- 1. Breve Historia De La Graficacion 1. IntroduccinEl uso
adecuado y provechoso de la tecnologa han hecho de la computadora
un dispositivo poderoso para producir imgenes en forma rpida y
econmica. Actualmente en todas las reas es posible aplicar grficas
por computadora con algn objetivo, por ello se ha generalizado la
utilizacin de grficas por computadora. De igual modo las grficas
por computadora se utilizan de manera rutinaria en diversas reas,
como en la ciencia, ingeniera, empresas, industria, gobierno, arte,
entretenimiento, publicidad, educacin, capacitacin y presentaciones
grficas.Breve HistoriaLas computadoras se han convertido en una
herramienta poderosa para producir imgenes, interpretar informacin
o mejorar la calidad de visualizacin de las mismas en forma rpida y
econmica. Debemos aclarar que los mtodos que se utilizan en las
grficas por computadora y en procesamiento de imgenes tienen
caracteristicas similares pero no son iguales es decir, las dos
reas realizan, en forma fundamental operaciones distintas. Las
herramientas para graficacin por computadoras, se utilizan para
crear una o mas imagenes. Por otro lado, en el procesamiento de
imgenes se aplican tcnicas para modificar o interpretar imgenes
existente como fotografas y rastreos de televisin. El interes por
los mtodos de tratamiento o procesamiento digital de imgenes deriva
de dos reas principales:La mejora de la informacin para la
interpretacin humanaEl procesamiento de los datos de la escena para
la percepcin autnoma por una maquina.Procesamiento de ImgenesPara
aplicar los mtodos de procesamiento de imgenes primero
digitalizamos una fotografa u otra imagen en un archivo de imagen.
Una de las aplicaciones iniciales a principios de la dcada de 1920
consisti en mejorar fotografas digitalizadas de un peridico
enviadas por cable submarino entre Londres y Nueva York aqu un
equipo especializado de impresin codificaba la imagen para la
transmisin y luego la reconstruan en el extremo de la recepcin. Las
mejoras en los mtodos de procesamiento
2. para las imgenes digitales transmitidas continuaron durante
los siguientes 35 aos; sin embargo el advenimiento 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 imgenes. La tarea de usar tcnicas computacionales para mejorar
imgenes recibidas de una sonda espacial se inicio en el laboratorio
de propulsin espacial (Pasadena, California) en 1964 cuando las
imgenes de la Luna transmitidas por el RANGER 7 fueron procesadas
para corregir diversos tipos de distorsin. Desde 1964 hasta la
actualidad el tratamiento digital de imgenes ha progresado
vigorosamente, adems de aplicaciones al programa espacial, las
tcnicas 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 interpretacin de las imgenes de rayos X y
de otras imgenes biomdicas como es el caso de las tomografias. La
tomografa es bsicamente una coleccin de cortes planos
transversales, cada uno de los cuales se obtiene por reconstruccin
a partir de la medicin de la radiacin absorbida cuando se ilumina
al cuerpo con un haz de rayos contenidos en ese plano, y desde
varios ngulos alrededor del eje.Los gegrafos emplean las misma o
similares tcnicas para estudiar los patrones de polucin a partir de
imgenes areas o de satlite. Los procedimientos de mejora de las
imgenes y de restauracin se emplean para procesar imgenes
degradadas de objetos irrecuperables, o bien, resultados
experimentales demasiado costosos para ser duplicados. En la
arqueologa los mtodos de procesamiento de imgenes han servido para
restaurar con xito imgenes borrosas que eran los nicos registros
existentes de piezas extraas, perdidas o daadas despus de haber
sido fotografiadas. En la fsica las tcnicas de ordenador realzan de
forma rutinaria imgenes de experimentos en reas como los plasmas de
alta energa y la microscopa del electrn. De forma similar, los
conceptos del tratamiento de imgenes se aplican con xito en
astronoma, biologa, medicina nuclear, investigaciones judiciales,
defensa y aplicaciones industriales. Los avances en la tecnologa de
la computacin han hecho que las grficas interactivas por
computadora sean una herramienta practica, estas se utilizan en
diversas reas como la ciencia, la ingeniera, empresas, industria,
gobierno, arte, entretenimiento, publicidad, educacin, capacitacin
y presentaciones grficas. 3. Aplicaciones de Graficacin por
Computadora.Diseo Asistido por ComputadoraEl mtodo de diseo
asistido por computadora, conocido por lo general como CAD
(computer assisted design), ahora se utilizan de forma rutinaria en
el diseo de construcciones, automviles, aeronaves, embarcaciones,
naves espaciales, computadoras, telas y muchos productos. En el
caso de algunas aplicaciones de diseo, los objetos se despliegan
primero en forma de armazn mostrando la forma general y sus
caractersticas internas. Los despliegues del armazn permiten ver a
los diseadores con rapidez los efectos de ajustes interactivos para
disear formas. Regularmente, los paquetes de software de
aplicaciones de CAD ofrecen al disea-dor un entorno con ventanas
mltiples; estas diversas ventanas desplegables muestran secciones
amplificadas de vistas de diferentes objetos. Los circuitos y las
redes para comuncaciones, abastacemientos de agua y otros servicios
pblicos se construyen a travs de la colocacin repetida de algunas
formas grficas. Las formas usadas en un diseo representan los
diversos componentes del circuito o de la red. Con el paquete de
diseo se ofrecen formas estndar para circuitos elctricos,
electrnicos y lgicos. Para otras aplicaciones, un diseador puede
crear smbolos personali-zados empleados necesariamente para
construir la red o el circuito. As, se disea el sistema colocando
sucesivamente los componentes en el esquema, con el paquete de
grficas ofreciendo de manera automtica las conexiones entre los
componentes. Esto permite al diseador experimentar rpidamente con
esquemas de circuitos alternativos para reducir al mnimo el nmero
de componentes o el espacio para el sistema. Con frecuencia se
utilizan las animaciones en las aplicaciones del CAD. Las
anima-ciones en tiempo real que emplean despliegues de armazones en
un monitor de video son tiles para probar el comportamiento de un
vehculo o un sistema. Cuando no desplegamos objetos con superficies
presentadas, pueden realizarse con rapidez los clculos
correspon-dientes a cada segmento de la animacin para as crear un
movimiento suave de tiempo real en la pantalla. Igualmente, los
despliegues de armazones permiten al diseador ver el interior del
vehculo y observar el comportamiento de los componentes internos
durante el movimiento. Las animaciones en entornos de realidad
virtual se utlizan para determinar la forma como influyen ciertos
movimientos en los operadores de vehculos. Por ejemplo, el operador
de un tractor con ayuda de un dispositivo montado sobre la cabeza
que presenta una vista estereoscpica del cucharn del cargador
frontal o del retroexcavador, manipula los controles como si se
encontrara en el asiento del tractor. Esto permite al diseador
explorar diversas posiciones del cucharn o del retroexcavador que
pudieran obstruir la visin del operador. Cuando los diseos de
objetos estn completos o casi completos, se aplican 4. modelos de
iluminacin realista y presentaciones de superficies para producir
despliegues mostrando la apariencia del producto final. Tambin se
crean despliegues realistas para la publicidad de automviles y
otros vehculos mediante efectos especiales de iluminacin y escenas
de fondo. El proceso de manufactura tambin se asocia con la
descripcin por computadora de objetos diseados para automatizar la
construccin del producto. Por ejemplo, se puede convertir el
esquema de un tablero de circuitos en una descripcin de los
procesos individua-les necesarios para elaborar el esquema. Algunas
partes mecnicas se frabican por medio de la descripcin de cmo se
deben formar las superficies con herramientas. Luego, se ajustan
las herramientas controladas de manera numrica para fabricar la
parte de acuerdo con estos planos de construccin. Los arquitectos
utilizan mtodos grficos interactivos para proyectar plantas
arquitec-tnicas donde se muestra la disposicin de habitaciones,
ventanas, escaleras, anaqueles, barras de cocina y otras
caractersticas de la construccin. A partir del displiegue del plano
de una construccin en un monitor de video, un diseador elctrico
puede experimentar con instalaciones para cableado, conexiones
elctricas y sistemas de alarma de incendios. Del mismo modo,
aplicando paquetes para el esquema de instalaciones se determina la
utilizacin del espacio en una oficina o en una planta de
fabricacin. Despliegues realistas de diseos arquitectnicos permiten
a los arquitectos y a sus clientes estudiar la apariencia de una
construccin particular o de un grupo de ellas, como un campus
universitario o un complejo industrial. Con los sistemas de
realidad virtual, los diseadores pueden simular un recorrido por
las habitaciones o alrededor de construccio-nes para apreciar mejor
el efector general de un diseo particular. Adems de presentar
despliegues de fachadas realistas, los paquetes de CAD para
arquitectura ofrecen medios para experimentar con planos interiores
tridimensionales y la uliminacin. Muchas otras clases de sistemas y
productos se disean usando ya sea paquetes de CAD generales o
software de CAD desarrollado en forma especial.Arte por
ComputadoraLos mtodos de grficas por computadora se utilizan en
forma generalizada tanto en aplicaciones de bellas artes como en
aplicaciones de arte comercial. Los artistas utilizan una variedad
de mtodos computacionales, incluyendo hardware para propsitos
especiales, programas artsticos de brocha de pintar del artista
(como Lumena), otros paquetes de pintura (como Pixel Paint? y Super
Paint?), software desarrollado de manera especial, paquetes de
matemtica simblica (como Mathematica), paquetes de CAD, software de
edicin electrnica de publicaciones y paquetes de animaciones que
proporcionan los medios para disear formas de objetos y especificar
movimientos de objetos. La idea bsica del programa paintbrush
(brocha de pintar) permite a los artistas 5. pintar imgenes en la
pantalla de un monitor de video. En realidad, la imagen se pinta
por lo general de manera electrnica en una tableta de grficas
(digitalizador) utilizando un estilete, el cual puede simular
diferentes trazos, anchuras de la brocha y colores. Los creadores
de bellas artes emplean diversas tecnologas de computacin para
producir imgenes. Con el propsito de crear pinturas el artista
utiliza una combinacin de paquetes de modelado tridimensional,
diagramacin de la textura, programas de dibujo y software de CAD.
