UNIDAD 1

Introducción a la Graficación por Computadora

Introducción

El uso adecuado y provechoso de la tecnología han hecho de la computadora una dispositivo poderoso para producir imágenes en forma rápida y económica. Actualmente en todas las áreas es posible aplicar gráficas por compuadora con algún objetivo, por ello se ha generalizado la utilización de gráficas por computadora. De igual modo las gráficas por computadora se utilizan de manera rutinaria en diversas áreas, como en la ciencia, ingeniería, empresas, industria, gobierno, arte, entretenimiento, publicidad, educación, capacitación y presentaciones gráficas. 

1. 1 Breve Historia de la Graficación

Las computadoras se han convertido en una herramienta poderosa para producir imágenes, interpretar información o mejorar la calidad de visualización de las mismas en forma rápida y económica. Debemos aclarar que los métodos que se utilizan en las gráficas por computadora y en procesamiento de imágenes tienen caracteristicas similares pero no son iguales es decir, las dos áreas realizan, en forma fundamental operaciones distintas. Las herramientas para graficación por computadoras, se utilizan para crear una o mas imagenes. Por otro lado, en el procesamiento de imágenes se aplican técnicas para modificar o interpretar imágenes existente como fotografías y rastreos de televisión. El interes por los métodos de tratamiento o procesamiento digital de imágenes deriva de dos áreas principales: 

• La mejora de la información para la interpretación humana.
• El procesamiento de los datos de la escena para la percepción autónoma por una máquina.  

 
Procesamiento de Imagenes 

Para aplicar los métodos de procesamiento de imágenes primero digitalizamos una fotografía u otra imagen en un archivo de imagen. Una de las aplicaciones iniciales a principios de la década de 1920 consistió en mejorar fotografías digitalizadas de un periódico enviadas por cable submarino entre Londres y Nueva York aquí un equipo especializado de impresión codificaba la imagen para la transmisión y luego la reconstruían en el extremo de la recepción. Las mejoras en los métodos de procesamiento para las imágenes digitales transmitidas continuaron durante los siguientes 35 años; 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 imágenes. La tarea de usar técnicas computacionales para mejorar imágenes recibidas de una sonda espacial se inicio en el laboratorio de propulsión espacial (Pasadena, California) en 1964 cuando las imágenes de la Luna transmitidas por el RANGER 7 fueron procesadas para corregir diversos tipos de distorsión. Desde 1964 hasta la actualidad el tratamiento digital de imágenes ha progresado vigorosamente, además de aplicaciones al programa espacial, las técnicas 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 interpretación de las imágenes de rayos X y de otras imágenes biomédicas como es el caso de las tomografias. La tomografía es básicamente una colección de cortes planos transversales, cada uno de los cuales se obtiene por reconstrucción a partir de la medición de la radiación absorbida cuando se ilumina al cuerpo con un haz de rayos contenidos en ese plano, y desde varios ángulos alrededor del eje. 

Los geógrafos emplean las misma o similares técnicas para estudiar los patrones de polución a partir de imágenes aéreas o de satélite. Los procedimientos de mejora de las imágenes y de restauración se emplean para procesar imágenes degradadas de objetos irrecuperables, o bien, resultados experimentales demasiado costosos para ser duplicados. En la arqueología los métodos de procesamiento de imágenes han servido para restaurar con éxito imágenes borrosas que eran los únicos registros existentes de piezas extrañas, perdidas o dañadas después de haber sido fotografiadas. En la física las técnicas de ordenador realzan de forma rutinaria imágenes de experimentos en áreas como los plasmas de alta energía y la microscopía del electrón. De forma similar, los conceptos del tratamiento de imágenes se aplican con éxito en astronomía, biología, medicina nuclear, investigaciones judiciales, defensa y aplicaciones industriales. Los avances en la tecnología de la computación han hecho que las gráficas interactivas por computadora sean una herramienta practica, estas se utilizan en diversas áreas como la ciencia, la ingeniería, empresas, industria, gobierno, arte, entretenimiento, publicidad, educación, capacitación y presentaciones gráficas.  

Como resultado del reconocimiento generalizado de la potencia y la utilidad de las gráficas por computadora hay una gran variedad de hardware y software para gráficas. Debido a lo común que se ha vuelto la capacidad de gráficas tanto para aplicaciones bidimensionales como tridimensionales incluyendo calculadoras manuales. Para aplicaciones que requieren una calidad superior veremos varios sistemas y tecnologías avanzados de hardware.

1.2 Aplicaciones 

* Diseño Asistido por Computadora

Generalmente  se le denomina como CAD (Computer Assisted Desing) ahora se utiliza de forma habitual para el diseño de construcciones, automóviles, aeronaves, embarcaciones, naves espaciales, computadoras, incluso telas y muchos productos. Estos paquetes de software están dirigidos principalmente para el campo de la arquitectura.

