Arte por Computadora

Los m�todos de gr�ficas 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 m�todos computacionales, incluyendo hardware para prop�sitos especiales, programas art�sticos de brocha de pintar del artista (como Lumena), otros paquetes de pintura (como PixelPaint y SuperPaint), software desarrollado de manera especial, paquetes de matem�tica simb�lica (como Mathematica), paquetes de CAD, software de edici�n electr�nica de publicaciones y paquetes de animaciones que proporcionan los medios para dise�ar formas de objetos y especificar movimientos de objetos. La idea b�sica del programa paintbrush (brocha de pintar) permite a los artistas "pintar" im�genes en la pantalla de un monitor de video. En realidad, la imagen se pinta por lo general de manera electr�nica en una tableta de gr�ficas (digitalizador) utilizando un estilete, el cual puede simular diferentes trazos, anchuras de la brocha y colores. Los creadores de bellas artes emplean diversas tecnolog�as de computaci�n para producir im�genes. Con el prop�sito de crear pinturas el artista utiliza una combinaci�n de paquetes de modelado tridimensional, diagramaci�n de la textura, programas de dibujo y software de CAD. En un ejemplo de "arte metam�tico" un artista utiliz� una combinaci�n de funciones matem�ticas, 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 im�genes estereosc�picas. Otro ejemplo arte electr�nico creado a partir de relaciones matem�ticas es la obra de un compositor que est� dise�ada en relaci�n con las variaciones de la frecuencia y otros par�metros en una composi-ci�n musical para producir un video el cual integra patrones visuales y auditivos. Tambi�n se aplican estos m�todos en el arte comercial para crear logotipos y otros dise�os, distribuciones de p�gina que combinan texto y gr�ficas, anuncios publicitarios por televisi�n y otras �reas. Para muchas aplicaciones de arte comercial (y pel�culas, al igual que otras aplicacio-nes), se emplean t�cnicas fotorrealistas para presentar im�genes de un producto. Las animaciones tambi�n se utilizan con frecuencia en publicidad y los comerciales de televisi�n 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 animaci�n, se transfieren a pel�cula o se almacenan en un b�fer de video para hacer una reproducci�n. Las animaciones en pel�cula requieren 24 cuadros por cada segundo de la secuencia de animaci�n. Si se reproduce en un monitor de video, se requieren de 30 cuadros por segundo. Un m�todo com�n de gr�ficas que se utilizan en muchos comerciales es la transformaci�n (morphing), donde se transforma un objeto en otro (metamorfosis). En televisi�n se ha empleado para transformar una lata de aceite en un motor de autom�vil, un autom�vil en un tigre, un charco en una llanta y el rostro de una persona en otro.

Entretenimiento

Es muy com�n utilizar m�todos de gr�ficas por computadora para producir pel�culas, videos musicales y programas de televisi�n. En ocasiones, se despliegan s�lo im�genes gr�ficas y otras veces, se combinan los objetos con los actores y escenas en vivo. Por ejemplo, en una escena gr�fica creada para la pel�cula Start Treck - The Wrath of Khan, se dibujan en forma de armaz�n el planeta y la nave espacial y se sonbrean con m�todos de presentaci�n para producir superficies s�lidas. Al igual que pueden aparecer personas en forma de armaz�n combinadas con actores y una escena en vivo. Los videos musicales aprovechan las gr�ficas de muchas maneras, se pueden combinar objetos gr�ficos con acci�n en vivo, o se pueden utilizar t�cnicas de procesamiento de im�genes para producir una transformaci�n de una persona o un objeto en otro (morphing).

Educaci�n y capacitaci�n

A menudo, se utilizan como instrumentos de ayuda educativa modelos de sistemas f�sicos, financieros y econ�micos, los cuales se generan por computadora. Modelos de sistemas f�sicos, sistemas fisiol�gicos, tendencias de poblaci�n o equipo, pueden ayudar a los estudiantes a comprender la operaci�n del sistema. En el caso de algunas aplicaciones de capacitaci�n, se dise�an sistemas especiales, como los simuladores para sesiones de pr�ctica o capacitaci�n de capitanes de barco, pilotos de avi�n, operadores de equipo pesado y el personal de control de tr�fico a�reo. Algunos simuladores no tiene pantallas de video; por ejemplo, un simulador de vuelo que s�lo tiene un panel de control como instrumento de vuelo. No obstante, la mayor parte de los simulado-res cuenta con pantallas gr�ficas para la operaci�n visual.

