Gráficos por computadora -Computer graphics

Una captura de pantalla de Blender 2.45 que muestra el modelo de prueba 3D Suzanne

Los gráficos por computadora se ocupan de generar imágenes con la ayuda de computadoras . Hoy en día, los gráficos por computadora son una tecnología central en fotografía digital, películas, videojuegos, teléfonos celulares y pantallas de computadora, y muchas aplicaciones especializadas. Se ha desarrollado una gran cantidad de hardware y software especializado, y las pantallas de la mayoría de los dispositivos están controladas por hardware de gráficos por computadora . Es un área vasta y recientemente desarrollada de la informática. La frase fue acuñada en 1960 por los investigadores de gráficos por computadora Verne Hudson y William Fetter de Boeing. A menudo se abrevia como CG, o típicamente en el contexto de la película como imágenes generadas por computadora (CGI). Los aspectos no artísticos de los gráficos por computadora son objeto deinvestigación en informática .

Algunos temas en gráficos por computadora incluyen diseño de interfaz de usuario , gráficos de sprites , representación , trazado de rayos , procesamiento de geometría , animación por computadora , gráficos vectoriales , modelado 3D , sombreadores , diseño de GPU , superficies implícitas , visualización , computación científica , procesamiento de imágenes , fotografía computacional , ciencia visualización , geometría computacional y visión artificial , entre otros. La metodología general depende en gran medida de las ciencias subyacentes de la geometría , la óptica , la física y la percepción .

Vuelo simulado sobre el valle de Trenta en los Alpes Julianos

Los gráficos por computadora son responsables de mostrar los datos de imágenes y arte de manera efectiva y significativa para el consumidor. También se utiliza para procesar datos de imágenes recibidos del mundo físico, como contenido de fotos y videos. El desarrollo de gráficos por computadora ha tenido un impacto significativo en muchos tipos de medios y ha revolucionado la animación , las películas , la publicidad , los videojuegos , en general.

Visión general

El término gráficos por computadora se ha utilizado en un sentido amplio para describir "casi todo en las computadoras que no es texto o sonido". Por lo general, el término gráficos por computadora se refiere a varias cosas diferentes:

  • la representación y manipulación de datos de imagen por una computadora
  • las diversas tecnologías utilizadas para crear y manipular imágenes
  • métodos para sintetizar y manipular digitalmente contenido visual, ver estudio de gráficos por computadora

Hoy en día, los gráficos por computadora están muy extendidos. Dichas imágenes se encuentran en la televisión, los periódicos, los informes meteorológicos y en una variedad de investigaciones médicas y procedimientos quirúrgicos. Un gráfico bien construido puede presentar estadísticas complejas en una forma más fácil de entender e interpretar. En los medios de comunicación, "dichos gráficos se utilizan para ilustrar artículos, informes, tesis" y otro material de presentación.

Se han desarrollado muchas herramientas para visualizar datos. Las imágenes generadas por computadora se pueden clasificar en varios tipos diferentes: gráficos bidimensionales (2D), tridimensionales (3D) y animados. A medida que la tecnología ha mejorado, los gráficos por computadora en 3D se han vuelto más comunes, pero los gráficos por computadora en 2D todavía se usan ampliamente. Los gráficos por computadora han surgido como un subcampo de la informática que estudia métodos para sintetizar y manipular digitalmente contenido visual. Durante la última década, se han desarrollado otros campos especializados como la visualización de información y la visualización científica más relacionada con "la visualización de fenómenos tridimensionales (arquitectónicos, meteorológicos, médicos, biológicos , etc.), donde el énfasis está en las representaciones realistas de volúmenes , superficies, fuentes de iluminación, etc., quizás con un componente dinámico (tiempo)".

Historia

Las ciencias precursoras del desarrollo de los modernos gráficos por computadora fueron los avances en ingeniería eléctrica , electrónica y televisión que tuvieron lugar durante la primera mitad del siglo XX. Las pantallas podían mostrar arte desde el uso de mates por parte de los hermanos Lumiere para crear efectos especiales para las primeras películas que datan de 1895, pero tales pantallas eran limitadas y no interactivas. El primer tubo de rayos catódicos , el tubo de Braun , se inventó en 1897; a su vez permitiría el osciloscopio y el panel de control militar , los precursores más directos del campo, ya que proporcionaron las primeras pantallas electrónicas bidimensionales que respondían a la programación. o entrada del usuario. Sin embargo, los gráficos por computadora permanecieron relativamente desconocidos como disciplina hasta la década de 1950 y el período posterior a la Segunda Guerra Mundial , tiempo durante el cual la disciplina surgió de una combinación de investigación académica pura tanto universitaria como de laboratorio en computadoras más avanzadas y el ejército de los Estados Unidos . un mayor desarrollo de tecnologías como el radar , la aviación avanzada y los cohetes desarrollados durante la guerra. Se necesitaban nuevos tipos de pantallas para procesar la gran cantidad de información resultante de tales proyectos, lo que condujo al desarrollo de gráficos por computadora como disciplina.

