas de mosaicos alfabéticos.
Especificación de objetos y comandos: escritura de comandos de línea.
Control sobre la apariencia: formateo de texto por código (.p = paragraph, .i 5 = indent 5).
Control de las aplicaciones: una única tarea.
Revolución Ambiental
Dpto. de Informática 57 - Roberto Guerrero @ 2015
Introducción / Dispositivos GráficosIntroducción / Dispositivos Gráficos
Dpto. de Informática 58 - Roberto Guerrero @ 2015
Introducción / Dispositivos GráficosIntroducción / Dispositivos Gráficos
Monitores Vectoriales (1963 -1980)(Sutherland)
Display: textos + dibujos de línea, hardware de transformación de 3D y 2D.
Especificación de objetos y comandos: escritura de comandos de línea, teclas de función y menús.
Control sobre la apariencia: pseudo-WYSIWYG.
Control de las aplicaciones: mono y multitarea, mainframes y minicomputadoras (anfitrión-satélite), computación distribuida.
Revolución Ambiental
Dpto. de Informática 59 - Roberto Guerrero @ 2015
Introducción / Dispositivos GráficosIntroducción / Dispositivos Gráficos
Dpto. de Informática 60 - Roberto Guerrero @ 2015
Introducción / Dispositivos GráficosIntroducción / Dispositivos Gráficos
(1972 at Xerox PARC – hoy)
Display: ventanas, iconos, textos legibles y gráficos tipo “tierra plana”.
Especificación de objetos y comandos: escritura mínima por medio de WIMP (Windows, Icons, Menus, Pointer ) y GUI (Graphical User Interface): selección mediante apuntar-apretar (point-and-click) y manipulación directa (arrastrar y tirar), la metáfora del escritorio desordenado.
Control sobre la apariencia: WYSIWYG (realmente WYSIAYG – What You See Is All You Get).
Control de las aplicaciones: multitarea, procesos cliente-servidor de red, administradores de ventanas (X terminals).
Monitores Raster de mapeo 2D para PC´s y Estaciones de Trabajo
Revolución Ambiental
Dpto. de Informática 61 - Roberto Guerrero @ 2015
Introducción / Dispositivos GráficosIntroducción / Dispositivos Gráficos
Dpto. de Informática 62 - Roberto Guerrero @ 2015
Introducción / Dispositivos GráficosIntroducción / Dispositivos Gráficos
Estaciones de Trabajo 3D (1984 at SGI – hoy) -- 1:n
Display: tiempo real, imágenes pseudo-realistas de escenarios 3D.
Especificación de objetos y comandos: dispositivos de entrada de 2D, 3D y nD (controlando 3+ grados de libertad) y dispositivos haptic de realimentación forzada para apuntar-apretar (touch screen), widgets y manipulación directa.
Control sobre la apariencia: WYSIWYG (WYSIAYG ?).
Control de las aplicaciones: multitarea, procesos en red (cliente-servidor), administradores de ventanas (X terminals).
Revolución Ambiental
Dpto. de Informática 63 - Roberto Guerrero @ 2015
Introducción / Dispositivos GráficosIntroducción / Dispositivos Gráficos
No más tiempo compartido, 1:n n:1
Ultimas PC´s poseen tarjetas gráficas potentes que suplantan a las estaciones de trabajo gráficas (nVidia GeForce).
Las PC´s pueden agruparse para proveer gráficos escalables (PowerWalls, Cavas). Las PC´s y las Workstations se unen en redes heterogéneas de trabajo
distribuido. Acceso a archivos, impresión y cómputos son aún compartidos. El paradigma cliente/servidor se convierte en dominante. Las Redes de Computadores, clientes débiles se unen a poderosos servidores
repitiendo el concepto terminales tontas y procesador central.
Revolución Ambiental
Dpto. de Informática 64 - Roberto Guerrero @ 2015
Introducción / Dispositivos GráficosIntroducción / Dispositivos Gráficos
Dpto. de Informática 65 - Roberto Guerrero @ 2015
Introducción / Dispositivos GráficosIntroducción / Dispositivos Gráficos
Los chips son la clave de los subsistemas gráficos
Adelantos guiados por ley Moore Precio/performace se incrementa 2x cada 18 meses debido a la duplicación
de los transistores. Crecimiento exponencial de la tecnología, excepto de la WWW.