Visualizaci�n

Cient�ficos, ingenieros, personal m�dico, analistas comerciales y otros con frecuencia necesitan analizar grandes cantidades de informaci�n o estudiar el comportamiento de ciertos procesos. Las simulaciones num�ricas efectuadas en supercomputadoras a menudo producen archivos de datos que contienen miles e incluso millones de valores de datos. De modo similar, c�maras v�a sat�lite y otras fuentes acumulan grandes archivos de datos m�s r�pido de lo que se pueden interpretar. El rastreo de estos grandes conjuntos de n�meros 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 producci�n de representaciones gr�ficas para conjuntos de datos y procesos cient�ficos de ingenier�a y de medicina se conoce como visualizaci�n cient�fica. El t�rmino visualizaci�n empresarial se emplea en relaci�n con conjuntos de datos que se asocian con el comercio, la industria y otras �reas no cient�ficas. Existen muchas clases de conjuntos de datos y los esquemas de visualizaci�n efectivos dependen de las caracter�sticas de los datos. Una compilaci�n de datos contiene valores escalares, vectores, tensores de orden superior o cualquier combinaci�n de estos tipos de datos. Y los conjuntos de datos pueden ser bidimensionales o tridimensionales. La codifi-caci�n de colores es s�lo una manera de visualizar un conjunto de datos. Las t�cnicas adicionales incluyen trazos, gr�ficas y diagramas de contorno, presentaciones de superficie y visualizaci�n de interiores de volumen. Adem�s, se combinan t�cnicas de procesamiento de im�genes con gr�ficas por computadora para crear muchas de las visualizaciones de datos. Las comunidades de matem�ticos, cient�ficos f�sicos y otros utilizan t�cnicas visuales para analizar funciones matem�ticas y procesos o s�lo con el prop�sito de crear representa-ciones gr�ficas interesantes.

Procesamiento de Im�genes

A pesar de que los m�todos empleados en las gr�ficas por computadora y en el proce-samiento de im�genes se traslapan, las dos �reas realizan, en forma fundamental, operaciones distintas. En las gr�ficas por computadora, se utiliza una computadora para crear una imagen. Por otro lado, en el procesamiento de im�genes se aplican t�cnicas para modificar o interpretar im�genes existentes, como fotograf�as y rastreos de televisi�n. Las dos aplicaciones principales del procesamiento de im�genes son (1) el mejoramiento de la calidad de la imagen y (2) la percepci�n de la m�quina de informaci�n visual, como se utiliza en la rob�tica. Para aplicar los m�todos de procesamiento de im�genes, primero digitalizamos una fotograf�a u otra imagen en un archivo de imagen. Entonces, se pueden aplicar m�todos digitales para reordenar partes de im�genes, para mejorar separaciones de colores o para aumentar la calidad del sombreado. Estas t�cnicas se utilizan en gran medida en aplicaciones de arte comercial que implican el retoque y el reorden de secciones de fotogra-f�as y otras obras de arte. Se emplean m�todos similares para analizar fotograf�as de la Tierra por sat�lite y fotograf�as de galaxias. Las aplicaciones m�dicas tambi�n hacen uso importante de estas t�cnicas de procesa-miento de im�genes para mejorar fotograf�as, en tomograf�as y simulacros de operaciones. La tomograf�a es una t�cnica de fotograf�a por rayos X la cual permite el despliegue de vistas transversales de sistemas fisiol�gicos. Tanto la tomograf�a computarizada (CT; computed tomography) por rayos X, como la tomograf�a de emisi�n de posici�n (PET; position emission tomography) utilizan m�todos de proyecci�n para reconstruir secciones transversa-les a partir de datos digitales. Estas t�cnicas son empleadas para supervisar funciones internas y mostrar secciones transversales durante una cirug�a. Otras t�cnicas de proyecci�n de im�genes m�dicas incluyen rastreadores ultras�nicos 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 radiaci�n que emiten radion�clidos ingeridos y trazan im�genes con codificaci�n de colores. Por lo general, el procesamiento de im�genes y las gr�ficas por computadora se combinan en muchas aplicaciones. Por ejemplo, en medicina se utilizan estas t�cnicas para modelar y estudiar funciones f�sicas, para dise�ar miembros artificiales, as� como planear y practicar cirug�as. Esta �ltima aplicaci�n se conoce, por lo general, cirug�a asistida por computadora. Se obtienen secciones transversales bidimensionales del cuerpo a trav�s de la utilizaci�n de t�cnicas de proyecci�n de im�genes. Luego se ven y manipulan los cortes utilizando m�todos gr�ficos para simular procedimientos quir�rgicos reales y experimentar con diversas incisiones quir�rgicas.

