3. Aplicaciones de Graficación por Computadora.

Diseño Asistido por Computadora

CAD (computer assisted design) es un método de diseño asistido por computadora utilizado para el diseño de construcciones, automóviles, aeronaves, embarcaciones, naves espaciales, computadoras, telas y muchos productos desplegándolo en forma de armazón con la forma general y características internas. Los softwares con aplicaciones de CAD ofrecen al diseñador un entorno con ventanas múltiples que muestran diferentes secciones amplificadas de vistas de objetos y ofrecen formas de diseño estándar para circuitos eléctricos, electrónicos y lógicos a través de símbolos personalizados que se colocan sucesivamente en el esquema, y se conectan de manera automática las conexiones entre los componentes. Esto permite al diseñador experimentar rápidamente los esquemas de circuitos alternativos reduciendo al mínimo el número de componentes o espacio para el sistema.
Otra de las aplicaciones del CAD son las animaciones donde en un monitor de video en tiempo real puede observarse cierto comportamiento ya sea interno o externo y de cada uno de los componentes que lo conforman, pueden realizarse con rapidez cálculos correspondientes a cada segmento de la animación para así crear un movimiento suave en la pantalla. En entorno de realidad virtual se utilizan para determinar la forma como influyen ciertos movimientos en los operadores de determinado objeto. Cuando su diseño está completo o casi completo, se aplican modelos de iluminación realista y presentaciones de superficies para producir despliegues mostrando la apariencia del producto final.
Con los sistemas de realidad virtual, los diseñadores pueden simular un "recorrido" por las habitaciones o alrededor de construcciones para apreciar mejor el efector general de un diseño particular. Además de presentar despliegues de fachadas realistas, los paquetes de CAD para arquitectura ofrecen medios para experimentar con planos interiores tridimensionales y la iluminación. A partir del despliegue del plano de una construcción en un monitor de video, un diseñador eléctrico puede experimentar con instalaciones para cableado, conexiones eléctricas y sistemas de alarma de incendios.

Arte por Computadora

Los creadores de bellas artes emplean diversas tecnologías de computación para producir imágenes. Las animaciones también se utilizan con frecuencia en publicidad y los comerciales de televisión se producen cuadro por cuadro, donde cada cuadro del movimiento se presenta y graba como un archivo de imagen. Con el propósito de crear pinturas el artista utiliza una combinación de paquetes de modelado tridimensional, diagramación de la textura, programas de dibujo y software de CAD.
Es utilizada para propósitos especiales, programas artísticos de brocha de pintar del artista (como Lumena), otros paquetes de pintura (como PixelPaint y SuperPaint), software desarrollado de manera especial, paquetes de matemática simbólica (como Mathematica), paquetes de CAD, software de edición electrónica de publicaciones y paquetes de animaciones que proporcionan los medios para diseñar formas de objetos y especificar movimientos de objetos.

Entretenimiento

En la producción de películas, videos musicales y programas de televisión, en ocasiones, se despliegan sólo imágenes gráficas y otras veces, se combinan los objetos con los actores y escenas en vivo. Al igual que pueden aparecer personas en forma de armazón combinadas con actores y una escena en vivo. O se pueden combinar objetos gráficos con acción en vivo, o se pueden utilizar técnicas de procesamiento de imágenes para producir una transformación de una persona o un objeto en otro (morphing).

Educación y capacitación

Diseños de sistemas especiales, como los simuladores para sesiones de práctica o capacitación de capitanes de barco, pilotos de avión, operadores de equipo pesado y el personal de control de tráfico aéreo. La mayor parte de los simuladores cuenta con pantallas gráficas para la operación visual.