En un ejemplo de arte metamtico un artista utiliz una combinacin de
funciones matemticas, procedimientos fractales, software de
Mathematica, impresoras de chorro de tinta y otros sistemas con el
fin de crear una variedad de formas tridimensiona-les y
bidimensionales, al igual que pares de imgenes estereoscpicas. Otro
ejemplo arte electrnico creado a partir de relaciones matemticas es
la obra de un compositor que est diseada en relacin con las
variaciones de la frecuencia y otros parmetros en una composi-cin
musical para producir un video el cual integra patrones visuales y
auditivos. Tambin se aplican estos mtodos en el arte comercial para
crear logotipos y otros diseos, distribuciones de pgina que
combinan texto y grficas, anuncios publicitarios por televisin y
otras reas. Para muchas aplicaciones de arte comercial (y pelculas,
al igual que otras aplicacio-nes), se emplean tcnicas
fotorrealistas para presentar imgenes de un producto. Las
animaciones tambin se utilizan con frecuencia en publicidad y los
comerciales de televisin 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 animacin, se
transfieren a pelcula o se almacenan en un bfer de video para hacer
una reproduccin. Las animaciones en pelcula requieren 24 cuadros
por cada segundo de la secuencia de animacin. Si se reproduce en un
monitor de video, se requieren de 30 cuadros por segundo. Un mtodo
comn de grficas que se utilizan en muchos comerciales es la
transformacin (morphing), donde se transforma un objeto en otro
(metamorfosis). En televisin se ha empleado para transformar una
lata de aceite en un motor de automvil, un automvil en un tigre, un
charco en una llanta y el rostro de una persona en
otro.EntretenimientoEs muy comn utilizar mtodos de grficas por
computadora para producir pelculas, videos musicales y programas de
televisin. En ocasiones, se despliegan slo imgenes grficas y otras
veces, se combinan los objetos con los actores y escenas en vivo.
Por ejemplo, en una escena grfica creada para la pelcula Start
Treck - The Wrath of Khan, se dibujan en forma de armazn el planeta
y la nave espacial y se sonbrean con mtodos 6. de presentacin para
producir superficies slidas. Al igual que pueden aparecer personas
en forma de armazn combinadas con actores y una escena en vivo. Los
videos musicales aprovechan las grficas de muchas maneras, se
pueden combinar objetos grficos con accin en vivo, o se pueden
utilizar tcnicas de procesamiento de imgenes para producir una
transformacin de una persona o un objeto en otro
(morphing).Educacin y capacitacinA menudo, se utilizan como
instrumentos de ayuda educativa modelos de sistemas fsicos,
financieros y econmicos, los cuales se generan por computadora.
Modelos de sistemas fsicos, sistemas fisiolgicos, tendencias de
poblacin o equipo, pueden ayudar a los estudiantes a comprender la
operacin del sistema. En el caso de algunas aplicaciones de
capacitacin, se disean sistemas especiales, como los simuladores
para sesiones de prctica o capacitacin de capitanes de barco,
pilotos de avin, operadores de equipo pesado y el personal de
control de trfico areo. Algunos simuladores no tiene pantallas de
video; por ejemplo, un simulador de vuelo que slo tiene un panel de
control como instrumento de vuelo. No obstante, la mayor parte de
los simulado-res cuenta con pantallas grficas para la operacin
visual.VisualizacinCientficos, ingenieros, personal mdico,
analistas comerciales y otros con frecuencia necesitan analizar
grandes cantidades de informacin o estudiar el comportamiento de
ciertos procesos. Las simulaciones numricas efectuadas en
supercomputadoras a menudo producen archivos de datos que contienen
miles e incluso millones de valores de datos. De modo similar,
cmaras va satlite y otras fuentes acumulan grandes archivos de
datos ms rpido de lo que se pueden interpretar. El rastreo de estos
grandes conjuntos de nmeros 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 produccin de
representaciones grficas para conjuntos de datos y procesos
cientficos de ingeniera y de medicina se conoce como visualizacin
cientfica. El trmino visualizacin empresarial se emplea en relacin
con conjuntos de datos que se asocian con el comercio, la industria
y otras reas no cientficas. Existen muchas clases de conjuntos de
datos y los esquemas de visualizacin efectivos dependen de las
caractersticas de los datos. Una compilacin de datos contiene
valores escalares, vectores, tensores de orden superior o cualquier
combinacin de estos tipos de datos. Y los conjuntos de datos pueden
ser bidimensionales o tridimensionales. La codifi-cacin de colores
es slo una manera de visualizar un conjunto de datos. Las 7.