Interfaces Gr�ficas por Usuario

Es com�n que los paquetes de software ofrezcan una interfaz gr�fica. Un componente importante de una interfaz gr�fica es un administrador de ventanas que hace posible que un usuario despliegue �reas con ventanas m�ltiples. Cada ventana puede contener un proceso distinto que a su vez puede contener despliegues gr�ficos y no gr�ficos. Para activar una ventana en particular, s�lo hacemos clic en esa ventana utilizando un dispo-sitivo de pulsar interactivo. Las interfaces tambi�n despliegan men�es e iconos para permitir una selecci�n r�pida de las opciones de procesamiento o de valores de par�metros. Un icono es un s�mbolo gr�fico dise�ado para semejarse a la opci�n 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 est�n bien dise�ados. Los men�es contienen listas de descripciones textuales e iconos.

Otras herramientas para  la Graficaci�n

TUBO DE RAYOS CATODICOS REPASADOS

Un haz de electrones (rayos cat�dicos), emitidos por un ca��n de electrones, pasa a trav�s de sistemas de enfoque y deflexi�n que dirigen el haz hacia posiciones espec�ficas en la pantalla recubierta con una pel�cula de f�sforo; entonces el f�sforo emite una peque�a mancha de luz pero esta se desvanece con rapidez, es por ello que se requiere de alg�n m�todo 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 ca��n de electrones para un CRT son el c�todo 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 met�lico colocado sobre el c�todo. El sistema de enfoque en un CRT es necesario para forzar el haz de electrones a que converja en una peque�a mancha confirme hace contacto con el f�sforo, este enfoque se logra ya sea con campos el�ctricos o con campos magn�ticos. Hoy en d�a , los tubos de rayos cat�dicos est�n construidos con bobinas o ret�culas de deflexi�n magn�tica 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 deflexi�n electrost�tica, se montan dos pares de placas paralelas dentro del CRT. Se monta un para de placas en sentido horizontal para controlar la deflexi�n vertical y el otro par se monta en sentido vertical para controlar la deflexi�n horizontal. Distintas clases de f�sforo est�n disponibles para utilizarse en los CRT. Adem�s del color, la principal diferencia entre los f�sforos es su persistencia: �cuanto tiempo seguir� emitiendo luz despu�s 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 d�cima parte de su intensidad original. Un f�sforo con baja persistencia es �til para la animaci�n; mientras que uno con alta persistencia es �til para desplegar im�genes est�ticas muy complicadas. Los monitores gr�ficos se construyen por lo general, con una persistencia del orden de 10 a 60 microsegundos.

El numero m�ximo de puntos que se pueden desplegar sin que se traslapen en un CRT se conoce como la resoluci�n. Una definici�n mas precisa es el n�mero de puntos por cent�metro que se pueden trazar en sentidos horizontal y vertical. La resoluci�n com�n de los sistemas de alta calidad es de 1,280 por 1024 a estos se les llama sistemas de alta definici�n. Otra propiedad de los monitores de v�deo es la raz�n de aspecto. Este n�mero da la proporci�n de los puntos verticales con respecto de los puntos horizontales necesarios para producir l�neas con una longitud igual en ambas direcciones de la pantalla (expresada tambi�n en t�rminos de la raz�n de puntos horizontales a verticales). Por ejemplo una raz�n de aspecto de � implica que una l�nea vertical trazada con tres puntos tiene la misma longitud que una l�nea horizontal que se traza con cuatro puntos.