Visualización

Conversiones de los datos recopilados de ciertos procesos o simulaciones numéricas efectuadas en supercomputadoras a que producen archivos de datos que contienen miles e incluso millones de valores de datos o de cámaras vía satélite y otras fuentes acumulan grandes archivos de datos más rápido de lo que se pueden interpretar a una forma visual. Una compilación de datos contiene valores escalares, vectores, tensores de orden superior o cualquier combinación de estos tipos de datos y pueden ser bidimensionales o tridimensionales incluyendo

Procesamiento de Imágenes

A pesar de que los métodos empleados en las gráficas por computadora y en el procesamiento de imágenes se traslapan, las dos áreas realizan, en forma fundamental, operaciones distintas. Para aplicar los métodos de procesamiento de imágenes, primero digitalizamos una fotografía u otra imagen en un archivo de imagen. Entonces, se pueden aplicar métodos digitales para reordenar partes de imágenes, para mejorar separaciones de colores o para aumentar la calidad del sombreado.

Interfaces Gráficas por Usuario

Una interfaz gráfica es un administrador de ventanas que hace posible que un usuario despliegue áreas con ventanas múltiples. Cada ventana puede contener un proceso distinto que a su vez puede contener despliegues gráficos y no gráficos.

Otras herramientas para la Graficación

TUBO DE RAYOS CATODICOS REPASADOS: Un haz de electrones (rayos catódicos), emitidos por un cañón de electrones, pasa a través de sistemas de enfoque y deflexión que dirigen el haz hacia posiciones específicas en la pantalla recubierta con una película de fósforo; entonces el fósforo emite una pequeña mancha de luz pero esta se desvanece con rapidez, es por ello que se requiere de algún método para mantener la imagen de la pantalla y una forma es trazar la imagen repetidas ocasiones.
Por ejemplo una razón de aspecto de ¾ implica que una línea vertical trazada con tres puntos tiene la misma longitud que una línea horizontal que se traza con cuatro puntos.

DESPLIEGUE DE BARRIDO CON RASTREADOR: Funciona recogiendo el haz de electrones a través de cada línea, activándose o desactivando la intensidad del haz para crear un patrón de manchas iluminadas. La definición de la imagen se almacena en una área de memoria llamada buffer de repasado o buffer de marco o estructura. que contiene el conjunto de valores de intensidad para todos los puntos de la pantalla.

DESPLIEGUE DE RASTREO ALEATORIO: Aquí un CRT dirige el haz de electrones sólo a las partes de la pantalla donde se debe crear la imagen. Los monitores de trazado aleatorio trazan una imagen, una línea a la vez y por ese motivo, se llaman también de despliegue vectorial o despliegue de escritura o caligráficos.

MONITORES CRT DE COLOR:
Un monitor CRT despliega imágenes a color utilizando una combinación de fósforos que emiten luz con colores distintos. Las dos técnicas básicas para producir despliegues a color con un CRT son el método de penetración de haz y el método de máscara de sombra.

TUBOS DE ALMACENAMIENTO CON VISTA DIRECTA: Consiste en almacenar la información de la imagen dentro del CRT, en lugar de refrescar o retrazar la pantalla.

DESPLIEGUES DE PANEL PLANO: Se refiere a una clase de dispositivo que tiene pocos requerimientos de volumen, peso y energía en comparación con un CRT. Son más delgados. Estos se dividen en dos categorías: 1) despliegues emisivos y 2) despliegues no emisivos.

DISPOSITIVO DE VISTA TRIDIMENSIONAL: Se diseñan utilizando una técnica que refleja una imagen de CRT de un espejo flexible vibrante.

- SISTEMA ESTEREOSCOPICO Y DE REALIDAD VIRTUAL: Este método no reproduce imágenes tridimensionales reales, pero ofrece un efecto tridimensional.

- SISTEMA DE BARRIDO CON RASTREADOR: Por lo regular, los sistemas gráficos de barrido interactivos utilizan varias unidades de procesamiento y emplean otros procesadores como coprocesadores y aceleradores para llevar a cabo varias operaciones gráficas.

- CONTROLADOR DE VIDEO

- PROCESADOR DE DESPLIEGUE DE RASTREO CON RASTREADOR

- MONITORES GRAFICOS Y ESTACIONES DE TRABAJO

- DISPOSITIVOS DE ENTRADA

DIGITALIZADORES

Un digitalizador es un dispositivo común para dibujar, pintar o seleccionar de manera interactiva posiciones de coordenadas en un objeto. En tanto un rastreador de imágenes puede almacenar dibujos , gráficas fotografías a color y en blanco y negro o texto para procesarlo por computadora con un rastreador de imágenes (scanner) al pasar un mecanismo de rastreo óptico sobre la información que se debe almacenar.

SOFTWARE DE GRAFICAS

Hay dos clasificaciones generales para el software
1.- Paquetes generales de programación
2.- Paquetes de aplicaciones específicas

2. Línea de Tiempo de las interfaces (de la computadora)

Teclado a base de menús: Principios de 1978.

Teclado a base de menús jerárquicos: UCSD's sistema Pascal (1978)

Displays de mapas de bits: CSL@Xerox PARC, .PERQ fue el primer producto comercial(o Terak Corporation, c. 1973)

BitBLT raster: Dan Ingalls(LRG)@Xerox PARC

Pluma luminosa como apuntador de pantalla: Aproximadamente 1960

Joysticks: Juegos tipo Spacewar, 1962 o antes

Trackballs (Principio del Mouse): Algunos en los 60s

Dispositivo apuntador (on-screen pointer):Doug Englebart@SRI (a mediados de los 70s).

Mouse:Doug Englebart@SRI (trackball arriba)

Cursor de cambios para mostrar el modo del sistema: William Newman@Xerox PARC

Cursor de cambios para mostrar el contexto: David Tilbrook (Newswhole) (1975)

Menús: LRG@Xerox PARC (?)

Menús Emergentes (Popup Menus): Ingalls(LRG)@Xerox PARC

Pulldown menús: Lisa@Apple

Barra de Menús: Lisa@Apple

Menús jerárquicos: Paeth(SSL)@Xerox PARC (Smalltalk)

Dehabilitando elementos de un menú: Lisa@Apple or Ed Anson (1980 o antes) or Xerox PARC (1982 o antes)

Teclas de Comando para elementos de un menú: Lisa@Apple or Ed Anson (1980) or earlier

Marcas de revisión (Check marks) en mení: Lisa@Apple

Overlapped windows: Ingalls(LRG)@Xerox PARC

Iconos: David Smith(SDD)@Xerox (Star->Mac->Lisa)

Barras de desplazamiento: LRG@Xerox PARC

Push Buttons: LRG@Xerox PARC

Radio Buttons: Kaehler(LRG)@Xerox PARC

Check Boxes: LRG@Xerox PARC (?)

Cuadros de Dialogo (Dialog Boxes): Star@Xerox PARC (property sheets)

Concepto de Recursos: Horn(Mac)@Apple

Múltiples fuentes & estilos en texto: CSL@Xerox PARC (Bravo) o Wang word processors (1978 o antes)
Interacción sin modelos: Tesler(SSL)@Xerox PARC

Mover/Copiar/Eliminar: Xerox PARC

Cortar/Copiar/Pegar con un mouse: Tesler(SSL)@Xerox PARC (Gypsy, Smalltalk)

Selección de un punto entre caracteres: Tesler(SSL)@Xerox PARC (Gypsy & Smalltalk). TECO tuvo esto antes que PARC, es reclamado por Stanford's TVEDIT corriendo en un hardware DEC bajo el S.O. del grupo IMSSS, Brian Tolliver, 1963.

Nota. Xeroc PARC se refiere la compañía Xerox Palo Alto Research Center, el "laboratorio de los sueños".

