Unidad 1

1.1 Aplicación  gráfica por computadora

La graficación por computadora es la creación, almacenamiento, manipulación y despliegue de imágenes con la asistencia de una computadora

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El primer mayor avance en la gráfica realizada por computadora era el desarrollo de Sketchpad en 1962 por Ivan Sutherland.

Un poco de historia en vídeo 

Este campo puede ser dividido en varias áreas: Interpretado 3D en tiempo real (a menudo usado en juegos de vídeo), animación de computadora, captura de vídeo y creación de vídeo interpretado, edición de efectos especiales (a menudo usado para películas y televisión), edición de imagen, y modelado (a menudo usado para ingeniería y objetivos médicos). El desarrollo en la gráfica realizada por computadora fue primero alimentado por intereses académicos y patrocinio del gobierno. Sin embargo, cuando las aplicaciones verdaderas mundiales de la gráfica realizada por computadora (CG) en televisión y películas demostraron una alternativa viable a efectos especiales más a las tradicionales y las técnicas de animación, los comerciales han financiado cada vez más el avance de este campo.

Después de habernos cultivado con un poco de historia sobre la graficación vamos a enfocarnos a hora sobre sus aplicaciones que veremos a continuación:

Este método, también llamado generalmente como CAD (Computer Assisted Desing) ahora se utiliza de forma habitual para el diseño de construcciones, automóviles, aeronaves, embarcaciones, naves espaciales, computadoras, incluso telas y muchos productos.

Normalmente, los paquetes de software de aplicaciones de CAD ofrecen los diseñadores un entorno con ventanas múltiples; estas diversas ventanas desplegables muestran secciones ampliadas de vistas de diferentes objetos. Estos paquetes de software están dirigidos principalmente para el campo de la arquitectura. Ofrecen a los diseñadores muchas herramientas de simbología para poder crear modelos realistas de sus construcciones.

Además de presentar despliegues de fachadas realistas, los paquetes de CAD para arquitectura ofrecen medios para experimentar con planos interiores tridimensionales y la iluminación. Muchas otras clases de sistemas y productos se diseñan usando ya sea paquetes de CAD generales o software de CAD desarrollado en forma especial.

                                              Ejemplo de Diseño asistido por computadora

Los artistas utilizan una variedad de métodos computacionales, incluyendo hardware 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 (comoMathematica), 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.

Existen otros programas como Paintbrush (brocha de pintar) que permite a los artistas "pintar" imágenes en la pantalla de un monitor de video. En realidad, la imagen se pinta por lo general de manera electrónica en una tableta de gráficas (o digitalizador) utilizando un estilete, el cual puede simular diferentes trazos, anchuras de la brocha y colores.

Los creadores de bellas artes emplean diversas tecnologías de computación para producir imágenes. 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. En un ejemplo de "arte matemático" un artista utilizó una combinación de funciones matemáticas, procedimientos fractales, software de Mathematica, impresoras de chorro de tinta y otros sistemas con el fin de crear una variedad de formas tridimensionales y bidimensionales, al igual que pares de imágenes estereoscópicas.

Aquí algunos vídeos de arte por computadora

Hoy en día es muy común utilizar métodos de gráficas por computadora para producir 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. Como por ejemplo, en una escena gráfica creada para la película Start Trek II - The Wrath of Khan, se dibujan en forma de armazón el planeta y la nave espacial y se sombrean con métodos de presentación para producir superficies sólidas. Al igual que pueden aparecer personas en forma de armazón combinadas con actores y una escena en vivo. Los videos musicales aprovechan las gráficas de muchas maneras, 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 (a este efecto se le conoce como morphing).

                                         

                                         Aquí unos vídeos de unos gameplay de videojuegos   
     

A menudo, se utilizan como instrumentos de ayuda educativa modelos de sistemas físicos, financieros y económicos, los cuales se generan por computadora. Modelos de sistemas físicos, sistemas fisiológicos, tendencias de población o equipo, pueden ayudar a los estudiantes a comprender la operación del sistema. En el caso de algunas aplicaciones de capacitación, se diseñan 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. Algunos simuladores no tienen pantallas de vídeo  por ejemplo, un simulador de vuelo que sólo tiene un panel de control como instrumento de vuelo. No obstante, la mayor parte de los simuladores cuenta con pantallas gráficas para la operación visual.

