Computación grafica

Introducción

La computación gráfica es la rama de las ciencias de la computación que se encarga del estudio, diseño y trabajo del despliegue de imágenes en la pantalla de un computador a través de las herramientas proporcionadas por la física, la óptica, la térmica, la geometría, etc.
Desde hace varios años con el gran avance de la informática se han desarrollado en todo el mundo diversos paquetes y programas graficadores que están a la disposición de todos los usuarios.
Aspectos Históricos

En el año de 1950 Dou Engerlbart miró hace el futuro y vio lo que nadie había visto. Engerlbart había estado pensando en lo complejo y urgentes que son los problemas del mundo y se preguntaba cómo podría ayudar a resolverlos.

En sus inicios las computadoras se utilizaban principalmente en aplicaciones científicas. La ENIAC, una de las primeras computadoras, calculaba densidades de neutrón transversales para ver si explotaría la bomba de hidrógeno.
El siguiente paso en la evolución de las computadoras fue la creación de dispositivos de visualización que permitían al usuario de una computadora observar los resultados del procesamiento en el dispositivo.
Durante la década de los 50 también continuó el desarrollo de los dispositivos de entrada.
La primera computadora que utilizó un CRT (Tubo de Rayos Catódicos) como dispositivo de visualización fue Whirlwind, construida en el MIT
El sistema para la defensa espacial SAGE, desarrollado para convertir los sonidos de detección de un radar en imágenes, fue el primero en emplear un lápiz óptico para seleccionar símbolos en la pantalla.
El primer videojuego de la historia fue creado en 1952, con el nombre de OXO. El juego era una versión del conocido “tres en raya” y fue escrito para la computadora EDSAC
En la década de los 60 se desarrollo los siguientes avances
Steve Russell creó el primer videojuego interactivo de naves espaciales.
1963 El Sketchpad inventado por Ivan Sutherland fue el primer sistema interactivo de gráficos por computadora utilizado para aplicaciones de diseño e ingeniería.

Los dispositivos llamados pantallas de vector, de trazo o caligráficas. Fue introducido al mercado por IBM en 1965 por primera vez-

Estos dispositivos se denominaban pantallas de vector, de trazo o caligráficas. El primer dispositivo de este tipo fue introducido al mercado por IBM en 1965.

1968 Tektronix introdujo un CRT con tubo de almacenamiento que permitía retener permanentemente un dibujo hasta que el usuario decidiera borrarlo.
1970 un estudiante de nombre Edwin Catmull. El creó una animación de su mano abriéndose y cerrándose. Se volvió uno de sus objetivos crear una película entera usando gráficos por computadora. En la misma clase Fred Parke creó una animación del rostro de su esposa.
1970 se comenzaron a introducir los gráficos por computadora en el mundo de la televisión
1971 Uno de los más importantes avances para los gráficos por computadora apareció en escena, el microprocesador.
Después de esto comenzó el desarrollo de un videojuego de arcadia llamado Pong
En la Decada de los 80
1980 En la conferencia SIGGRAPH fue mostrada una impactante película titulada “Vol Libre”. Se trataba de un vuelo de alta velocidad a través de montañas fractales generadas por computadora.
1986 Se formó Pixar cuando la división de gráficos por computadora de Lucasfilm fue adquirida por Steven Jobs.

Renderman Interface Specification, o RISpec, es un API desarrollada por los estudios de animación Pixarpara describir escenas tridimensionales y convertirlas en imágenes digitales foto realistas
En Los 90
1991 Terminator 2 fue estrenada e impuso un nuevo estándar para los efectos con imágenes generadas por computadora (CGI).
1994 trajo toda una gama de películas llenas de gráficos por computadora.
1995 se presentó la primera película de larga duración con gráficos y animaciones 3D por computadora.
1995 Sony lanzó al mercado mundial su consola de juegos Playstation (X) contenía un chip (además del CPU) de 3D acelerado por hardware capaz de dibujar 360,000 polígonos por segundo.
1997 la industria de los videojuegos experimentó de nuevo una revolución, esta vez fue el acelerador 3DFX Voodoo 3D. Este chip 3D aplastó por completo a la competencia con su increíble y extremadamente práctico desempeño en 3D
1999 Nvidia finalmente logró superar el desempeño de 3DFX en la batalla de los chips 3D con su procesador TNT2.
El año 2000
El año 2000 fue realmente “el año de nVidia“. En diciembre, nVidia adquirió los activos intelectuales de su alguna vez competidor 3DFX
2001 Nintendo lanzó el Gamecube en septiembre, al igual que el Gameboy Advance. Pero probablemente
el gran evento del 2001 fue el lanzamiento de la consola Xbox de Microsoft.