tcnicas adicionales incluyen trazos, grficas y diagramas de
contorno, presentaciones de superficie y visualizacin de interiores
de volumen. Adems, se combinan tcnicas de procesamiento de imgenes
con grficas por computadora para crear muchas de las
visualizaciones de datos. Las comunidades de matemticos, cientficos
fsicos y otros utilizan tcnicas visuales para analizar funciones
matemticas y procesos o slo con el propsito de crear
representa-ciones grficas interesantes.Procesamiento de ImgenesA
pesar de que los mtodos empleados en las grficas por computadora y
en el proce- samiento de imgenes se traslapan, las dos reas
realizan, en forma fundamental, operaciones distintas. En las
grficas por computadora, se utiliza una computadora para crear una
imagen. Por otro lado, en el procesamiento de imgenes se aplican
tcnicas para modificar o interpretar imgenes existentes, como
fotografas y rastreos de televisin. Las dos aplicaciones
principales del procesamiento de imgenes son (1) el mejoramiento de
la calidad de la imagen y (2) la percepcin de la mquina de
informacin visual, como se utiliza en la robtica. Para aplicar los
mtodos de procesamiento de imgenes, primero digitalizamos una
fotografa u otra imagen en un archivo de imagen. Entonces, se
pueden aplicar mtodos digitales para reordenar partes de imgenes,
para mejorar separaciones de colores o para aumentar la calidad del
sombreado. Estas tcnicas se utilizan en gran medida en aplicaciones
de arte comercial que implican el retoque y el reorden de secciones
de fotogra-fas y otras obras de arte. Se emplean mtodos similares
para analizar fotografas de la Tierra por satlite y fotografas de
galaxias. Las aplicaciones mdicas tambin hacen uso importante de
estas tcnicas de procesa-miento de imgenes para mejorar fotografas,
en tomografas y simulacros de operaciones. La tomografa es una
tcnica de fotografa por rayos X la cual permite el despliegue de
vistas transversales de sistemas fisiolgicos. Tanto la tomografa
computarizada (CT; computed tomography) por rayos X, como la
tomografa de emisin de posicin (PET; position emission tomography)
utilizan mtodos de proyeccin para reconstruir secciones
transversa-les a partir de datos digitales. Estas tcnicas son
empleadas para supervisar funciones internas y mostrar secciones
transversales durante una ciruga. Otras tcnicas de proyeccin de
imgenes mdicas incluyen rastreadores ultrasnicos y nucleares. Con
el ultrasonido, se utilizan ondas sonoras de alta frecuencia, en
vez de rayos X, para generar datos digitales. Los rastreadores para
medicina nuclear recopilan datos digitales de la radiacin que
emiten radionclidos ingeridos y trazan imgenes con codificacin de
colores. Por lo general, el procesamiento de imgenes y las grficas
por computadora se combinan en muchas aplicaciones. Por ejemplo, en
medicina se utilizan estas tcnicas para modelar y estudiar
funciones fsicas, para disear miembros artificiales, as como
planear y practicar 8. cirugas. Esta ltima aplicacin se conoce, por
lo general, ciruga asistida por computadora. Se obtienen secciones
transversales bidimensionales del cuerpo a travs de la utilizacin
de tcnicas de proyeccin de imgenes. Luego se ven y manipulan los
cortes utilizando mtodos grficos para simular procedimientos
quirrgicos reales y experimentar con diversas incisiones
quirrgicas.Interfaces Grficas por UsuarioEs comn que los paquetes
de software ofrezcan una interfaz grfica. Un componente importante
de una interfaz grfica es un administrador de ventanas que hace
posible que un usuario despliegue reas con ventanas mltiples. Cada
ventana puede contener un proceso distinto que a su vez puede
contener despliegues grficos y no grficos. Para activar una ventana
en particular, slo hacemos clic en esa ventana utilizando un dispo-
sitivo de pulsar interactivo. Las interfaces tambin despliegan
menes e iconos para permitir una seleccin rpida de las opciones de
procesamiento o de valores de parmetros. Un icono es un smbolo
grfico diseado para semejarse a la opcin de procesamiento que
representa. La ventaja de los iconos es que ocupan menos espacio en
la pantalla que las descripciones textuales corres-pondientes y que
se pueden entender con mayor rapidez si estn bien diseados. Los
menes contienen listas de descripciones textuales e iconos.Otras
herramientas para la GraficacinTUBO DE RAYOS CATODICOS REPASADOSUn
haz de electrones (rayos catdicos), emitidos por un can de
electrones, pasa a travs de sistemas de enfoque y deflexin que
dirigen el haz hacia posiciones especficas en la pantalla
recubierta con una pelcula de fsforo; entonces el fsforo emite una
pequea mancha de luz pero esta se desvanece con rapidez, es por
ello que se requiere de algn mtodo para mantener la imagen de la
pantalla y una forma es trazar la imagen repetidas ocasiones. Este
tipo de despliegue se conoce como CRT con repasado.Los principales
componentes de un can de electrones para un CRT son el ctodo de
metal calentado y una rejilla de control. La intensidad del haz de
electrones se controla al ajustar niveles de voltaje en la rejilla
de control, que es un cilindro metlico colocado sobre el ctodo. El
sistema de enfoque en un CRT es necesario para forzar el haz de
electrones a que converja en una pequea mancha confirme hace
contacto con el fsforo, este enfoque se logra ya sea con campos
elctricos o con campos magnticos. Hoy en 9. da , los tubos de rayos
catdicos estn construidos con bobinas o retculas de deflexin
magntica montadas en el exterior de la cubierta del CRT, utilizando
dos pares de ellas, con un par montado en los lados opuestos de
cuello de la cubierta de CRT. Ahora que si se utiliza la deflexin
electrosttica, se montan dos pares de placas paralelas dentro del
CRT. Se monta un para de placas en sentido horizontal para
controlar la deflexin vertical y el otro par se monta en sentido
vertical para controlar la deflexin horizontal. Distintas clases de
fsforo estn disponibles para utilizarse en los CRT. Adems del
color, la principal diferencia entre los fsforos es su
persistencia: cuanto tiempo seguir emitiendo luz despus de que se
retire el haz de CRT?. La persistencia se define como el tiempo que
la luz emitida desde la pantalla tarda en disminuir e una dcima
parte de su intensidad original. Un fsforo con baja persistencia es
til para la animacin; mientras que uno con alta persistencia es til
para desplegar imgenes estticas muy complicadas. Los monitores
grficos se construyen por lo general, con una persistencia del
orden de 10 a 60 microsegundos.El numero mximo de puntos que se
pueden desplegar sin que se traslapen en un CRT se conoce como la
resolucin. Una definicin mas precisa es el nmero de puntos por
centmetro que se pueden trazar en sentidos horizontal y vertical.