DESPLIEGUE DE BARRIDO CON RASTREADOR

El tipo mas com�n de monitor gr�fico que utiliza un CRT es el despliegue de barrido con rastreador. Este funciona recogiendo el haz de electrones a trav�s de cada l�nea, activ�ndose o desactivando la intensidad del haz para crear un patr�n de manchas iluminadas. La definici�n 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 la resoluci�n del sistema. Un sistema con 24 bits por pixel y una resoluci�n 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 m�ltiples por pixel, el buffer se llama PIXMAP. Y por otro lado el refrescado o repasado en los despliegues de repasado con rastreador se efect�a con un �ndice de 60 a 80 cuadros pro segundo; estos �ndices se describen tambi�n en unidades de ciclos por segundo, Hertz (Hz).

DESPLIEGUE DE RASTREO ALEATORIO

Aqu� un CRT dirige el haz de electrones s�lo a las partes de la pantalla donde se debe crear la imagen. Los monitores de trazado aleatorio trazan una imagen, una l�nea a la vez y por ese motivo, se llaman tambi�n de despliegue vectorial o despliegue de escritura o caligr�ficos. Las lineas que componen una imagen se pueden trazar y refrescar o enfriar mediante un sistema de trazado aleatorio en cualquier orden espec�fico. Los sistemas de trazado aleatorio est�n dise�ados para aplicaciones de trazo de l�neas y no pueden desplegar escenas sombreadas realistas.

MONITORES CRT DE COLOR

Un monitor CRT despliega im�genes a color utilizando una combinaci�n de f�sforos que emiten luz con colores distintos. Las dos t�cnicas b�sicas para producir despliegues a color con un CRT son el m�todo de penetraci�n de haz y el m�todo de m�scara de sombra. El m�todo de penetraci�n de haz para desplegar im�genes a color se utiliza con monitores de trazado aleatorio. Se recubren dos capas de f�sforo, por lo general rojo y azul, en el interior de la pantalla del CRT y el color que se despliega depende de cu�nto penetra el haz de electrones en las capas de f�sforo. 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 aceleraci�n del haz. Los m�todos de m�scara de sombra se utilizan, de manera regular en sistemas de barrido por rastreo.Un CRT de m�scara de sombra se utiliza tiene tres puntos de color de f�soforo en cada posici�n de pixel. Un punto de f�sforo emite una luz roja, otro emite una luz verde y el tercero emite una luz azul. Este tipo de CRT tiene tres ca�ones de electrones, uno para cada punto de color, y una rejilla de m�scara de sombra justo atr�s de la pantalla con recubrimiento de f�sforo. Los puntos de f�sforo de los triangulos se ordenan de modoque cada haz de electrones pueda activar s�lo su punto de color correspondiente cuando pasa a trav�s de la m�scara de sombra. El obtener variaciones de color en un CRT de m�scara de sombra al variar los niveles de intensidad de los tres haces de electrones. Los monitores compuestos son adaptaciones de televisores que permiten el libramiento de la circuiter�a de transmisi�n. Estos dispositivos de despliegue tambi�n requiere que se combine la informaci�n de la imagen, pero no se necesita ninguna se�al portadora. Los CRT de colores en sistemas gr�ficos est�n dise�ados como monitores RGB. Estos monitores utilizan m�todos de m�scara de sombra y toman el nivel de intensidad para cada ca��n de electrones (roja verde y azul) directamente del sistema de computaci�n sin ning�n 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 DIRECTA

Un m�todo alternativo para mantener una imagen en pantalla consiste en almacenar la informaci�n 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 informaci�n de la imagen como una distribuci�n de carga justo atr�s de la pantalla con recubrimiento de f�sforo. Un monitor DVST presenta tanto ventajas como desventajas. En este monitor no se requiere retrazado o repaso, se pueden desplegar im�genes 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 secci�n de una imagen, se debe borrar la pantalla entera y volver a trazar la imagen modificada.

DESPLIEGUES DE PANEL PLANO

A pesar de que la mayor parte de los monitores gr�ficos todav�a se construyen con CRT, est�n surgiendo otras tecnolog�as que pornto pueden sustituir a los monitores CRT. El t�rmino despliegue de panel plano se refiere a una clase de dispositivo que tiene pocos requerimientos de volumen, peso y energ�a en comparaci�n con un CRT. Son mas delgados y se pueden colgar en una pared o utilizarlos en una mu�eca.

Actualmente el despliegue de panel plano incluyen peque�os monitores de televici�n, calculadoras juegos de video de bolsillo, computadoras (laptop, portatiles) asi como exhibici�n de pel�culas en el brazo del asiento de los pasajeros en los aviones, etc.

Estos se dividen en dos categor�as: