INTRODUCCIÓN A LAS GRÁFICAS POR COMPUTADORA

Los Gráficos por Computadora han llegado a ser en la actualidad una potente herramienta para la producción rápida y eficiente de imágenes a partir de datos. Prácticamente no existe ninguna tarea en la que la representación gráfica de la información no pueda aportar alguna ventaja y por tanto no sorprende encontrar gráficos por computadora en muchas áreas de aplicación.

Actualmente los Gráficos desarrollados por Computadora se emplean a diario en campos tan diversos como las ciencias, las artes, la ingeniería, los negocios, la industria, la medicina, el entretenimiento, la publicidad, la educación, la obtención de información y en diversas aplicaciones caseras.

La representación de datos en forma gráfica ofrece mensajes más claros y se consigue que la transmisión de la información sea más fácil de lograr.

Aquella afirmación que dice que una imagen vale más que mil palabras sigue siendo válida. En la era de internet y de las tecnologías de la información se han dado varios pasos en la accesibilidad a la misma, pero se han dado varios pasos atrás en la facilidad de encontrar cosas, entender el contexto y extraer conclusiones. La representación de datos de forma gráfica ayuda a presentar datos de forma sencilla, ya que el principal problema que tiene la representación de datos es la objetividad y comprensión de lo que se desea comunicar.Es importante aclarar que el área de las Gráficas por Computadora es muy importante en la actualidad, ya que estudiar esta asignatura permitirá crear aplicaciones muy conocidas por su utilidad, tales como Paint, Gimp, Autocad, 3D Studio Max o la alternativa libre y gratuita Blender, capaz de modelar, animar y realizar videojuegos así como muchos otros que tienen como finalidad la generación y edición de gráficos, ya sea en 2 o en 3 dimensiones.

Figura 1.1. El primer Gráfico por Computador en aparecer en pantallas de cine es Toy Story.

DISEÑO ASISTIDO POR COMPUTADORA

El Diseño Asistido por Computadora es un proceso conocido por las siglas CAD, que surgen del inglés Computer Aided Design, e incluyen la mejora, fabricación, desarrollo y diseño de productos con la ayuda de la computadora. Consiste en el uso de un amplio rango de herramientas computacionales que asisten tanto a ingenieros, arquitectos y a otros profesionales del diseño en sus respectivas actividades. Con este proceso se pretende fabricarlos con una mayor precisión, a un menor precio y mucho más rápido que si se hiciera solamente por humanos.

El Diseño Asistido por Computadora nos muestra el proceso completo de fabricación de un determinado producto con todas y cada una de sus características como tamaño, o contorno. Todo esto se graba en un dispositivo de almacenamiento de la computadora en dibujos bidimensionales o tridimensionales y así su creador puede con posterioridad mejorarlos, o compartirlos con otros para perfeccionar su diseño. La fabricación de productos por medio del diseño asistido por computadora tiene muchas ventajas respecto a la fabricación con operarios humanos. Entre estas están la reducción de costo de mano de obra o la eliminación de los inevitables errores humanos.

También en la computadora se puede simular el funcionamiento de un determinado producto; se comprueba por ejemplo en un engranaje para saber cuales son sus puntos de fricción críticos y así poder corregirlos. Con el Diseño Asistido por Computadora se puede fabricar productos complejos que serían prácticamente imposibles de realizar por el ser humano y se podría modificar con suma facilidad en caso de una actualización necesaria.

Las herramientas de dibujo en 2D se basan en entidades geométricas vectoriales llamadas primitivas, tales como puntos, líneas, circunferencias, arcos, polígonos y textos, con las que se puede operar a través de una interfaz gráfica. Los modeladores en 3D añaden superficies y sólidos entre otros detalles que caracterizan este tipo de desarrollo.

De los modelos reales pueden obtenerse planos con cotas y anotaciones para generar la documentación técnica específica de cada proyecto. Los modeladores en 3D pueden, además, producir previsualizaciones del producto mostrando la apariencia que habrá de tener una vez que sea construído, aunque en ocasiones se prefiere exportar los modelos a programas especializados en visualización y animación, tales como Autodesk Maya, Bentley Microstation, Softimage XSI o Autodesk 3D Studio.

Figura 1.2. Diseño de un vehículo espacial por medio de un programa de CAD.

AutoCAD

Al igual que otros programas de Diseño Asistido por Computadora, AutoCAD gestiona una base de entidades geométricas como puntos, líneas, arcos, entre otros con la que se puede operar a través de una pantalla gráfica en la que se muestran éstas primitivas y que se denomina editor de dibujo. La interacción del usuario se realiza a través de comandos, de edición o dibujo, desde la línea de órdenes, a la que el programa está fundamentalmente orientado. Las versiones mas actuales del programa permiten la introducción de la información y los datos mediante una interfaz gráfica de usuario que facilita el proceso.