CPU Nuevos procesadores 64-bit, dual/quad/8 core
Server: Intel Core i3, Intel Core i5, Dual-Core Intel Itanium 2™, Dual-Core Intel Xeon™, Dual-Core AMD Opteron™, Sun UltraSPARC T1™
Desktop: Quad Core Intel Core i5, Quad Core Intel Core i7, Intel Core 2 Duo™,AMD Athlon64 X2™, IBM G5™, Mac ProTM Quad/8-Core
Subsistemas Gráficos (GPU) Tarjetas de video que se apoderan del mercado
(nVidia GeForce™, ATI Radeon™).
Subsistemas Físicos AGEIA PhysX PPU (Physics Processing Unit),
procesamiento físico externo al procesador y GPU.
Otros subsistemas Alseek Artificial Intelligence processing unit.
Procesamiento Potente y Barato
Dpto. de Informática 66 - Roberto Guerrero @ 2015
Introducción / Dispositivos GráficosIntroducción / Dispositivos Gráficos
Comparación de Hardware
Macintosh Original
iMac 27”
Año
Precio
CPU
Memoria
Almac.
Monitor
Disposit.
GUI
1984 2012
U$S 2500 U$S 1299
8 MHz 3.06 GHz
128KB RAM 16GB
400KB Floppy 2TB Hard Disk
9” Black & White 27” Color512 x 342
68 dpi2560 x 1440
100 dpi
MouseKeyboard
MouseKeyboard
Desktop WIMP Desktop WIMP
+28
x 0,51
x 391,68
x 131.072
x 5.368.709
x 3x 21,05x 1,5
igualigual
igual
Dpto. de Informática 67 - Roberto Guerrero @ 2015
Introducción / Dispositivos GráficosIntroducción / Dispositivos Gráficos
Nuevas Formas de Computación
Nuevas formas de adquisición de información
Multimedios: texto y gráficos sincronizados con sonido y video.
Hipermedios: multimedios con enlaces (también llamados multimedios interactivos).
“Convergencia Digital”: unión de televisión digital y proceso distribuido, electrónica de consumo (TV interactiva, video bajo demanda).
Internet y sus aplicaciones.
Computación Embebida: su uso en información, asistentes digitales personales.
Computación invisible, omnipresente (Ubiquitous computing).
Dpto. de Informática 68 - Roberto Guerrero @ 2015
Introducción / Dispositivos GráficosIntroducción / Dispositivos Gráficos
Desde 1990 - hoy
Realidad Virtual semi-inmersiva: vía lentes, guantes.
Nuevas Formas de Computación
Dpto. de Informática 69 - Roberto Guerrero @ 2015
Introducción / Dispositivos GráficosIntroducción / Dispositivos Gráficos
Barco, Immersadesk™
RV - Tanque de peces
Elumens’ VisionStation
Dpto. de Informática 70 - Roberto Guerrero @ 2015
Introducción / Dispositivos GráficosIntroducción / Dispositivos Gráficos
Desde 1990 - hoy
Realidad Virtual totalmente inmersiva: vía Display de Casco, Cava.
Cave TM
Nuevas Formas de Computación
Dpto. de Informática 71 - Roberto Guerrero @ 2015
Introducción / Dispositivos GráficosIntroducción / Dispositivos Gráficos
Dpto. de Informática 72 - Roberto Guerrero @ 2015
Introducción / Dispositivos GráficosIntroducción / Dispositivos Gráficos
VOX en Cava y Tanque de Peces VR
Dpto. de Informática 73 - Roberto Guerrero @ 2015
Introducción / Dispositivos GráficosIntroducción / Dispositivos Gráficos
ADVISER: Visualización de Datos de Marte
Dpto. de Informática 74 - Roberto Guerrero @ 2015
Introducción / Dispositivos GráficosIntroducción / Dispositivos Gráficos
Flujo de sangre a través de un bypass arterial
Uso de los pies para navegación, liberando las manos para otros usos.
Dpto. de Informática 75 - Roberto Guerrero @ 2015
Introducción / Dispositivos GráficosIntroducción / Dispositivos Gráficos
Investigación Arqueológica y Análisis de herramientas
Carnegie Mellon CUBE
Pintado en Cava
Dpto. de Informática 76 - Roberto Guerrero @ 2015
Introducción / Dispositivos GráficosIntroducción / Dispositivos Gráficos
Desde 1990 - hoy
Realidad Aumentada: vía video a través de ópticas.
