INTRODUCCIÓN A LOS GRÁFICOS POR COMPUTADOR SÍNTESIS DE GRÁFICOS POR ORDENADOR Tema 1: Introducción a los gráficos por computador SÍNTESIS DE GRÁFICOS POR ORDENADOR Tema 1: Introducción a los gráficos por computador

INTRODUCCIÓN A LOS GRÁFICOS POR COMPUTADOR  El mundo de los gráficos por ordenador es un campo muy atractivo.  Su área de influencia va más allá del terreno puramente informático. Arte, ciencia, ingeniería, música, danza, cinematografía, etc.  El diseño asistido por computador ( CAD ) permite la creación de prototipos virtuales.  La realidad virtual permite la creación de entornos irreales con todo lujo de detalles. Por ejemplo, el diseño por ordenador de pisos piloto. INTRODUCCIÓN

INTRODUCCIÓN A LOS GRÁFICOS POR COMPUTADOR  Evolución paralela al avance computacional. Años 40, la computadora ENIAC ( ). Grandes y potentes máquinas calculadoras. Interfaz hombre-máquina inexistente. Personal cualificado. Alto coste. EVOLUCIÓN DE LOS SISTEMAS GRÁFICOS Electronic Numerical Integrator and Computer

INTRODUCCIÓN A LOS GRÁFICOS POR COMPUTADOR  Evolución paralela al avance computacional. Año 1946, arquitectura Von Neuman. Idea de programa almacenado. Sistemas periféricos.  Tarjetas perforadas.  Terminales alfanuméricos, basados en TRC. EVOLUCIÓN DE LOS SISTEMAS GRÁFICOS John Von Neuman

INTRODUCCIÓN A LOS GRÁFICOS POR COMPUTADOR  Evolución paralela al avance computacional. Años 80, era de los computadores personales. Pantallas digitales. En el campo de los gráficos.  Aplicaciones específicas de difícil manejo.  Hardware específico muy caro. EVOLUCIÓN DE LOS SISTEMAS GRÁFICOS Computador personal

INTRODUCCIÓN A LOS GRÁFICOS POR COMPUTADOR  Evolución paralela al avance computacional. Concepto de mapa de bits.  Representación matricial booleana (compuesta de 1´s y 0´s) que indica qué puntos o píxeles de la pantalla están activos, es decir, iluminados. EVOLUCIÓN DE LOS SISTEMAS GRÁFICOS

INTRODUCCIÓN A LOS GRÁFICOS POR COMPUTADOR  Evolución paralela al avance computacional. Concepto de mapa de bits.  Las aplicaciones gráficas cobran popularidad, como Microsoft Windows, X- Windows, etc.  Fáciles de utilizar, a costes muy bajos.  Interfaz hombre-máquina se simplifica, objetivo fundamental de los gráficos por ordenador. EVOLUCIÓN DE LOS SISTEMAS GRÁFICOS

INTRODUCCIÓN A LOS GRÁFICOS POR COMPUTADOR  Evolución paralela al avance computacional. El desarrollo de maquinaria con gran capacidad computacional facilita:  La generación de gráficos o imágenes sintéticas realistas en 3D. –Dibujos complejos con un alto grado de realismo. –Modelos de representación geométricos (matemática aplicada) y modelos de iluminación. –Aplicaciones comerciales que, si bien están dirigidas a profesionales, son empleadas de forma genérica. Autocad, 3D-Studio, Pov-Ray, SoftImage, etc. EVOLUCIÓN DE LOS SISTEMAS GRÁFICOS

INTRODUCCIÓN A LOS GRÁFICOS POR COMPUTADOR  Interfaces de usuario. Modelo de ventanas. Accesibilidad a las aplicaciones (Internet Explorer, Netscape, etc.).  Presentación de resultados en áreas como la medicina, empresa, ciencia, etc. EL COMPUTADOR COMO HERRAMIENTA INDUSTRIAL Histograma Resonancia magnética

INTRODUCCIÓN A LOS GRÁFICOS POR COMPUTADOR  Diseño asistido por computador (CAD). Diseño de componentes, sistemas electrónicos, edificios, automóviles, aviones, etc. En algunos casos, sólo representación 3D. En otros, comprobar propiedades físicas, mecánicas, eléctricas, etc. Modelos de simulación que evitan el empleo de prototipos reales. EL COMPUTADOR COMO HERRAMIENTA INDUSTRIAL Imágenes de AutoCAD

INTRODUCCIÓN A LOS GRÁFICOS POR COMPUTADOR  Simulación y animación para visualización científica. Comprobar el comportamiento en tiempo real de los sistemas bajo estudio, examinando los posibles errores y solucionándolos antes de su construcción física. Entrenamiento en situaciones de alto riesgo (pilotos, cirugía, astronautas, etc.). EL COMPUTADOR COMO HERRAMIENTA INDUSTRIAL Simulador de vuelo

INTRODUCCIÓN A LOS GRÁFICOS POR COMPUTADOR  Cinematografía. La industria del cine se ha involucrado en el desarrollo tecnológico de los gráficos 3D. Contribución financiera muy fuerte. EL COMPUTADOR COMO HERRAMIENTA INDUSTRIAL Efectos especiales en Apolo 13