Parte del programa AutoCAD está orientado a la producción de planos o diagramas, empleando para ello las técnicas tradicionales empleadas en el dibujo, como lo son el manejo de color, grosor de líneas y texturas tramadas. AutoCAD, a partir de su versión 11, utiliza el concepto de espacio modelo y espacio papel para separar las fases de diseño y dibujo en 2D y 3D de las específicas para obtener planos trazados en papel a su correspondiente escala. La extensión del archivo de AutoCAD es .dwg, aunque permite exportar en otros formatos siendo el más conocido es el .dxf que es el que permite compartir dibujos con otras plataformas de dibujo CAD.

Figura 1.3. Diseño de un automóvil realizado en AutoCAD 2004.

MathCAD

Mathcad es un programa algebraico de computadora, distribuido por PTC (Parametric Technology Corporation) y que aunque ha tenido un mayor uso durante el siglo pasado aún se considera un buen ejemplo de programa de esta familia. A diferencia de otros programas, MathCad es más intuitivo de usar, aparte de que muchos usuarios creen que su prioridad es ser un programa más de documentación que de cálculo, aunque también es potente en este ámbito, es muy visual y permite el uso de plantillas de funciones en las que solo es necesario escribir los valores deseados, incluso cuando se desea graficar funciones.

Algunas de las capacidades matemáticas de Mathcad están basadas en parte del código del programa algebraico Maple. MathCad se encuentra organizado como una hoja de trabajo, en las que las ecuaciones y expresiones se muestran gráficamente en pantalla y no solo como simple texto.

Dentro de las capacidades de MathCad se encuentran las siguientes:

Resolver ecuaciones diferenciales empleando diversos métodos numéricos.

Graficar funciones en dos o tres dimensiones. El uso del alfabeto griego, tanto letras griegas mayúsculas como minúsculas. Cálculo de expresiones simbólicas. Operaciones con arreglos (vectores y matrices). Solución simbólica de un sistema de ecuaciones. Encontrar la gráfica conocida como la curva de tendencia de un grupo de datos. Implementación de subprogramas. Encontrar raíces de polinomios y funciones. Funciones estadísticas y distribuciones de probabilidad.

Encontrar valores propios o autovalores y vectores propios o autovectores.

Figura 1.4. MathCAD y su amplia gama de aplicación matemática.

Blender

Blender es un programa informático multiplataforma, dedicado especialmente al modelado, animación y creación de gráficos tridimensionales aplicados en los videojuegos.

El programa fue inicialmente distribuido de forma gratuita pero sin el código fuente, con un manual disponible para la venta, aunque posteriormente pasó a ser software libre. Actualmente es compatible con todas las versiones de los sistemas operativos mas usados como Windows, Mac OS X, Linux, Solaris o FreeBSD.

A continuación se ennumeran las principales características que el fabricante difunde para la promoción de su producto:

Tiene una muy peculiar interfaz gráfica de usuario, que se critica como poco intuitiva, pues no se basa en el sistema clásico de ventanas; pero tiene a su vez ventajas importantes sobre éstas, como la configuración personalizada de la distribución de los menús y vistas de cámara.

Multiplataforma, libre, gratuito y con un tamaño de origen realmente pequeño comparado con otros paquetes de 3D, dependiendo del sistema operativo en el que se ejecuta.

Capacidad para producir una gran variedad de primitivas geométricas, incluyendo curvas,

mallas objetos poligonales entre otros. Junto a las herramientas de animación típicas se incluye cinemática inversa, deformaciones por armadura o cuadrícula, vértices de carga y partículas estáticas y dinámicas. Edición de audio y sincronización de video. Características interactivas para juegos como detección de colisiones, recreaciones dinámicas y lógica. Posibilidades de renderizado interno versátil e integración externa con potentes trazadores de rayos o "raytracer" libres como kerkythea, YafRay o Yafrid. Lenguaje Python para automatizar o controlar varias tareas. Blender acepta formatos gráficos como TGA, JPG, Iris, SGI, o TIFF. También puede leer ficheros tipo Inventor. Motor de juegos 3D integrado, con un sistema de ladrillos lógicos. Para más control se usa programación en lenguaje Python. Simulaciones dinámicas para softbodies, partículas y fluidos. Modificadores apilables, para la aplicación de transformación no destructiva sobre mallas. Sistema de partículas estáticas para simular cabellos y pelajes, al que se han agregado nuevas propiedades entre las opciones de shaders para lograr texturas realistas.

Figura 1.5. Imagen generada con Blender 2.5.

ORIGEN DE LAS GRÁFICAS POR COMPUTADORA

Aunque se cuenta con antecedentes de proyectos que consideraban interfaces gráficas eficientes, el primer gran avance en gráficas realizadas por computadora fue el desarrollo de el proyecto Sketchpad desarrollado en 1962 por Ivan Sutherland.