Historia de la Graficación por Computadora

Historia de la Graficación por Computadora


1. Introducción

Nuestros antecedentes vivieron en una crisis donde la tecnología era explorada todavía, actualmente explotamos, utilizamos y le damos un uso productivo y apropiado que satisfaga nuestras necesidades, esto es claro si mencionamos a la computadoradora que es capaz de producir imágenes en unos segundos, esta poderosa herramienta es utilizada a diario en diversas áreas, como en la ciencia, ingeniería, empresas, industria, gobierno, arte, entretenimiento, publicidad, educación, capacitación y presentaciones gráficas por mencionar algunas. Su impacto es de tal grandeza que es fácil de visualizar sus beneficios y consecuencias.

Breve Historia

La computadora es un dispositivo electrónico que recibe un conjunto de instrucciones, por lo tanto las herramientas para Graficación por computadoras, se utilizan para crear una o mas imágenes, compilando y relacionando información o bien, realizando cálculos sobre datos numéricos.. Por otro lado, en el procesamiento de imágenes se emplean técnicas para transformar o descifrar imágenes existentes como fotografías y rastreos de televisión. El interés por los métodos de tratamiento o procesamiento digital de imágenes deriva de dos áreas principales:
1) La mejora de la información para la interpretación humana
2) El procesamiento de los datos de la escena para la percepción autónoma por una maquina.

Procesamiento de Imágenes

Para emplear los métodos de procesamiento de imágenes primero digitalizamos una fotografía u otra imagen en un archivo de imagen.
Una de las primeras aplicaciones a inicio de la década de 1920 consistió en mejorar fotografías digitalizadas de un periódico enviadas por cable submarino entre Londres y Nueva York , un equipo especializado de impresión codificaba la imagen para transmitirla y luego la reconstruían en el extremo de la recepción. Posteriormente empezó la evolución de estas técnicas.
La aparición de computadoras digitales de gran potencia y del programa espacial fue lo que puso de manifiesto el potencial de los conceptos de tratamiento digital de imágenes. La tarea de usar técnicas computacionales para mejorar imágenes recibidas de una sonda espacial se inicio en el laboratorio de propulsión espacial (Pasadena, California) en 1964 cuando las imágenes de la Luna transmitidas por el RANGER 7 fueron procesadas para corregir diversos tipos de distorsión.
Desde 1964 hasta la actualidad el tratamiento digital de imágenes ha progresado vigorosamente, además de aplicaciones al programa espacial, las técnicas de procesamiento digital se emplean para resolver problemas diversos como en medicina1 los procedimientos informatizados realzan el contraste o codifican los niveles de intensidad en colores para facilitar la interpretación de las imágenes de rayos X y de otras imágenes biomédicas como es el caso de las tomografias.
La tomografía es básicamente una colección de cortes planos transversales, cada uno de los cuales se obtiene por reconstrucción a partir de la medición de la radiación absorbida cuando se ilumina al cuerpo con un haz de rayos contenidos en ese plano, y desde varios ángulos alrededor del eje.
Los geógrafos emplean las misma o similares técnicas para estudiar los patrones de polución a partir de imágenes aéreas o de satélite para procesar imágenes degradadas de objetos irrecuperables, o bien, resultados experimentales demasiado costosos para ser duplicados.
En la arqueología los métodos de procesamiento de imágenes han servido para restaurar con éxito imágenes borrosas que eran los únicos registros existentes de piezas extrañas, perdidas o dañadas después de haber sido fotografiadas.
En la física las técnicas de ordenador realzan de forma rutinaria imágenes de experimentos en áreas como los plasmas de alta energía y la microscopía del electrón. De forma similar, los conceptos del tratamiento de imágenes se aplican con éxito en astronomía, biología, medicina nuclear, investigaciones judiciales, defensa y aplicaciones industriales. Los avances en la tecnología de la computación han hecho que las gráficas interactivas por computadora sean una herramienta practica, estas se utilizan en diversas áreas como la ciencia, la ingeniería, empresas, industria, gobierno, arte, entretenimiento, publicidad, educación, capacitación y presentaciones gráficas.
Actualmente hay una gran variedad de hardware y software para gráficas tanto para aplicaciones bidimensionales como tridimensionales incluyendo calculadoras manuales.

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