                                             Ejemplo de simulación de accidente aéreo

Científicos, ingenieros, personal médico, analistas comerciales y otros con frecuencia necesitan analizar grandes cantidades de información o estudiar el comportamiento de ciertos procesos. Las simulaciones numéricas efectuadas en supercomputadoras frecuentemente producen archivos de datos que contienen miles y a veces millones de valores de datos. El rastreo de estos grandes conjuntos de números para determinar tendencias y relaciones es un proceso tedioso e ineficaz. Pero si se convierten los datos a una forma visual, es frecuente que se perciban de inmediato las tendencias y los patrones. Por lo regular, la producción de representaciones gráficas para conjuntos de datos y procesos científicos de ingeniería y de medicina se conoce como visualización científica. La codificación de colores es sólo una manera de visualizar un conjunto de datos. Las técnicas adicionales incluyen trazos, gráficas y diagramas de contorno, presentaciones de superficie y visualización de interiores de volumen. Además, se combinan técnicas de procesamiento de imágenes con gráficas por computadora para crear muchas de las visualizaciones de datos. Las comunidades de matemáticos, científicos físicos y otros utilizan técnicas visuales para analizar funciones matemáticas y procesos o sólo con el propósito de crear representaciones gráficas interesantes.

Hoy por hoy los paquetes de software ofrecen una interfaz gráfica. Un componente importante de 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. Las interfaces también despliegan menús e iconos para permitir una selección rápida de las opciones de procesamiento o de valores de parámetros. Un icono es un símbolo gráfico diseñado para semejarse a la opción de procesamiento que representa. La ventaja de los iconos es que ocupan menos espacio en la pantalla que las descripciones textuales correspondientes y que se pueden entender con mayor rapidez si están bien diseñados. Los menús contienen listas de descripciones textuales e iconos.

1.2 dispositivos de hadware y software para el despliegue gráfico

Todas las computadoras necesitan de un componente de hardware para poder desplegar gráficos.

Existen dos componentes básicos para el despliegue de gráficos: la tarjeta de vídeo y el monitor.

Las tarjetas de video es la parte encargada de realizar todas el procesamiento de información que conllevan los SG. Dichas tarjetas pueden ser internas o externas. Generalmente se recomiendan que sean externas y que utilicen buses especiales de comunicación (AGP) para transmitir la información de manera eficiente.

El uso de Sistemas Operativos gráficos, videojuegos, procesos de simulación, etc. han fortalecido el uso de dispositivos de despliegue gráfico.Las tarjetas de video definen su capacidad en la resolución (tamaño de la pantalla). Por ejemplo el estándar UXVGA procesa gráficos en dimensiones de 1600x1200 pixeles (puntos por pantalla) a 16 millones de colores.

Empezaremos por definir el Hardware: corresponde a todas las partes tangibles de una computadora: sus componentes eléctricos, electrónicos, electromecánicos y mecánicos; sus cables, gabinetes o cajas, periféricos de todo tipo y cualquier otro elemento físico involucrado; contrariamente, el soporte lógico es intangible y es llamado software. El término es propio del idioma inglés (literalmente traducido: partes duras), su traducción al español no tiene un significado acorde, por tal motivo se la ha adoptado tal cual es y suena; la Real Academia Español lo define como «Conjunto de los componentes que integran la parte material de una computadora». El término, aunque es lo más común, no solamente se aplica a una computadora tal como se la conoce, ya que, por ejemplo, un robot, un teléfono móvil, una cámara fotográfica o un reproductor multimedia también poseen hardware (y software).