Sketchpad fue un programa de cómputo revolucionario, escrito por el ya referido programador en el curso de su tesis de doctorado en el Instituto Tecnológico de Massachusetts intitulada “A Machines Graphics Comunications System”. Sketchpad es considerado como el antecesor de los modernos sistemas de Diseño Asistido por Computador que ya se expusieron anteriormente, así como de abrir una brecha importante en el desarrollo de los Gráficos por Computador en general. Ivan Sutherland demostró con esto que los mismos podrían ser usados para propósitos artísticos y técnicos, además de demostrar un método novedoso de interacción entre hombre y máquina y sobre todo ayudó a

cambiar la forma como la gente interactuaba con los equipos de cómputo.

Lo más interesante fue la demostración de que un programa sería capaz de calcular qué líneas eran las que definían la parte observable del objeto a la vez que eliminaba de la pantalla el resto aunque las líneas ocultas eran almacenadas en la memoria de la computadora, en una base con información, y volvían a aparecer cuando se colocaba el cuerpo en una posición diferente respecto al observador. Las limitaciones del sistema procedían más de la capacidad del computador que del principio conceptual como tal.

En 1963 se extiende el uso del sistema Sketchpad al ser implementado en algunas universidades de los Estados Unidos.

Figura 1.6. Ivan Sutherland trabajando en su proyecto.

ARTE POR COMPUTADORA

Los métodos de gráficas por computadora se utilizan en forma generalizada tanto en aplicaciones de bellas artes como en aplicaciones de arte comercial pues tanto el arte puro como el comercial hacen uso de los mismos. Los artistas tienen disponibles una variedad de métodos y herramientas, incluyendo hardware especializado, paquetes de software comercial, programas de matemáticas simbólica, paquetes de software CAD, software de escritorio para publicación y sistemas de animación que proporcionan capacidades para diseñar formas de objetos y especificar sus movimientos. La idea básica del programa denominado paintbrush (brocha de pintar) permite a los artistas “pintar” imágenes en la pantalla de un monitor de video.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. Se simula el movimiento al mover ligeramente las posiciones de los objetos con respecto a las del cuadro anterior. Una vez presentados todos los cuadros de la secuencia de animación, se transfieren a película o se almacenan en un búfer de video para hacer una reproducción.Las animaciones en película requieren 24 cuadros por cada segundo de la secuencia de animación. Si se reproduce en un monitor de video, se requieren de 30 cuadros por segundo. Un método común de gráficas que se utilizan en muchos comerciales es la transformación llamada morphing, donde se transforma un objeto en otro como una especie de

metamorfosis. En producciones audiovisuales se ha empleado para transformar una persona en una pantera, y el rostro de una persona en el de otra, por ejemplo.

Figura 1.7. Dibujo hecho en el programa PaintBrush

Diferencia entre arte tradicional y digital

Una de las características principales del arte digital es que puede ser modificado, a diferencia del tradicional, que es estático. Incluso el papel del espectador con respecto a la obra digital es fundamental: de una participación pasiva a poder formar parte de la pieza por medio de técnicas tales como la aplicación de la tercera dimensión mientras que en el principio se contemplaba sólo la percepción visual simple. Además el arte tradicional permite la producción de un solo original mientras que en el digital es posible reproducir un sin número de originales con calidad semejante.

Como medio audiovisual los productos de arte digital han evolucionado de manera similar como lo hicieron en un momento la fotografía y el cine: al principio imitan características de los medios existentes y poco a poco adquieren cualidades propias. En sus inicios la estructura de una página web semejaba a un medio impreso: contenía gran cantidad de texto, algunas cuantas imágenes, una estructura lineal y muy poco movimiento. Con el paso de los años y el desarrollo de la tecnología ha adquirido características distintas por medio de programas como Director, Flash y Dreamweaver que han permitido una mayor interacción, además de lenguajes como Java, JavaScript y Lingo que generan productos más creativos e innovadores.

Figura 1.8. Arte por computadora.

INTERFACES GRÁFICAS PARA EL USUARIO (GUI)

Los avances de la ciencia y la tecnología han puesto al hombre en un plano intermedio entre lo tangible e intangible computacionalmente hablando; es tan común el convivir con un computador cotidianamente que cada vez se hace más necesaria la mejor interacción hombre-máquina a través de una adecuada interfaz de usuario, que le brinde tanto comodidad como eficiencia.

Podemos decir que una GUI (del inglés Graphical User Interface), es la parte de una aplicación que el usuario ve y con la cual interactúa. Está relacionada con la subyacente estructura, la arquitectura, y el código que hace el trabajo del software, pero no se confunde con ellos. La interfaz incluye las pantallas, ventanas, controles, menús, la ayuda en línea y la documentación

Cualquier cosa que el usuario ve y con lo cual interactúa es parte de la interfaz. Una interfaz inteligente es fácil de aprender y usar. Permite a los usuarios hacer su trabajo o desempeñar una tarea en la manera que hace más sentido para ellos, en vez de tener que ajustarse al software.