1950

Sala de Control del Sector SAGE .

Los primeros proyectos como Whirlwind y SAGE Projects introdujeron el CRT como una interfaz viable de visualización e interacción e introdujeron el lápiz óptico como un dispositivo de entrada . Douglas T. Ross del sistema Whirlwind SAGE realizó un experimento personal en el que escribió un pequeño programa que capturaba el movimiento de su dedo y mostraba su vector (su nombre trazado) en un visor. Uno de los primeros videojuegos interactivos en presentar gráficos interactivos reconocibles, Tennis for Two , fue creado para un osciloscopio por William Higinbotham para entretener a los visitantes en 1958 en el Laboratorio Nacional de Brookhaven y simuló un partido de tenis. En 1959, Douglas T. Ross volvió a innovar mientras trabajaba en el MIT para transformar enunciados matemáticos en vectores de máquina herramienta 3D generados por computadora aprovechando la oportunidad para crear una imagen de alcance de visualización de un personaje de dibujos animados de Disney .

El pionero de la electrónica, Hewlett-Packard, se hizo público en 1957 después de incorporarse la década anterior y estableció fuertes lazos con la Universidad de Stanford a través de sus fundadores, que eran ex alumnos . Esto comenzó la transformación de décadas del sur del Área de la Bahía de San Francisco en el principal centro de tecnología informática del mundo, ahora conocido como Silicon Valley . El campo de los gráficos por computadora se desarrolló con la aparición del hardware de gráficos por computadora.

Otros avances en la computación condujeron a mayores avances en los gráficos interactivos por computadora . En 1959, la computadora TX-2 fue desarrollada en el Laboratorio Lincoln del MIT . El TX-2 integró una serie de nuevas interfaces hombre-máquina. Se podría usar un lápiz óptico para dibujar bocetos en la computadora usando el revolucionario software Sketchpad de Ivan Sutherland . Usando un lápiz óptico, Sketchpad permitía dibujar formas simples en la pantalla de la computadora, guardarlas e incluso recuperarlas más tarde. El bolígrafo de luz en sí tenía una pequeña celda fotoeléctrica en su punta. Esta celda emitía un pulso electrónico cada vez que se colocaba frente a la pantalla de una computadora y el cañón de electrones de la pantalla disparaba directamente hacia ella. Simplemente cronometrando el pulso electrónico con la ubicación actual del cañón de electrones, fue fácil identificar exactamente dónde estaba el bolígrafo en la pantalla en un momento dado. Una vez que se determinó eso, la computadora podría dibujar un cursor en esa ubicación. Sutherland pareció encontrar la solución perfecta para muchos de los problemas gráficos que enfrentó. Incluso hoy en día, muchos estándares de interfaces de gráficos por computadora comenzaron con este primer programa Sketchpad. Un ejemplo de esto es en las restricciones de dibujo. Si uno quiere dibujar un cuadrado por ejemplo, no tiene que preocuparse por dibujar cuatro líneas perfectamente para formar los bordes de la caja. Uno puede simplemente especificar que quiere dibujar un cuadro y luego especificar la ubicación y el tamaño del cuadro. Luego, el software construirá una caja perfecta, con las dimensiones correctas y en la ubicación correcta. Otro ejemplo es que el software de Sutherland modeló objetos, no solo una imagen de objetos. En otras palabras, con un modelo de automóvil, uno podría cambiar el tamaño de las llantas sin afectar el resto del automóvil. Podría estirar el cuerpo del coche sin deformar los neumáticos.

1960

¡Guerra espacial! ejecutándose en el PDP-1 del Museo de

La frase "gráficos por computadora" se atribuye a William Fetter , un diseñador gráfico de Boeing en 1960. Fetter, a su vez, se la atribuyó a Verne Hudson, también en Boeing.

En 1961 otro estudiante del MIT, Steve Russell , creó otro título importante en la historia de los videojuegos , ¡Spacewar! Escrito para el DEC PDP-1 , Spacewar fue un éxito instantáneo y las copias comenzaron a fluir a otros propietarios de PDP-1 y, finalmente, DEC obtuvo una copia. Los ingenieros de DEC lo usaron como un programa de diagnóstico en cada nuevo PDP-1 antes de enviarlo. La fuerza de ventas se dio cuenta de esto lo suficientemente rápido y, al instalar nuevas unidades, ejecutaría el "primer videojuego del mundo" para sus nuevos clientes. ( Tennis For Two de Higginbotham había vencido a Spacewar por casi tres años, pero era casi desconocido fuera de un entorno académico o de investigación).