La resolucin comn de los sistemas de alta calidad es de 1,280 por
1024 a estos se les llama sistemas de alta definicin. Otra
propiedad de los monitores de vdeo es la razn de aspecto. Este
nmero da la proporcin de los puntos verticales con respecto de los
puntos horizontales necesarios para producir lneas con una longitud
igual en ambas direcciones de la pantalla (expresada tambin en
trminos de la razn de puntos horizontales a verticales). Por
ejemplo una razn de aspecto de implica que una lnea vertical
trazada con tres puntos tiene la misma longitud que una lnea
horizontal que se traza con cuatro puntos.DESPLIEGUE DE BARRIDO CON
RASTREADOREl tipo mas comn de monitor grfico que utiliza un CRT es
el despliegue de barrido con rastreador. Este funciona recogiendo
el haz de electrones a travs de cada lnea, activndose o
desactivando la intensidad del haz para crear un patrn de manchas
iluminadas. La definicin de la imagen se almacena en una rea de
memoria llamada buffer de repasado o buffer de marco o estructura.
Esta rea de memoria contiene el conjunto de valores de intensidad
para todos los puntos de la pantalla.Cuando se deben desplegar
variaciones de color e intensidad, se requieren bits adicionales.
Se incluyen hasta 24 bits por pixel en sistemas de alta calidad,
que pueden requerir varios megabytes de almacenamiento para el
buffer de imagen, dependiendo de 10. la resolucin del sistema. Un
sistema con 24 bits por pixel y una resolucin de pantalla de 1024
por 1024 requiere 3Mb de almacenamiento para el buffer de imagen.
En un sistema en blanco y negro con un bit por pixel, el buffer de
imagen se conoce como mapa de bits (BITMAP), mientras que los
sistemas con bits mltiples por pixel, el buffer se llama PIXMAP. Y
por otro lado el refrescado o repasado en los despliegues de
repasado con rastreador se efecta con un ndice de 60 a 80 cuadros
pro segundo; estos ndices se describen tambin en unidades de ciclos
por segundo, Hertz (Hz).DESPLIEGUE DE RASTREO ALEATORIOAqu un CRT
dirige el haz de electrones slo a las partes de la pantalla donde
se debe crear la imagen. Los monitores de trazado aleatorio trazan
una imagen, una lnea a la vez y por ese motivo, se llaman tambin de
despliegue vectorial o despliegue de escritura o caligrficos. Las
lineas que componen una imagen se pueden trazar y refrescar o
enfriar mediante un sistema de trazado aleatorio en cualquier orden
especfico. Los sistemas de trazado aleatorio estn diseados para
aplicaciones de trazo de lneas y no pueden desplegar escenas
sombreadas realistas.MONITORES CRT DE COLORUn monitor CRT despliega
imgenes a color utilizando una combinacin de fsforos que emiten luz
con colores distintos. Las dos tcnicas bsicas para producir
despliegues a color con un CRT son el mtodo de penetracin de haz y
el mtodo de mscara de sombra. El mtodo de penetracin de haz para
desplegar imgenes a color se utiliza con monitores de trazado
aleatorio. Se recubren dos capas de fsforo, por lo general rojo y
azul, en el interior de la pantalla del CRT y el color que se
despliega depende de cunto penetra el haz de electrones en las
capas de fsforo. Un haz de electrones lento solo excita la capa
roja exterior. La velocidad de los electrones y, pro tanto, el
color de la pantalla en cualquier punto, se controla mediante el
voltaje de aceleracin del haz. Los mtodos de mscara de sombra se
utilizan, de manera regular en sistemas de barrido por rastreo.Un
CRT de mscara de sombra se utiliza tiene tres puntos de color de
fsoforo en cada posicin de pixel. Un punto de fsforo emite una luz
roja, otro emite una luz verde y el tercero emite una luz azul.