Dentro de las Interfaces de Usuario se distinguir básicamente dos tipos:

Una interfaz de hardware, a nivel de los dispositivos utilizados para ingresar, procesar y entregar los datos: teclado, ratón y pantalla visualizadora.

Una interfaz de software, destinada a entregar información acerca de los procesos y herramientas de control, a través de lo que el usuario observa habitualmente en la pantalla.Algunos GUIs son diseñados para cumplir con los rigurosos requisitos de los mercados comerciales y que se conocen como "GUIs de uso específico. " Un ejemplo de este tipo es el ahora familiar Touchscreen o Pantalla Táctil (pantalla que al ser tocada efectúa los comandos del ratón en el software). Estos dispositivos son encontrados en muchos quioscos ubicados en diversos lugares públicos. Originalmente fueron desarrollados por Gene Mosher para usarse en la computadora del ST de Atari en 1986, el uso que el específico GUI en el Touchscreen ha encabezado una revolución mundial en el uso de las computadoras.

Características de una buena GUI

1. Se cuenta con un monitor gráfico de alta resolución.

2. Se posee un dispositivo apuntador (típicamente un ratón).

3. Promueve la consistencia de la interfaz entre programas.

4. Los usuarios pueden ver en la pantalla los gráficos y textos tal y como se verán impresos.

5. Sigue el paradigma de la interacción objeto-acción.

6. Permite la transferencia de información entre programas.

7. Se pueden manipular en la pantalla directamente los objetos y la información.

8. Provee elementos de interfaz estándar como menús y diálogos.

9. Existe una muestra visual de la información y los objetos (iconos y ventanas).

10. Proporciona respuesta visual a las acciones del usuario.

11. Existe información visual de las acciones y modos del usuario/sistema (menús, paletas).

12. Existen controles gráficos (widgets) para la selección e introducción de la información.

13. Permite a los usuarios personalizar la interfaz y las interacciones.

14. Proporciona flexibilidad en el uso de dispositivos de entrada (teclado/ratón).

Figura 1.9. Interfaz gráfica de usuario o GUI.

DISPOSITIVOS DE DESPLIEGUE

El monitor es el componente encargado de traducir y mostrar las imágenes que en forma de señales provienen de la tarjeta gráfica.

Los dispositivos de despliegue desarrollados a mediados de los 60s y de uso común hasta mediados de los 80s son denominados vectoriales. En este contexto el término vector es usado como sinónimo de línea o trazo en contraposición a los mapas de bits que son aquellos en los que se cuenta con patrones con relleno de superficie. Un ejemplo de imágenes vectoriales son las que se visualizan en una pantalla de radar. Inclusive en muchas ocasiones las líneas curvas son aproximadas con un conjunto de trazos rectos.

Los monitores también llamados pantallas de video se pueden clasificar en emisivas y en no emisivas. Los primeros son aquellos que tienen un elemento productor de luz al ser estimulados con energía eléctrica, tales como los leds o los gases de un monitor de plasma; un Tubo de Rayos Catódicos también es un dispositivo de este tipo. Por otra parte en los no emisivos existe un dispositivo luminoso tal como una o varias lámparas de luz blanca o la propia luz solar que son las que generan la luz y el tipo de color mostrado se logra por medio de efectos ópticos en un elemento tal como el cristal líquido.

MONITORES DE TUBO DE RAYOS CATÓDICOS O TRC

El Tubo de Rayos Catódicos (o CRT del inglés Cathode Ray Tube) es un dispositivo de visualización inventado por William Crookes en el año de 1875. Se emplea principalmente en monitores, televisores y osciloscopios, aunque en la actualidad están desapareciendo paulatinamente y siendo sustituidos por tecnologías como plasma, LCD, LED, OLED o DLP.

Figura 1.10. Monitor de TRC.

Funcionamiento del TRC

Su interior es muy parecido al de un televisor convencional aunque no se pueden emplear para trabajar en ambas funciones. La mayoría del espacio está ocupado precisamente por el tubo de rayos catódicos que le da el nombre y en el que se sitúa un cañón de electrones. Este cañón dispara constantemente un haz de electrones contra la pantalla, que está recubierta de fósforo (material que se ilumina al entrar en contacto con los electrones). En los monitores en color, cada punto o píxel de la pantalla está compuesto por tres pequeños puntos de fósforo: rojo, azul y verde. Iluminando cada uno de estos componentes con diferentes intensidades, puede obtenerse cualquier color de la gama de opciones posibles.

Un haz de electrones, que son los rayos catódicos, emitidos por un cañón de electrones, pasa a través de los 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, por lo que se requiere de algún método para mantener la imagen de la pantalla y una forma es trazar la imagen repetidas ocasiones en fracciones de tiempo muy pequeñas para que haya persistencia.