INTRODUCCIÓN A LOS GRÁFICOS POR COMPUTADOR  Procesos complementarios pero independientes. En el procesamiento de imágenes, las escenas son reales, captadas mediante un dispositivo físico (cámara) y digitalizadas (escáner) para su almacenamiento y posterior tratamiento en el computador (transformaciones matriciales). Aplicaciones típicas:  Visión 3D.  Reconocimiento de objetos.  Recuperación de documentos.  Etc. PROCESAMIENTO DE IMAGEN VS. SÍNTESIS DE IMAGEN

INTRODUCCIÓN A LOS GRÁFICOS POR COMPUTADOR  Procesos complementarios pero independientes. En la síntesis de imágenes, a partir de modelos geométricos e iluminación se crean imágenes sintéticas, inexistentes en la realidad.  De los algoritmos empleados depende la calidad final de la imagen diseñada, es decir, el realismo de la escena.  El procesamiento computacional que conlleva la presentación de una imagen sintética obliga, en muchas ocasiones, a utilizar hardware específico.  Entre las aplicaciones que hacen uso de las técnicas de síntesis están las aplicaciones CAD, aplicaciones de simulación, realidad virtual, multimedia, etc. PROCESAMIENTO DE IMAGEN VS. SÍNTESIS DE IMAGEN

INTRODUCCIÓN A LOS GRÁFICOS POR COMPUTADOR  ¿Cómo se genera una imagen sintética a partir de un modelo geométrico?.  Elementos geométricos de la escena. Objetos. Elementos que componen una escena. Son simbólicos, compuestos de un conjunto de primitivas (líneas, puntos y polígonos o bien una lista de vértices). Sistema de referencia global, para establecer relaciones espaciales entre objetos. Sistema de referencia local, propio de cada objeto. Éstos tienen entidad propia, es decir, existen en la escena con independencia del proceso de formación de la imagen o de la posición del observador. IMÁGENES SINTÉTICAS

INTRODUCCIÓN A LOS GRÁFICOS POR COMPUTADOR  Elementos geométricos de la escena. Observador. Dispositivo que contempla la escena. Su posición espacial determina en cada momento qué imagen debe formarse. De un mismo escenario se pueden generar múltiples imágenes, dependiendo de la posición del observador. Una vez situados los elementos que entran en escena, el paso final (render) consiste en generar a partir de la composición 3D una imagen digital 2D visible en una pantalla digital de computador. IMÁGENES SINTÉTICAS

INTRODUCCIÓN A LOS GRÁFICOS POR COMPUTADOR  Elementos geométricos de la escena. IMÁGENES SINTÉTICAS

INTRODUCCIÓN A LOS GRÁFICOS POR COMPUTADOR  La iluminación no forma parte del proceso de elaboración geométrico.  Determinan la apariencia del objeto en la escena (más o menos oscurecido). Además, la textura del objeto depende de las características de su superficie en relación con las luces definidas en la escena.  En síntesis de gráficos, se trabaja con fuentes de luz monocromáticas, es decir, a una sola frecuencia pura. Por lo tanto, para reproducir toda la gama de colores se pueden sumar las contribuciones de diferentes fuentes o focos de luz. LUCES E IMÁGENES

INTRODUCCIÓN A LOS GRÁFICOS POR COMPUTADOR LUCES E IMÁGENES

INTRODUCCIÓN A LOS GRÁFICOS POR COMPUTADOR  La creación de una imagen por ordenador se lleva a cabo de la misma forma que lo hace una cámara.  Principios básicos. La especificación de los objetos de la escena es independiente de la especificación del observador. La imagen final se genera mediante cálculos trigonométricos. MODELO DE CÁMARA SINTÉTICA

INTRODUCCIÓN A LOS GRÁFICOS POR COMPUTADOR MODELO DE CÁMARA SINTÉTICA Sistema de formación de la imagen

INTRODUCCIÓN A LOS GRÁFICOS POR COMPUTADOR  Animar es “dar vida”. Aunque no sólo se reduce al movimiento de objetos, también puede abarcar cambios de luz, color, transparencias, etc.  Ampliamente usada en la industria del entretenimiento, publicidad, educación, etc. La animación, igualmente, se incorpora en los modelos de simulación para reproducir fenómenos físicos. Grandes bases de datos reconstruyen escenas 3D.  Necesidad de almacenamiento y alta capacidad de procesamiento. En la película “Titanic” se emplearon 400 PC´s conectados en red para realizar los cálculos necesarios en la generación de las escenas sintéticas. ANIMACIÓN

INTRODUCCIÓN A LOS GRÁFICOS POR COMPUTADOR  La complejidad del mundo real (pequeñas sutilezas) dificulta la obtención de imágenes con un alto realismo.  Imágenes de alta calidad: Precisan de hardware específico para obtener los rendimientos necesarios, con el consiguiente incremento del coste. Precisan de una gran capacidad de almacenamiento. El problema no es almacenarlo en discos duros o soportes ópticos, sino su distribución en red (videoconferencia) o su transferencia a memoria principal. PROBLEMÁTICA

INTRODUCCIÓN A LOS GRÁFICOS POR COMPUTADOR  Imágenes de alta calidad: Los modelos geométricos y de iluminación no son fiel reflejo de la realidad, es decir, la correspondencia matemáticas-realidad no siempre es cierta, más bien se trabaja con aproximaciones matemáticas de los fenómenos. El hardware específico es caro, pero además obliga a que las aplicaciones sean altamente dependientes del mismo, dificultándose la normalización. PROBLEMÁTICA