2003 aparecieron varias secuelas cinematográficas con grandes efectos especiales. X-Men 2, Matrix 2 y Terminator 3
2004 fue un buen año para los videojuegos.
2007 Para la película Spider-Man 3 de Sony Pictures Imageworks (SPI) usó el software Autodesk Maya para la animación en 3D,
Aspectos Tecnológicos
El hardware gráfico
Un sistema gráfico tradicional consta de cuatro componentes:
• Procesador
• Unidad de procesamiento gráfico
• Dispositivos de entrada
• Dispositivos de salida

. El dispositivo principal de salida de un sistema gráfico es un monitor,
La pantalla de video que utilizan la mayoría de las microcomputadoras se dividen en pequeños puntos A cada línea horizontal se le conoce como línea de barrido mientras que la presentación de video se denomina presentación por barrido.




Un pixel es la unidad mínima de representación gráfica. La resolución de una presentación por barrido es un indicador de su calidad gráfica y se determina por el número de pixeles por unidad de área
El proceso de barrido generalmente se divide en dos fases, cada una con una duración de 1/60 de segundo. En la primera fase se despliegan las líneas de barrido numeradas impares y, en la segunda, las líneas pares
Cuando se despliega una imagen en la pantalla de un monitor de video, se necesita iluminar solo los pixeles adecuados.
La memoria de video almacena el resultado de las funciones gráficas
El controlador de video es un dispositivo de hardware que lee el contenido de la memoria de video y lo deposita en un buffer de video, para luego convertir la representación digital de una cadena de valores de pixeles en señales analógicas de tensión que se envían en serie a la pantalla de video
El usuario de un sistema gráfico se comunica con el programa por medio de ciertos dispositivos de entrada y obtiene los resultados en los dispositivos de salida.

Dispositivos de entrada
• Teclado:
• Ratón:
• Trackball:
• Joystick:
• Gamepad:
• Scanner:
• Cámara Web:
• Lápiz óptico:
•Guante de datos:

Dispositivos de salida
• Impresora:
• Monitor:
• Altavoces

Una tarjeta gráfica o tarjeta de video, es una tarjeta de expansión para una computadora encargada de procesar los datos provenientes de la CPU y transformarlos en información comprensible y representable en un dispositivo de salida

El software gráfico
Una representación gráfica consiste en un conjunto de pixeles que se obtiene a partir de una idea de más alto nivel, por lo general el programador dispone de una serie de librerías de programación gráfica que le permiten escribir aplicaciones
Ejemplos de estas librerías podrían son OpenGL de SGI y Direct3D de Microsoft.
Por lo general, estas librerías permiten trabajar creando estructuras en un sistema de coordenadas local,
OpenGL (Open Graphics Library) es una API portable para desarrollar aplicaciones gráficas interactivas 2D y 3D

Algunas de las operaciones que se pueden realizar con OpenGL son las siguientes:
• Modelado de figuras a partir de primitivas básicas, mediante la creación de descripciones geométricas de los objetos (puntos, líneas, polígonos y mapas de bits).
• Situar los objetos en el espacio de una escena tridimensional y seleccionar el punto de vista desde el que se quiere observar.
• Determinar el color de los objetos. El color puede asignarse a cada pixel, o calcularse a partir de las condiciones de iluminación o asignarse por medio de una textura mapeada sobre los objetos.
• Convertir la representación matemática de los objetos y la información de color y textura asociada, en pixeles de la pantalla, en una imagen virtual tridimensional.

Direct3D es parte de DirectX, una API propiedad de Microsoft disponible tanto en los sistemas Windows de 32 y 64 bits, como para sus consolas Xbox y Xbox 360 para la programación de gráficos 3D

Conclusión

El uso de herramientas tecnológicas en el desarrollo de aplicaciones graficas ha contribuido atravez de varias décadas a obtener imágenes tridimensionales y películas con un realizmo basado en artes graficas, las cuales han pasado por un proceso de evolución continua que ha ido de la mano con la evolución de la tecnología desde el microprocesador hasta las tarjetas graficas de alto rendimiento que existen en la actualidad.

Las aplicaciones de la computación gráfica dan mucho beneficio a la ingeniería, ciencia, educación y arte.
Además se encarga del estudio, diseño y trabajo del despliegue de imágenes en la pantalla de un computador a través de las herramientas proporcionadas por la física, la óptica, la térmica, la geometría, etc.