Ésta es la forma de mostrar un punto en la pantalla, pero la pregunta es ¿cómo se consigue rellenar toda la pantalla de puntos? La respuesta es fácil: el cañón de electrones activa el primer punto de la esquina superior izquierda y, rápidamente, activa los siguientes puntos de la primera línea horizontal. Después sigue pintando y rellenando las demás líneas de la pantalla hasta llegar a la última y vuelve a comenzar el proceso. Esta acción es tan rápida que el ojo humano no es capaz de distinguir cómo se activan los puntos por separado, percibiendo la ilusión de que todos los píxeles se activan al mismo tiempo por el efecto de persistencia.Los principales componentes de un cañón de electrones para un TRC son el cátodo de metal calentado y una rejilla de control. La intensidad del haz de electrones se controla al ajustar niveles de voltaje que por cierto son del orden de los kilovoltios en la rejilla de control, que es un cilindro metálico colocado sobre el cátodo. El sistema de enfoque en un TRC es necesario para forzar el haz de electrones a que converja en una pequeña región conforme hace contacto con el fósforo. Este enfoque se logra ya sea con campos eléctricos o con campos magnéticos.Los más recientes tubos de rayos catódicos están construidos con bobinas o retículas de deflexión magnética montadas en el exterior de la cubierta del TRC, utilizando dos pares de ellas, con un par montado en los lados opuestos de cuello de la cubierta de TRC. Si se utiliza la deflexión electrostática, se montan dos pares de placas paralelas dentro del TRC. Se monta un par de placas en sentido horizontal para controlar la llamada deflexión vertical y el otro par se monta en sentido vertical para controlar la deflexión horizontal.Distintas clases de fósforo están disponibles para utilizarse en los TRC. Además del color, la principal diferencia entre los diversos fósforos es su persistencia, es decir ¿cuánto tiempo seguirá emitiendo luz después de que se retire el haz de TRC? La persistencia se define como el tiempo que la luz emitida desde la pantalla tarda en disminuir en una décima parte de su intensidad original. Un fósforo con baja persistencia es útil para la animación; mientras que uno con alta persistencia es útil para desplegar imágenes estáticas muy complicadas. Los monitores gráficos se construyen por lo general, con una persistencia del orden de 10 a 60 microsegundos.

El número máximo de puntos que se pueden desplegar sin que se traslapen en un TRC por

centímetro se conoce como la resolución. Una definición más precisa es el número de puntos por centímetro que se pueden trazar en sentidos horizontal y vertical. La resolución común de los sistemas de alta calidad es de 1280 por 1024 y a estos se les llama sistemas de alta resolución o definición. Otra propiedad de los monitores de vídeo es la razón de aspecto. Este número da la proporción de los puntos verticales con respecto de los puntos horizontales necesarios para producir líneas con una longitud igual en ambas direcciones de la pantalla (expresada también en términos de la razón de puntos horizontales a verticales). 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.

Dos puntos adyacentes parecerán distintos siempre y cuando su separación sea mayor que el diámetro en que cada punto tiene una intensidad aproximada del 60% de la del centro del punto.

Figura 1.11. Representación esquemática de un TRC.

MONITORES TRC DE COLOR

Un monitor TRC puede desplegar 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 TRC son el método de penetración de haz y el método de máscara de sombra.El método de penetración de haz para desplegar imágenes a color se utiliza con monitores de trazado aleatorio. Se recubren con capas de fósforo, de colores rojo, verde y azul en el interior de la pantalla del TRC y el color que se despliega depende de cuánto penetra el haz de electrones en las capas de fósforo. Un haz de electrones lento solo excita la capa roja exterior. La velocidad de los electrones y, por lo tanto el color de la pantalla en cualquier punto, se controla mediante el voltaje de aceleración del haz.Los métodos de máscara de sombra se utilizan, de manera regular en sistemas de barrido por rastreo y son mucho más usuales en la tecnología de desplegado de colores que los anteriores. Un TRC de máscara de sombra tiene tres puntos de color de fósforo en cada posición de pixel; un punto de fósforo emite una luz roja, otro emite una luz verde y el tercero emite una luz azul. Este tipo de TRC tiene tres cañones de electrones, uno para cada punto de color, y una rejilla de máscara de sombra justo atrás de la pantalla con recubrimiento de fósforo. Los puntos de fósforo de los triángulos se ordenan de modo que