* Arte por Computadora

Los artistas utilizan una variedad de métodos computacionales, incluyendo hardware para propósitos especiales, programas artísticos de brocha de pintar del artista (como Lumena), otros paquetes de pintura (como PixelPaint y SuperPaint).

* Entretenimiento

En la actualidad es muy común utilizar métodos de gráficas por computadora para producir películas, videos musicales y programas de televisión. En ocasiones, se despliegan sólo imágenes gráficas y otras veces, se combinan los objetos con los actores y escenas en vivo.

* Educación y Capacitación

A menudo, se utilizan como instrumentos de ayuda educativa modelos de sistemas físicos, financieros y económicos, los cuales se generan por computadora. Modelos de sistemas físicos, sistemas fisiológicos, tendencias de población o equipo, pueden ayudar a los estudiantes a comprender la operación del sistema. En el caso de algunas aplicaciones de capacitación, se diseñan sistemas especiales, como los simuladores para sesiones de práctica o capacitación de capitanes de barco, pilotos de avión, operadores de equipo pesado y el personal de control de tráfico aéreo.

* Visualización

Científicos, ingenieros, personal médico, analistas comerciales y otros con frecuencia necesitan analizar grandes cantidades de información o estudiar el comportamiento de ciertos procesos.

El rastreo de estos grandes conjuntos de números para determinar tendencias y relaciones es un proceso tedioso e ineficaz. Pero si se convierten los datos a una forma visual, es frecuente que se perciban de inmediato las tendencias y los patrones.

* Interfaz Grafica de Usuario

Hoy por hoy los paquetes de software ofrecen una interfaz gráfica. Un componente importante de una interfaz gráfica es un administrador de ventanas que hace posible que un usuario despliegue áreas con ventanas múltiples. La ventaja de los iconos es que ocupan menos espacio en la pantalla que las descripciones textuales correspondientes y que se pueden entender con mayor rapidez si están bien diseñados. Los menús contienen listas de descripciones textuales e iconos.

1.3 Formatos Graficos de Almacenamiento

Una vez que tenemos nuestra imagen, ya sea capturada en bruto o retocada, lo normal es que la guardemos en un archivo, bien para conservarla y visualizarla en el futuro, bien para incluirla posteriormente en un programa de edición o sencillamente para compartirla con los demás a través del correo electrónico o de la propia web.

Todos los programas, sean del tipo que sean, suelen guardar sus archivos en un formato propio con objeto de poder continuar con la edición del mismo más adelante. 

Compresión de archivos

El alto consumo de disco necesario para almacenar imágenes propició que apareciesen diferentes técnicas que trataban de comprimir el volumen del archivo y mitigar así su voracidad de recursos. Los hay de dominio público y otros patentados y, por tanto, propietarios; deberíamos elegir siempre aquellos basados en algoritmos públicos en aras de la compatibilidad con nuestros semejantes, amén de otras razones de carácter ético.

Compresión con pérdida

Se produce cuando los algoritmos usados para reducir las cadenas del código desechan información y, como consecuencia, al descomprimir el archivo se produce una pérdida de información en los datos de la imagen.

Compresión sin pérdida

Evidentemente condensan las cadenas de código sin despreciar ningún tipo de información sobre la imagen, por lo que ésta se regenera intacta al ser descomprimida. Está claro que las ratios de compresión son menores con estos sistemas pero a veces el sacrificio merece la pena.

Formato JPG

JPEG (Joint Photographic Expert Group) / JFIF (JPEG File Interchange Format)

En un formato, como ya hemos avanzado, de los llamados sin pérdida visual muy difundido a partir de que los navegadores web empezaron a soportarlo. Admite imágenes en escala de grises a 8 bits y en color a 24 bits de profundidad.

Sus extensiones son: .jpeg, .jpg, .jif, .jfif

Formato GIF

GIF 89a (Graphics Interchage Format)

Este formato es muy económico y permite las transparencias en determinadas áreas de la imagen, sin embargo sólo admite profundidades entre 1 y 8 bits y, pese a su gran difusión en los comienzos de Internet al ser soportado por los navegadores, su empecinamiento en mantener su algoritmo de compresión bajo licencia propietaria hasta hace bien poco, ha provocado que sea remplazado por el formato .png, un formato abierto y con mejores ratios de compresión.

Formato TIF

TIFF (Tagged Image File Format)

Es uno de los mejores formatos gráficos que existen ya que mantiene totalmente la calidad de la imagen, por lo que se utiliza frecuentemente para almacenar fotos originales digitalizadas, convirtiéndose en un estándar de facto para estos menesteres.

Formato XCF

Existen otros muchos formatos de ficheros de imagen, sin embargo hemos reseñado los más utilizados y los que pueden solucionarnos cualquier necesidad en este sentido. xcf es el formato nativo de Gimp.

Finalmente reseñar que Gimp es capaz de abrir ficheros con extensión .psd nativos de Adobe Photoshop manteniendo las características de edición de este popular programa.