Este tipo de CRT tiene tres caones de electrones, uno para cada
punto de color, y una rejilla de mscara de sombra justo atrs de la
pantalla con recubrimiento de fsforo. Los puntos de fsforo de los
triangulos se ordenan de modoque cada haz de electrones pueda
activar slo su punto de color correspondiente cuando pasa a travs
de la mscara de sombra. El obtener variaciones de color en un CRT
de mscara de sombra al variar los niveles de intensidad de los tres
haces de electrones. Los 11. monitores compuestos son adaptaciones
de televisores que permiten el libramiento de la circuitera de
transmisin. Estos dispositivos de despliegue tambin requiere que se
combine la informacin de la imagen, pero no se necesita ninguna
seal portadora. Los CRT de colores en sistemas grficos estn
diseados como monitores RGB. Estos monitores utilizan mtodos de
mscara de sombra y toman el nivel de intensidad para cada can de
electrones (roja verde y azul) directamente del sistema de
computacin sin ningn procesamiento intermedio. Un sistema de color
RGB con 24 bits se conoce, por lo regular, como un sistema de color
total o un sistema de color real.TUBOS DE ALMACENAMIENTO CON VISTA
DIRECTAUn mtodo alternativo para mantener una imagen en pantalla
consiste en almacenar la informacin de la imagen dentro del CRT, en
lugar de refrescar o retrazar la pantalla. Un tubo de
almacenamiento con vista directa (DVST dirct-view storage tube)
almacena la informacin de la imagen como una distribucin de carga
justo atrs de la pantalla con recubrimiento de fsforo. Un monitor
DVST presenta tanto ventajas como desventajas. En este monitor no
se requiere retrazado o repaso, se pueden desplegar imgenes muy
complejas con resoluciones muy altas si parpadeo. Las desventajas
de los sistemas DVST son que, por lo general no despliegan colores
y no se pueden borrar partes seleccionadas de una imagen. Para
eliminar una seccin de una imagen, se debe borrar la pantalla
entera y volver a trazar la imagen modificada.DESPLIEGUES DE PANEL
PLANOA pesar de que la mayor parte de los monitores grficos todava
se construyen con CRT, estn surgiendo otras tecnologas que pornto
pueden sustituir a los monitores CRT. El trmino despliegue de panel
plano se refiere a una clase de dispositivo que tiene pocos
requerimientos de volumen, peso y energa en comparacin con un CRT.
Son mas delgados y se pueden colgar en una pared o utilizarlos en
una mueca. Actualmente el despliegue de panel plano incluyen
pequeos monitores de televicin, calculadoras juegos de video de
bolsillo, computadoras (laptop, portatiles) asi como exhibicin de
pelculas en el brazo del asiento de los pasajeros en los aviones,
etc.Estos se dividen en dos categoras: despliegues emisivos
despliegues no emisivos. 12. Los despliegues emisivos son
dispositivos que convierten la energa elctrica en luz. Los paneles
de plasma, los despliegues electroluminiscentes en pelcula delgada
y los diodos de emisin de luz, tambin se disean CRT planos, en los
cuales, los haces de electrones se aceleran en sentido paralelo a
la pantalla y luego se desvan a 90 grados.Los despliegues no
emisivos utilizan efectos pticos para convertir luz solar o luz de
alguna otra fuente en patrones grficos. El ejemplo ms importante de
un despliegue en panel plano no emisivo es un dispositivo de
cristal lquido.Los paneles de plasma, que se conocen tambin como
despliegues de descargas de gas, se construyen mediante el llenado
de la zona entre dos placas de cristal con una mezcla de gases que
por lo regular, incluye nen. Aqu la definicin de la imagen se
almacena en un buffer de retrazado y los voltajes de carga se
aplican para refrescar las posiciones del pixel. Los despliegues
electroluminiscentes de pelcula delgada son similares a un panel de
plasma. La diferencia es que entre las placas de cristal se llena
con un fsforo, como sulfuro de zinc compuesto con manganeso, en
lugar de un gas . Un tercer tipo de dispositivo emisivo es el diodo
de emision de luz LED . Se ordena una matriz de diodos para formar
las posiciones de pixel en la pantalla y la definicin de la imagen
se almacena en un buffer.Los despliegues de cristal liquido (LCD)
se utilizan, por lo regular, en sistemas pequeos, como calculadoras
y computadoras porttiles. Estos dispositivos no emisivos producen
una imagen al pasar luz polarizada de su alrededor o de una fuente
de luz interna a travs de un material de cristal lquido que puede
alinearse con cualquier bloque o transmitir la luz. En cuanto al
termino de cristal lqudo se refiere en cuanto al hecho de que estos
compuestos tienen una estructura molecular cristalina, aunque
fluyen como un lquido.En la calculador manual con pantalla LCD de
la figura las definiciones de imgenes se alamcenan en un buffer de
repaso y la pantalla se refresca con un ndice de 60Hz. La luz de
fondo tambin se aplica por lo regular mediante dispositivos
electrnicos de estado slido, a fin de que el sistema no dependa por
completo de fuentes de luz exterior. Otro mtodo para construir LCD
consiste en colocar un transistor en cada posicin de pixel, por
medio de la tecnologa de transistores de pelcula delgada, a estos
dispositivos se les denomina de despliegues de matriz activa. 13.