cada haz de electrones pueda activar sólo su punto de color correspondiente cuando pasa a través de la máscara de sombra. El obtener variaciones de color en un TRC de máscara de sombra ocurre al variar los niveles de intensidad de los tres haces de electrones.Los TRC de colores empleados en los sistemas gráficos más usuales de manera comercial y doméstico están diseñados para utilizar métodos de máscara de sombra y toman el nivel de intensidad para cada cañón de electrones (roja verde y azul) directamente del sistema de computo sin ningún procesamiento intermedio. Un sistema de color RGB llamado así por las iniciales en inglés de los colores Red, Green y Blue, con 24 bits se conoce por lo regular como un sistema de color total o un sistema de color real.Reiterando los conceptos referidos anteriormente los monitores en color utilizan tres materiales agrupados en un punto, por lo que el frontal del tubo está cubierto de puntos minúsculos. Cada una de estas materias produce un color si es sometida a un flujo de electrones. Los colores pueden ser el rojo, el verde o el azul.Hay tres haces de electrones en un cañón, uno por cada color, y cada haz sólo puede encender los puntos de un color. Hay dispuesta una máscara en el tubo antes del frontal para evitar que interfieran los electrones de varios haces.Es muy importante considerar que se ha agregado en las más recientes tecnologías un cuarto color que es el amarillo y que se ha adicionado con el propósito de poder representar una mayor cantidad de colores

Figura 1.12. Detalle de una pantalla TRC a colores .

MONITORES LCD

Cada vez más populares, los monitores LCD (Liquid Crystal Display) que significa Monitores de Cristal Líquido ya son considerados por muchos como indispensables para el uso de la computadora y no es para menos, ya que además de que ocupan menos espacio y son más ligeros, consumen menos energía y son más confortables para la vista.

La tecnología LCD no es empleada sólamente en los monitores para computadoras. En el mercado, es posible encontrar dispositivos portátiles como consolas de videojuegos, teléfonos celulares, calculadoras, cámaras digitales y tablets cuya pantalla está construida con la tecnología LCD. Además de eso, vale acordarse que las computadoras portátiles utilizan esta tecnología desde hace algunos años.

Esto sucede porque la tecnología LCD permite mostrar imágenes ya sea monocromáticas o

en color y animaciones en prácticamente cualquier dispositivo, sin la necesidad de un voluminoso tubo de imagen, como sucede con los monitores TRC.

La tecnología LCD utiliza las propiedades del cristal líquido, en el que aplicando descargas eléctricas y contando con un transmisor y un filtro, se forman los diversos colores que conforman las imágenes.

Como indica el nombre, las pantallas de LCD están formadas por un material denominado cristal líquido. Las moléculas de ese material son distribuidas entre dos láminas transparentes polarizadas. Esa polarización es orientada de manera diferente en las dos láminas, de forma que se formen ejes polarizadores perpendiculares, como si formaran un ángulo de 90°. En pocas palabras es como si una lámina recibiera polarización horizontal y la otra polarización vertical.

Las moléculas de cristal líquido son capaces de orientar la luz. Cuando una imagen es mostrada en un monitor LCD, elementos eléctricos presentes en las láminas generan campos magnéticos que inducen al cristal líquido a encaminar la luz que entra de la fuente luminosa para formar el contenido visual. Sin embargo, una tensión diferente puede ser aplicada, haciendo que las moléculas de cristal líquido se alteren de manera que impidan el pasaje de la luz.

Los despliegues de cristal liquido (LCD) se utilizan, por lo regular, en sistemas pequeños, como calculadoras y computadoras portátiles. Estos dispositivos no emisivos producen una imagen al pasar luz polarizada de su alrededor o de una fuente de luz interna a través de un material de cristal líquido que puede alinearse con cualquier bloque o transmitir la luz. En cuanto al término de cristal líquido se refiere al hecho de que estos compuestos tienen una estructura molecular cristalina, aunque fluyen como un líquido.En un inicio LCD tenía la desventaja de que no se podrían construir monitores de gran tamaño con esta tecnología, lo cual ya no es problema en la actualidad por lo que tiene más éxito que el Plasma.

Figura 1.13. Pantalla LCD.

PANTALLA DE PLASMA

Una pantalla de plasma también se le llama PDP por las siglas en inglés del nombre plasma display panel siendo un tipo de pantalla plana habitualmente usada en televisores de gran tamaño hasta 70 pulgadas, aunque también es utilizado en televisores

de pequeños formatos, como 22, 26 y 32 pulgadas. Una desventaja de este tipo de pantallas en grandes formatos, como 42, 45, 50 y hasta 70 pulgadas, es la alta cantidad de calor que emanan, lo que no es muy agradable para un usuario que guste de largas horas de televisión o videojuegos. Consta de muchas celdas diminutas situadas entre dos paneles de cristal que contienen una mezcla de gases nobles, principalmente neón, xenón y algunas veces también el argón. El gas en las celdas se convierte eléctricamente en plasma, el cual provoca que una substancia fosforescente, que no es fósforo precisamente, emita luz.

Un monitor de Plasma es donde se generan las imágenes a través de gases como los anteriormente referidos, entre otros gases nobles, que al aplicarles electricidad reaccionan con el fósforo, creando los tres colores básicos (rojo, verde y azul) de los cuales se obtienen las demás combinaciones de colores.