Casi al mismo tiempo (1961-1962) en la Universidad de Cambridge, Elizabeth Waldram escribió un código para mostrar mapas de radioastronomía en un tubo de rayos catódicos.

EE Zajac, un científico de Bell Telephone Laboratory (BTL), creó una película llamada "Simulación de un sistema de control de actitud de gravedad de dos giros" en 1963. En esta película generada por computadora, Zajac mostró cómo se podía alterar la actitud de un satélite. mientras orbita la Tierra. Creó la animación en una computadora central IBM 7090 . También en BTL, Ken Knowlton , Frank Sinden, Ruth A. Weiss y Michael Noll comenzaron a trabajar en el campo de los gráficos por computadora. Sinden creó una película llamada Fuerza, masa y movimiento que ilustra las leyes de movimiento de Newton en funcionamiento. Casi al mismo tiempo, otros científicos estaban creando gráficos por computadora para ilustrar su investigación. En el Lawrence Radiation Laboratory , Nelson Max creó las películas Flujo de un fluido viscoso y Propagación de ondas de choque en forma sólida . Boeing Aircraft creó una película llamada Vibration of an Aircraft .

También en algún momento a principios de la década de 1960, los automóviles también proporcionarían un impulso a través del trabajo inicial de Pierre Bézier en Renault , quien usó las curvas de Paul de Casteljau , ahora llamadas curvas de Bézier después del trabajo de campo de Bézier, para desarrollar técnicas de modelado 3D para Renault . carrocerías de automóviles Estas curvas formarían la base para gran parte del trabajo de modelado de curvas en el campo, ya que las curvas, a diferencia de los polígonos, son entidades matemáticamente complejas para dibujar y modelar bien.

Versión arcade Pong

No pasó mucho tiempo antes de que las grandes corporaciones comenzaran a interesarse por los gráficos por computadora. TRW , Lockheed-Georgia , General Electric y Sperry Rand se encuentran entre las muchas empresas que se estaban iniciando en los gráficos por computadora a mediados de la década de 1960. IBM respondió rápidamente a este interés lanzando la terminal gráfica IBM 2250 , la primera computadora gráfica disponible comercialmente. Ralph Baer , ​​ingeniero supervisor de Sanders Associates , ideó un videojuego doméstico en 1966 que más tarde obtuvo la licencia de Magnavox y se llamó Odyssey . Si bien era muy simple y requería piezas electrónicas bastante económicas, permitía al jugador mover puntos de luz en una pantalla. Fue el primer producto de gráficos por computadora de consumo. David C. Evans fue director de ingeniería en la división de computación de Bendix Corporation de 1953 a 1962, después de lo cual trabajó durante los siguientes cinco años como profesor invitado en Berkeley. Allí continuó su interés por las computadoras y cómo interactuaban con las personas. En 1966, la Universidad de Utah reclutó a Evans para formar un programa de ciencias de la computación y los gráficos por computadora se convirtieron rápidamente en su principal interés. Este nuevo departamento se convertiría en el principal centro de investigación mundial de gráficos por computadora durante la década de 1970.

Además, en 1966, Ivan Sutherland continuó innovando en el MIT cuando inventó la primera pantalla montada en la cabeza controlada por computadora (HMD). Mostró dos imágenes de estructura alámbrica separadas, una para cada ojo. Esto permitió al espectador ver la escena de la computadora en 3D estereoscópico . El hardware pesado requerido para sostener la pantalla y el rastreador se llamó Espada de Damocles debido al peligro potencial si cayera sobre el usuario. Después de recibir su Ph.D. del MIT, Sutherland se convirtió en Director de Procesamiento de Información en ARPA (Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada), y luego se convirtió en profesor en Harvard. En 1967, Evans contrató a Sutherland para que se uniera al programa de ciencias de la computación de la Universidad de Utah , un desarrollo que convertiría a ese departamento en uno de los centros de investigación más importantes en gráficos durante casi una década a partir de entonces, y eventualmente produciría algunos de los pioneros más importantes. en el campo. Allí Sutherland perfeccionó su HMD; veinte años más tarde, la NASA redescubriría sus técnicas en su investigación de realidad virtual . En Utah, Sutherland y Evans eran consultores muy buscados por las grandes empresas, pero estaban frustrados por la falta de hardware gráfico disponible en ese momento, por lo que comenzaron a formular un plan para iniciar su propia empresa.

En 1968, Dave Evans e Ivan Sutherland fundaron la primera empresa de hardware de gráficos por computadora, Evans & Sutherland . Si bien Sutherland originalmente quería que la empresa estuviera ubicada en Cambridge, Massachusetts, se eligió Salt Lake City debido a su proximidad con el grupo de investigación de los profesores de la Universidad de Utah.