El hardware gráfico lo constituyen básicamente las tarjetas gráficas. Dichos componentes disponen de su propia memoria y unidad de procesamiento, esta última llamada unidad de procesamiento gráfico (o GPU, siglas en inglés de Graphics Processing Unit). El objetivo básico de la GPU es realizar los cálculos asociados a operaciones gráficas, fundamentalmente en coma flotante, liberando así al procesador principal (CPU) de esa costosa tarea (en tiempo) para que éste pueda efectuar otras funciones en forma más eficiente. Antes de esas tarjetas de vídeo con aceleradores por hardware, era el procesador principal el encargado de construir la imagen mientras la sección de vídeo (sea tarjeta o de la placa base) era simplemente un traductor de las señales binarias a las señales requeridas por el monitor; y buena parte de la memoria principal (RAM) de la computadora también era utilizada para estos fines.

Dentro de ésta categoría no se deben omitir los sistemas gráficos integrados (IGP), presentes mayoritariamente en equipos portátiles o en equipos prefabricados (OEM), los cuales generalmente, a diferencia de las tarjetas gráficas, no disponen de una memoria dedicada, utilizando para su función la memoria principal del sistema. La tendencia en los últimos años es integrar los sistemas gráficos dentro del propio procesador central. Los procesadores gráficos integrados (IGP) generalmente son de un rendimiento y consumo notablemente más bajo que las GPU de las tarjetas gráficas dedicadas, no obstante, son más que suficiente para cubrir las necesidades de la mayoría de los usuarios de un PC.

                                  Aqui unos vídeos que nos explican sobre el Hadware Gráfico

Una representación gráfica consisten en un conjunto de pixeles que se obtiene apartir de

una idea de más alto nivel; como puede ser la descripción de la gráfica entérminos de líneas, arcos, colores etc. o incluso en términos de objetostridimensionales, puntos de vista e iluminación.El como llegar de estas descripciones de alto nivel al conjunto de pixeles final esalgo de lo que las diferentes partes del sistema se deberán encargar; por logeneral el programador dispone de una serie de librerías de programación gráficaque le permiten escribir aplicaciones sin tener que llegar a conocer en detalle elhardware sobre el que se ejecutará su código, y sin tener que escribir desde elprincipio miles de procedimientos que, además, distan de ser triviales. Ejemplos de estas librerías podrían son:

OpenGL de SGI y Direct3D de Microsoft.

Hay docenas de productos de software gráficos en el mercado. Ellos tienden a caer en las categorías definidas por las tareas para los que están programados a ejecutar. Las principales categorías de software son de diseño de páginas, edición de imágenes, ilustración, diseño web, presentación y animación web. Este artículo proporciona una visión general de los programas utilizados en cada categoría.

Diseño de página 

El software de diseño de páginas utiliza tipografía e imágenes tales como ilustraciones y fotografías para componer páginas para su uso en libros, revistas y otros artículos impresos. El líder de la industria es Adobe InDesign y es la herramienta estándar para los diseñadores gráficos profesionales. InDesign ha tomado el lugar principal de Quark Xpress, un programa poderoso amigable para diseñar que también ofrece funcionalidad web. Los principales competidores son Microsoft Publisher y Corel Draw Graphics Suite. Microsoft Publisher es menos costoso que los otros programas.

Edición de imágenes

El software de edición de imágenes se puede utilizar para editar fotografías e ilustraciones, así como para crear gráficos. Este tipo de software se utiliza para manipular imágenes basadas en píxeles. Muchos profesionales de la ilustración utilizan este tipo de software para añadir color a sus ilustraciones. Adobe Photoshop es el programa estándar en todo el espectro de disciplinas de diseño profesional. Corel Draw Graphics Suite también se utiliza para la edición de imágenes. Corel ofrece Paint Shop Pro como un programa de edición inicial a un precio atractivo.

Ilustración

El software de ilustración se puede utilizar para crear ilustraciones, guiones gráficos y gráficos, incluyendo la tipografía especial y única. Estos programas crean imágenes basadas en gráficos vectoriales. Los gráficos vectoriales tienen la ventaja sobre los gráficos de píxel que puedan ser reescalados a un tamaño mayor sin pérdida de resolución, manteniendo la calidad de la imagen. El programa de ilustración principal es Adobe Illustrator. Corel Draw Graphics Suite tiene un público fiel de los ilustradores y diseñadores profesionales. Este producto único ofrece una capacidad de ilustración basada en vectores junto con las funciones de diseño de edición de imágenes y la página. Open Office ofrece una descarga gratuita de un conjunto de programas, incluyendo Open Office Draw.