Los gases en un televisor de plasma están contenidos en cientos de miles de celdas diminutas entre dos pantallas de cristal. Los electrodos también se encuentran “emparedados” por así decirlo entre los dos cristales, en la parte frontal y posterior de las celdas. Ciertos electrodos se ubican detrás de las celdas; a lo largo del panel de cristal trasero, y otros electrodos, que están rodeados por un material aislante dieléctrico y cubierto por una capa protectora de óxido de magnesio, están ubicados en frente de la celda, a lo largo del panel de cristal frontal. El circuito carga los electrodos que se cruzan creando diferencia de voltaje entre la parte trasera y la frontal, y provocan que el gas se ionice y forme el plasma. Posteriormente, los iones del gas corren hacia los electrodos, donde colisionan emitiendo fotones, es decir, los colores que percibe el espectador.Obsérvese que Plasma y LCD emplean formas completamente diferentes para crear colores. Plasma usa gases nobles y fósforo, mientras que LCD usa cristales líquidos y filtros de color.

Figura 1.14. Composición de una pantalla de plasma.

SISTEMAS ESTEREOSCÓPICOS Y DE REALIDAD VIRTUAL

Otra técnica para representar objetos tridimensionales es el despliegue de vistas estereoscópicas. Este método no reproduce imágenes tridimensionales reales, pero ofrece un efecto como si fuera tal. Primero se requiere obtener dos vista muy cercanas entre sí de una escena generada desde una dirección de vista, cuando vemos de modo simultáneo la

vista izquierda con el ojo izquierdo y la vista derecha con el ojo derecho y las dos vistas se combinan en una sola imagen. Una manera de producir un efecto estereoscópico consiste en desplegar cada una de las dos vistas con un sistema de barrido en ciclos de enfriamiento alterno. La vista estereoscópica también es un componente de los sistemas de realidad virtual.

DISPOSITIVOS DE ENTRADA

Las estaciones de trabajo gráficas pueden utilizar diversos dispositivos para la entrada de datos. La mayoría de los sistemas disponen de un teclado y uno o más dispositivos adicionales específicamente para poder realizar entradas interactivas. Entre estos dispositivos se incluyen el ratón, el joystick y los digitalizadores. Otros dispositivos de entrada, que se utilizan en aplicaciones particulares son sensores de acción para los videojuegos, así como otros controles de mando, los guantes de datos, los paneles táctiles, y los sistemas de voz. Cuando se crean algunas películas con efectos especiales se emplean sensores que llevan puestos algunos personajes y que actúan como si fueran un ser extraño al que están representando. El teclado es un dispositivo eficiente para capturar datos no gráficos como los encabezados de imágenes asociados con un despliegue gráfico

Figura 1.15. Dispositivos de entrada.

TECLADO: Un teclado completo se compone de una serie de teclas agrupadas en tipos de funciones que podremos describir cada uno como sigue: Teclado alfanumérico, que es un conjunto de 62 teclas entre las que se encuentran las letras, números, símbolos ortográficos, Enter, Alt, Shift...etc. Teclado de Función, que es un conjunto de 13 teclas entre las que se encuentran el ESC, tan utilizado en sistemas informáticos más 12 teclas de función. Estas teclas suelen ser

configurables pero, por ejemplo, existe un convenio estándar para asignar la ayuda a F1. Teclado Numérico, que se suele encontrar a la derecha del teclado alfanumérico y consta de los números así como de un Enter y los operadores numéricos de suma, resta, multiplicación y división. Teclado Especial, que son las flechas de dirección y un conjunto de 9 teclas agrupadas en 2 grupos; uno de 6 (Inicio y fin entre otras) y otro de 3 con la tecla de impresión de pantalla entre ellas.RATÓN: A este periférico se le llamó así por su parecido físico con este animal. Es común que estén constituidos por una caja con una forma más o menos anatómica en la que se encuentran dos botones que harán los famosos clicks de ratón siendo transmitidos por el cable a un puerto de la máquina. Dentro de esta caja se encuentra una bola que sobresale de la caja a la que se pegan 4 rodillos ortogonalmente dispuestos que serán los que definan la dirección de movimiento del ratón. El ratón se mueve por una alfombrilla ocasionando el movimiento de la bola que a su vez origina el movimiento de uno o varios de estos rodillos y que se transforma en señales eléctricas y producen el efecto de desplazamiento del ratón por la pantalla de la computadora.ESCÁNER: Es un dispositivo que utiliza un haz luminoso para detectar los patrones de los colores de la superficie del papel, convirtiendo la imagen en señales digitales que se pueden manipular por medio de un software de tratamiento de imágenes o con reconocimiento óptico de caracteres. Un tipo de escáner utilizado con frecuencia es el de cama plana, que significa que el dispositivo de barrido se desplaza a lo largo de un documento fijo. En este tipo de escáneres, como las fotocopiadoras de oficina, los objetos se colocan boca abajo sobre una superficie lisa de cristal y son barridos por un mecanismo que pasa por debajo de ellos. Otro tipo de escáner también flatbed utiliza un elemento de barrido instalado en una carcasa fija encima del documento.LÁPIZ ÓPTICO: Es un dispositivo señalador que permite sostener sobre la pantalla un lápiz que está conectado al computador y con el que es posible seleccionar elementos u opciones lo que sería el equivalente a un clic de mouse o ratón, bien presionando un botón en un lateral del lápiz óptico o presionando éste contra la superficie de la pantalla.