Marisil
Nuevas Formas de Computación
Dpto. de Informática 77 - Roberto Guerrero @ 2015
Introducción / Dispositivos GráficosIntroducción / Dispositivos Gráficos
Las ópticas sobreponen información generada por computadora sobre imágenes del mundo real.
Life Clipper
Dpto. de Informática 78 - Roberto Guerrero @ 2015
Introducción / Dispositivos GráficosIntroducción / Dispositivos Gráficos
Desde 1990 - hoy
Nueva tecnología de Interacción.
- Dispositivos de interacción baratos (del laboratorio al mercado) los gráficos 2D y 3D no son más de uso especializado.
- Ilustraciones interactivas 3D (a veces “4D”) como modelos Clip Art.
- Los jóvenes utilizan la computación gráfica naturalmente en consolas de juegos (Nintendo, WII) con monitores montados sobre sus cabezas y/o realimentación forzada con dispositivos de entrada.
- Interface Multitouch (2006 - NYU’s Jeff Han, MS’ Surface, Apple’s iPhone, iPad). http://www.ted.com/index.php/talks/view/id/65
Nuevas Formas de Computación
Dpto. de Informática 79 - Roberto Guerrero @ 2015
Introducción / Dispositivos GráficosIntroducción / Dispositivos Gráficos
Desde 1990 - hoy
Nuevas formas de Interface Usuario.- Widgets 3D; UI basados en gestos (“Sketch System”, Univ. de Brown - 1996).
- Interfases sociales ( Microsoft Bob y Clip -1995)
- Agentes para control indirectoLos ayudantes de Office 2003: Arriba, de izq.a der.: Clippit, The Dot, F1, Office Logo;Abajo, de izq. a der.: Merlin, Mother Nature, Links, and Rocky.
Nuevas Formas de Computación
Dpto. de Informática 80 - Roberto Guerrero @ 2015
Introducción / Dispositivos GráficosIntroducción / Dispositivos Gráficos
El paquete Librería Gráfica (ej., OpenGL, DirectX, WPF) es un intermediario entre la aplicación y el hardware de visualización (Sistema Gráfico).
El Programa de Aplicación convierte (mapping) los objetos manipulados por la aplicación en vistas (imágenes) de esos objetos por medio de la librería gráfica.
La Interacción del Usuario involucra la modificación del modelo o de la imagen. Las imágenes son el medio para un fin específico: síntesis, diseño, manufactura,
visualización… Estructura antigua… pero aún subsiste y domina.
Estructura Conceptual paraGráficos Interactivos
Modelo Virtual
Programa de
Aplicación
Librería Gráfica
(GL)SistemaGráfico
Dpto. de Informática 81 - Roberto Guerrero @ 2015
Introducción / Dispositivos GráficosIntroducción / Dispositivos Gráficos
Librería GráficaUna librería gráfica pretende: Ocultar la complejidad de la interfaz con las diferentes tarjetas gráficas,
presentando al programador una API única y uniforme. Ocultar las diferentes capacidades de las diversas plataformas hardware.
Su operación básica es: Aceptar Primitivas tales como puntos, líneas y polígonos, y convertirlas en
píxeles. Aplicarles a dichas primitivas atributos:
color estilo propiedades de material
Manejo y simulación de Luces. Implementación de Transformaciones. Proveer dos modos de trabajo:
Modo inmediato: no almacena representaciones internas y simplemente dibuja cada frame en el frame buffer.
Modo retenido: compila y plasma un escenario. “rendering”
Dpto. de Informática 82 - Roberto Guerrero @ 2015
Introducción / Dispositivos GráficosIntroducción / Dispositivos Gráficos
Revolución Ambiental
Las gráficas en el contexto
Las gráficas han sido la clave tecnológica en la evolución de los ambientes computacionales de trabajo. Interfases de usuario gráficas. Programación visual, Visualización Científica, Visualización de
Información, Publicidad.
La revolución del hardware gobierna la evolución. Cada 12-18 meses la potencia de una computadora crece en un factor de
2 en la relación costo/beneficio. Ley de Moore. Las tarjetas de memoria y de red aumentan sus velocidades en forma
exponencial (los chips gráficos, cada 6-9 meses).
HP IPaqTM
Apple iPhoneTM
Blackberry PearlTM Samsung Galaxy S III
Ipad 2012
Dpto. de Informática 83 - Roberto Guerrero @ 2015
Introducción / Dispositivos GráficosIntroducción / Dispositivos Gráficos