Diseño web

El software de diseño web se utiliza para crear páginas web. Mientras que el software de diseño web crea y edita el código HTML para páginas web, la mayoría de los programas de software de diseño web le permiten al usuario trabajar con la tipografía, imágenes y otros archivos al mismo tiempo que genera automáticamente el código. Microsoft ofrece el programa Expression Web a un precio muy atractivo y el más costoso Expression Studio, dirigido a profesionales de la web. Adobe ofrece Dreamweaver, el programa estándar de la industria de diseño web.

Animación web 

El software de animación web se puede utilizar para crear clips animados para sitios web, botones interactivos y gadgets para sitios web, sitios web completos y piezas, incluso animados para usar fuera de la Web. Adobe Flash es el programa líder en animación web. Para la animación en tres dimensiones, la gama va desde los programas iniciales tales como Strata 3D y Corel Bryce 3D hasta el líder de la industria 3D Maya.

Presentación 

El software de presentación de gráficos se utiliza para crear gráficos que han de ser proyectados para una audiencia, por ejemplo en una presentación o conferencia de negocios. El programa de presentaciones de Microsoft PowerPoint es líder. Open Impress Office está disponible como una descarga gratuita. Otros competidores en el campo incluyen a Apple Keynote y Presentación de Google.

1.3 Formato gráfico y almacenamiento

Al momento de almacenar una imagen digital podemos elegir de entre varios formatos en que la información de tonos, brillos y contrastes va a ser recogida. Unos de ellos son comprimidos: algunos con pérdidas y otros sin ellas; otros en cambio no tienen compresión alguna. En algunos casos nos importará que ocupen poco espacio porque tengamos memoria limitada, o porque queramos que tarden poco en descargarse desde Internet. En otros casos, nos interesará tener la máxima calidad posible y poco importará el espacio que puedan ocupar

Dos son las características fundamentales que varían entre los diferentes formatos:
• Profundidad de color: se trata del número máximo de colores diferentes que puede contener una imagen en un formato.
• Compresión: si el almacenamiento de la información binaria es tal cual, o previo paso por una etapa de compactación de la información.

¿Compresión o no compresión?

Obviamente, las imágenes en formatos comprimidos de un tamaño y profundidad de color dados ocupan menos que las no comprimidas. Al mismo tiempo, sucede que al abrirlas y escribirlas tras haberlas modificado hay que descomprimirlas en el primer caso y comprimirlas en el otro. Sin embargo, estos procesos de compresión/descompresión no llevan apenas tiempo.
Realmente, la pregunta no es tanto: ¿Compresión o No compresión? sino ¿Compresión con pérdidas o no? 

¿Qué significa compresión con pérdidas?

Se trata de un mecanismo de compactación de la información de las imágenes digitales en que se consiguen unos elevados ratios de compresión. Aunque conllevan una pérdida en la información y por tanto en la calidad de la imagen. En los formatos de compresión con pérdidas se aplican algoritmos que permiten decidir cual es la información menos relevante para el ojo humano y la desechan. A mayor cantidad desechada mayor compresión, menor espacio, pero también menor calidad.

TIFF: 

(Tagged Image File Format o formato de archivo de imágenes con etiquetas): es uno de los formatos de almacenamiento sin pérdidas que usan muchas cámaras digitales. También se usa en los programas de retoque de imágenes digitales. Es un formato de almacenamiento de la más alta calidad. Admite una profundidad de color de 64 bits, aunque gracias al uso de un algoritmo de compresión sin pérdidas consigue reducir su nivel de espacio.

RAW:

(en inglés significa crudo): se usa como alternativa a TIFF. Consiste en almacenar directamente la información que procede del sensor de la cámara digital. Si hubiera que convertirla a TIFF el proceso tendría una mayor demora y requeriría mayor espacio de almacenamiento. Los formatos RAW suelen ser distintos entre los fabricantes. Como inconveniente tiene que para poder trabajar con las imágenes en un PC o para imprimirlas hay que llevar a cabo su conversión a otro formato estándar, lo cual lleva un cierto tiempo. Sin embargo, el nivel de calidad que tienen las imágenes en RAW es semejante al de las imágenes TIFF.

JPEG: 

(Joint Photographic Experts Group o Grupo de Expertos en un Conjunto de Fotografías): es uno de los formatos más populares, siendo uno de los más usados también en Internet. Permite almacenar y transmitir las imágenes ocupando muy poco espacio, aunque con pérdidas de calidad. Afortunadamente se puede decidir el nivel de pérdidas (y por tanto de calidad) que se desea tener. Aún con los niveles de calidad más altos en JPEG el ahorro de espacio es considerable frente a, por ejemplo, un fichero TIFF.

GIF: 

(Graphics Interchange Format o Formato de intercambio de gráficos): es el otro gran conocido de los internautas. Utiliza un algoritmo de compresión sin pérdidas. Sin embargo, la calidad en las imágenes no llega a ser muy alta por su limitada profundidad de color (sólo 8 bits). Permite transparencias e imágenes rodantes (que reciben el nombre de GIF’s animados).

PNG:

(Portable Network Graphics o Gráficas Portables para Red): otro de los formatos de Internet, aunque no tan popular como los dos anteriores. Ha sido concebido como el sustituto de GIF, incrementando su profundidad de color (hasta los 48 bits) y usando un mecanismo de compresión sin pérdidas mejorado.

PSD:

(Extensión de los ficheros creado por Photoshop): se trata del formato nativo del conocido programa de retoque fotográfico Photoshop. Admite capas, texto y almacena el estado de edición / manipulación en que puede haber quedado una imagen. Permite almacenar las imágenes con la calidad más alta, aunque a costa del uso de un gran espacio en disco.

1.4 Aspectos Matemáticos de la Graficación (Geometría Fractal)

El termino fractal proviene del latín fractus: quebrar. Son figuras geometricas autosemejantes, es decir que se repiten una y otra vez de forma infinita, cada vez a una escala menor. Se dice que este tipo de figuras no tiene un numero entero ni un numero finito de vertices, osea que tienen un numero no entero de dimenciones, por ejemplo 1.1134573 dimenciones.

La geometria fractal se trata de la creacion y tratamiento de figulas fractales. Tecnicas,metodos y caracteristicas para la creacion de dichas figuras.

Un fractal es un ente geométrico el cual en su desarrollo espacial se va reproduciendo a si mismo cada vez a una escala menor. Una característica esencial de los fractales consiste en que si observamos digamos, con una lupa, una parte cualquiera del mismo, ésta reproduce a escala menor la figura total del fractal. 

Como primer ejemplo vamos a presentar la construcción del fractal conocido como.Triángulo o Alfombra de Sierpinski. Se parte de un triángulo equilátero. Se marcan los puntos medios de cada lado y se unen por segmentos rectilíneos con lo que aparecerán 4 triángulos. El triángulo del medio se elimina. El procedimiento descrito se reitera en cada triángulo no suprimido una y otra vez.

1. Triangulo de Sierpinski

2. Mandelbrot.

 3. Helecho de Barnsley  

 4. Atractor de Lorenz

5.Difusión  

En esta parte de la unidad fuimos observando como es que evoluciono la graficacion, al paso de los años esta ocasiono un gran cambio en la vida de los seres humanos y el mundo, como fue que apareció el software para desarrollar animaciones y graficaciones ya que gracias a todos ellos la vida es mas fácil de expresar, al igual pudimos ver con que clases de programas se puede diseñar y trabajar para crea todo eso que nos gusta como las películas, caricaturas y demás programas y paginas web que nos encantan de la misma manera que conocimos los formatos de almacenamiento con los que llevamos todos esos mundo animados en nuestras computadoras y celulares.

Por todo eso debemos darnos cuento de lo importante que es la graficacion ya que sin ella no se que seria el mundo en estos momento lo difícil que seria expresar una idea y lo aburrido que podría ser ver la televisión y demás cosas que nos rodean a diario