JOYSTICK: Este dispositivo señalador es también conocido, utilizado mayoritariamente para juegos de computadora, pero que también se emplea para otras tareas. Un joystick o palanca de juegos tiene normalmente una base de plástico redonda o rectangular, a la que está acoplada una palanca vertical. Los botones de control se localizan sobre la base y algunas veces en la parte superior de la palanca, que puede moverse en todas direcciones para controlar el movimiento de un objeto en la pantalla. Los botones activan diversos elementos de software, generalmente produciendo un efecto en la pantalla.PANTALLA TÁCTIL: pantalla diseñada o modificada para reconocer la situación de una presión en su superficie. Al tocar la pantalla, el usuario puede hacer una selección o mover el cursor. El tipo de pantalla táctil más sencillo está compuesto de una red de líneas sensibles, que determinan la situación de una presión mediante la unión de los contactos verticales y horizontales.GUANTE DE DATOS: se puede utilizar para sujetar un objeto virtual sobre todo en los videojuegos; está construido con una serie de sensores que detectan los movimientos de la mano y los dedos. Se emplea un acoplamiento electromagnético entre antenas transmisoras y antenas receptoras para proporcionar información acerca de la posición y la orientación de la mano. Cada una de las antenas transmisoras y receptoras puede

estar estructurada con un conjunto de tres retículas y puede emplearse para poner en posición y manipular objetos en una escena virtual.

INTRODUCCIÓN AL PROCESAMIENTO DE IMÁGENES

EL PROCESAMIENTO DE IMÁGENES tiene como objetivo mejorar el aspecto de las mismas y hacer más evidentes en ellas ciertos detalles que se desean hacer resaltar. La imagen puede haber sido generada de muchas maneras, por ejemplo, fotográfica o electrónicamente, o hasta por medio tan diversos como puede ser de la señal de una televisión. El procesamiento de las imágenes se puede en general hacer por medio de métodos ópticos, o bien por medio de métodos digitales, en una computadora.El procesamiento digital de imágenes es el conjunto de técnicas que se aplican a las imágenes digitales con el objetivo de mejorar la calidad o facilitar la búsqueda de información.Es el conjunto de técnicas englobadas dentro del preprocesamiento de imágenes cuyo objetivo fundamental es obtener, a partir de una imagen origen, otra final cuyo resultado sea más adecuado para una aplicación específica mejorando ciertas características de la misma que posibilite efectuar operaciones del procesado sobre ella.

Al igual que en el caso del procesamiento óptico, los principios fundamentales del procesamiento digital de imágenes están establecidos hace muchos años, pero no se llevaban a cabo debido a la falta de equipos con alto poder computacional. Con la aparición de las computadoras de alta capacidad y memoria, era natural que se comenzara a desarrollar este campo. Uno de los primeros lugares donde se empezó a realizar el procesamiento digital fue en el Jet Propulsion Laboratory en 1959, con el propósito de mejorar las imágenes enviadas por las misiones espaciales. Los resultados obtenidos en un tiempo relativamente corto fueron tan impresionantes que muy pronto se extendieron las aplicaciones del método a otros campos.

El procesamiento digital de imágenes se efectúa dividiendo la imagen en un arreglo rectangular de elementos. Cada elemento de la imagen así dividida se conoce con el nombre de pixel. El siguiente paso es asignar un valor numérico a la luminosidad promedio de cada pixel. Así, los valores de la luminosidad de cada pixel, con sus coordenadas que indican su posición, definen completamente la imagen.

El tercer paso es alterar los valores de la luminosidad de los pixeles mediante las operaciones o transformaciones matemáticas necesarias, a fin de hacer que resalten los detalles de la imagen que sean convenientes. El paso final es pasar la representación de estos pixeles a un monitor de la más alta definición posible, con el fin de mostrar la imagen procesada.

La utilidad del procesamiento de imágenes es muy amplia y abarca muchos campos. Un ejemplo son las imágenes obtenidas con fines de diagnóstico médico. Otro caso son las imágenes aéreas obtenidas para realizar exámenes del terreno. Mediante este método se pueden analizar los recursos naturales, las fallas geológicas del terreno, etcétera.

Figura 1.16 Un ejemplo de aplicación de Procesamiento de Imágenes de una vista aérea.