DISPOSITIVO DE VISTA TRIDIMENSIONALLos monitores grficos para
desplegar escenas tridimensionales se disean utilizando una tcnica
que refleja una imagen de CRT de un espejo flexible vibrante. La
figura muestra el sistema Genisco Space Graph? que utiliza un
espejo vibrante para proyectar objetos tridimensionales, tambin es
capaz de desplegar rebanadas transversales bidimensionales de
objetos seleccionados con diferentes profundidades.SISTEMA
ESTEREOSCOPICO Y DE REALIDAD VIRTUAL Otra tcnica para representar
objetos tridimensionales es el despliegue de vistas estereoscpicas.
Este mtodo no reproduce imgenes tridimensionales reales, pero
ofrece un efecto tridimensional. Primero necesitamos obtener dos
vista de una escena generada desde una direccion de vista, cuando
vemos de modo simultneo la vista izquierda con el ojo izquierdo y
la vista derecha con el ojo derecho, las dos vistas se combina en
una sola imagen. Una manera de producir un efecto estereoscpico
consiste en desplegar cada una de las dos vistas con un sistema de
barrrido en ciclos de enfriamiento alterno. La vista estereoscpica
tambin es un componente de los sistemas de realidad virtual. Un
sistema sensorial en el dispositivo montado sobre la cabeza lleva
un registro de la posicin del observador, de modo que se puedan ver
las partes frontal y trasera de los objetos como si el observador
caminara alrededor e interactuara. SISTEMA DE BARRIDO CON
RASTREADOR Por lo regular, los sistemas grficos de barrido
interactivos utilizan varias unidades de procesamiento. A parte del
controlador de video, los sistemas de barrido ms avanzados emplean
otros procesadores como coprocesadores y aceleradores para llevar a
cabo varias operaciones grficas. CONTROLADOR DE VIDEO En muchos
monitores grficos, el origen de las coordenadas se define en la
esquina inferior izquierda de la pantalla. La superficie de la
pantalla se representa como el primer cuadrante de un sistema
bidimensional, con valores positivos x que aumentan hacia la
derecha y valores positivos y que aumentan hacia de abajo hacia
arriba.PROCESADOR DE DESPLIEGUE DE RASTREO CON RASTREADOR Recibe el
nombre de controlador de grficas o coprocesador de despliegue. El
propsito del procesador de despliegue es liberar al CPU de los
trabajos de grficas. Adems de la memoria del sistema se puede
contar con una rea de memoria separada del procesador de
despliegue. Una funcin importante del procesador del despliegue es
digitalizar la definicin de una imagen. Este proceso de
digitilizacin se conoce como conversin de rastreo. Con el proposito
de reducir los requerimientos de memoria en los sistemas de
rastreo, se desarrollan mtodos para organizar el buffer de
despliegue como una lista asociada y codificar la informacin de
intensidad. Una forma de hacer esto consiste en 14. almacenar cada
lnea de rastreo como un conjunto de pares enteros. Un numero de
cada par indica un valor de intensidad y el segundo nmero
especifica el nmero de pixeles adyacentes en la lnea de rastreo.
Esta tcnica, llamada codificacin por longitud del tramo. Otro
planteamiento es la codificacin del rastreo como un conjunto de
reas rectangulares (codificacin de celdas). La desventaja que los
cambios de intensidad son dificiles de lograr y las necesidades de
almacenamiento en realidad se incrementan conforme la longitud de
los tramos es menor.MONITORES GRAFICOS Y ESTACIONES DE TRABAJO La
mayor parte de los monitores grficos operan como despliegues de
barrido con rastreador. Las estaciones de trabajo para graficas se
pueden configurar con 8 a 24 bits por pixel, con resoluciones de
pantalla superiores, procesadores ms rpidos y otras opciones
disponibles en los sistemas de alta capacidad, para aplicaciones
como el control de trafico areo, simulacros , proyeccin de imgenes
mdicas y CAD. Este sistema tiene una dimesin diagonal de pantalla
de 27 pulgadas, con resoluciones que oscilan entre 2048 por 1536 y
2560 por 2048 con indices de repaso de 80Hz o 60Hz en entrelazados.
Un sistema con pantallas mltiples llamado Media Wall ofrece un area
de despliegue del tamao de la pared. Esta diseado para aplicaciones
que requieren despliegues de rea grande como en exposiciones
comerciales, convenciones, tiendas de venta al menudeo, museos y
terminales de pasajeros. Opera dividiendo imgenes en un nmero de
secciones y distribuyendo las secciones en una matriz de monitores
o proyectores que utilizan un adaptador para grficas y unidades de
control va satlite. Una matriz de 5 por 5 monitores, cada uno con
una resolucin de 640 por 480, se puede utilizar en el Media Wall
para proporcionar una resolucin general de 3200 por 2400 ya sea
para escenas estticas o para animaciones. Las escenas se pueden
desplegar detrs de los montantes, o se pueden eliminar los
montantes para desplegar una imagen continua sin divisiones entre
las diferentes secciones.DISPOSITIVOS DE ENTRADA Estos dispositivos
incluyen raton, bola palmar, esfera de control, palanca de control,
digitalizadores, discos marcadores y botones. Algunos otros
dispositivos se utilizan en aplicaciones particulares con los
guantes de datos, paneles de tacto, rastreadores de imagenes y
sistemas de voz. El teclado es un dispositivo eficiente para
capturar datos no grficos como los encabezados de imgenes asociados
con un despliegue grfico. Otros dispositivos de posicionamiento del
cursor, como la bola palmar a la palanca de control, se incluyen en
algunos teclados. Con el ratn Z podemos levantar un objeto, hacerlo
girar y moverlo en cualquier direccin o podemos desplazar nuestra
posicin de vista y orientacin a travs de una escena tridimensional.
Las aplicaciones del raton Z incluyen realidad virtual, CAD y
animacin. Mientras que la 15. bola palmar es un dispositivo de
posicionamiento bidimensional, una esfera de control ofrece seis
grados de libertad. Una palanca de control consta de una pequea
palanca vertical montada sobre una base que sirve para mover el
cursor en la pantalla.El guante de datos puede utilizarse para asir
un objeto virtual, esta construido con una serie de sensores que
detectan los movimientos de la mano y los dedos. Se emplea un
acoplamiento electromagntico entre antenas transmisoras y antenas
receptoras para proporcionar informacin acerca de la posicin y la
orientacin de la mano. Cada una de las antenas transmisoras y
receptoras puede estar estructurada con un conjunto de tres
retculas, puede emplearse para poner en posicin y manipular objetos
en una escena virtual.DIGITALIZADORESUn digitalizador es un
dispositivo comn para dibujar, pintar o seleccionar de manera
interactiva posiciones de coordenadas en un objeto. En tanto un
rastreador de imgenes puede almacenar dibujos , grficas fotografas
a color y en blanco y negro o texto para procesarlo por computadora
con un rastreador de imgenes (scanner) al pasar un mecanismo de
rastreo ptico sobre la informacin que se debe almacenar. Cuando
tenemos la representacin interna de una imagen, podemos aplicar
transformaciones para girar, escalar o cortar la imagen en una rea
particular de la pantalla.Los paneles de tacto permiten que los
objetos desplegados o posiciones en la pantalla se seleccionen con
el contacto con un dedo. Los paneles de tacto pticos emplean una
lnea de diodos de emisin de luz (LED) infrarroja a lo largo de un
borde vertical y de un borde horizontal de la estructura.SOFTWARE
DE GRAFICASHay dos clasificaciones generales para el software
paquetes generales de programacin paquetes de aplicaciones
especificasUn paquete de programacin ofrece un amplio conjunto de
funciones grficas que se pueden utilizar en un lenguaje de
programacin de alto nivel, como C o FORTRAN, adems GL (Graphics
Library en Silicon Graphics ) entre sus funciones esta : generar
los 16. componentes de la imagen (lineas, rectas, poligonos
circunferencias y otras figuras) determinar valores de color e
intensidad, seleccionar vistas y aplicar transformaciones.Un
paquete de aplicaciones esta diseado para persona que no son
programadores. La interfaz para las rutinas de grficas de tales
paquetespermite que los usuarios se comuniquen con los programas en
sus propios trminos. En cuanto a los paquetes que estn diseados
para utilizarse con especificaciones de coordenadas cartesianas si
los valores de las coordenadas de una imagen se especifican en
alguna otra referencia (esfrica, hiperbolica u otra) ser necesario
hacer una conversin. Los paquetes para propositos especiales puede
permitir que se empleen otras estructuras de coordenadas que son
apropiadas para la aplicacin.Organizaciones nacionales e
internacionales de planeacion de estndares, desarrollan un estanda
para grficas por computadora. Es el desarrollo del sistema grfico
de kernel (GKS; Graphical Kernel System). La ISO (International
Standards Organization Organizacin Internacional de Estndares)
incluyendo el American National Standards Institute (ANSI)
adoptaron este sistema como el primer estndar de software de
grficas. Aunque, al principio el GKS se diseo como un paquete de
grficas bidimensionales posteriormente se desarrollo una extensin
tridimensional. El segundo estndar que se aprob fue el PHIGS
(Programmers Hierarchical Interactive Graphics Standar) Estandar
Jerrquico de Graficas Interactivas para el Programador. Las
funciones grficas estndar se definen como un conjunto de
especificaciones, que es independiente de cualquier lenguaje de
programacin. Una vinculacin del lenguaje se define entonces para un
lenguaje particular de programacin. En FORTRAN este procedimiento
se implanta como una subrutina con el nombre GPL.