También en 1968, Arthur Appel describió el primer algoritmo de emisión de rayos , el primero de una clase de algoritmos de representación basados ​​en el trazado de rayos que desde entonces se han vuelto fundamentales para lograr el fotorrealismo en los gráficos mediante el modelado de los caminos que toman los rayos de luz desde una fuente de luz hasta las superficies. en una escena, y en la cámara.

En 1969, la ACM inició un Grupo de Interés Especial en Gráficos ( SIGGRAPH ) que organiza conferencias , normas gráficas y publicaciones dentro del campo de los gráficos por computadora. En 1973 se llevó a cabo la primera conferencia anual SIGGRAPH, que se ha convertido en uno de los focos de la organización. SIGGRAPH ha crecido en tamaño e importancia a medida que el campo de los gráficos por computadora se ha expandido con el tiempo.


1970

La tetera Utah de Martin Newell y sus renderizados estáticos se convirtieron en un emblema del desarrollo CGI durante la década de 1970.

Posteriormente, en la década de 1970, en la Universidad de Utah , que había contratado a Ivan Sutherland , se produjeron una serie de avances en el campo, particularmente importantes avances tempranos en la transformación de los gráficos de utilitarios a realistas . Fue emparejado con David C. Evans para impartir una clase avanzada de gráficos por computadora, lo que contribuyó en gran medida a la investigación fundamental en el campo y enseñó a varios estudiantes que crecerían para fundar varias de las empresas más importantes de la industria, a saber , Pixar , Silicon Graphics , y Adobe Systems . Tom Stockham dirigió el grupo de procesamiento de imágenes en UU, que trabajó en estrecha colaboración con el laboratorio de gráficos por computadora.

Uno de estos estudiantes fue Edwin Catmull . Catmull acababa de llegar de The Boeing Company y había estado trabajando en su licenciatura en física. Al crecer en Disney , a Catmull le encantaba la animación, pero pronto descubrió que no tenía talento para dibujar. Ahora Catmull (junto con muchos otros) veía a las computadoras como la progresión natural de la animación y querían ser parte de la revolución. La primera animación por computadora que vio Catmull fue la suya. Creó una animación de su mano abriéndose y cerrándose. También fue pionero en el mapeo de texturas para pintar texturas en modelos tridimensionales en 1974, ahora considerada una de las técnicas fundamentales en el modelado 3D . Uno de sus objetivos se convirtió en producir una película de largometraje utilizando gráficos por computadora, un objetivo que lograría dos décadas más tarde después de su papel fundador en Pixar . En la misma clase, Fred Parke creó una animación del rostro de su esposa. Las dos animaciones se incluyeron en el largometraje de 1976 Futureworld .

A medida que el laboratorio de gráficos por computadora de la UU atraía a personas de todas partes, John Warnock fue otro de esos primeros pioneros; más tarde fundó Adobe Systems y creó una revolución en el mundo editorial con su lenguaje de descripción de página PostScript , y Adobe continuaría más tarde para crear el software de edición de fotos estándar de la industria en Adobe Photoshop y un destacado programa de efectos especiales de la industria cinematográfica en Adobe After Effects .

James Clark también estaba allí; Más tarde fundó Silicon Graphics , un fabricante de sistemas de renderizado avanzados que dominaría el campo de los gráficos de alta gama hasta principios de la década de 1990.

Estos primeros pioneros crearon un gran avance en los gráficos por computadora en 3D en la UU: la determinación de la superficie oculta . Para dibujar una representación de un objeto 3D en la pantalla, la computadora debe determinar qué superficies están "detrás" del objeto desde la perspectiva del espectador y, por lo tanto, deben estar "ocultas" cuando la computadora crea (o renderiza) la imagen. El sistema de gráficos 3D Core (o Core ) fue el primer estándar gráfico que se desarrolló. Un grupo de 25 expertos del Grupo de Interés Especial SIGGRAPH de ACM desarrolló este "marco conceptual". Las especificaciones se publicaron en 1977 y se convirtieron en la base para muchos desarrollos futuros en el campo.

También en la década de 1970, Henri Gouraud , Jim Blinn y Bui Tuong Phong contribuyeron a las bases del sombreado en CGI a través del desarrollo de los modelos de sombreado Gouraud y Blinn-Phong , lo que permitió que los gráficos pasaran de un aspecto "plano" a un aspecto más retratar con precisión la profundidad. Jim Blinn también innovó aún más en 1978 al presentar el mapeo de relieve , una técnica para simular superficies irregulares y el predecesor de muchos tipos de mapeo más avanzados que se usan en la actualidad.

El arcade de videojuegos moderno , tal como se conoce hoy en día, nació en la década de 1970, con los primeros juegos de arcade que utilizaban gráficos de sprites 2D en tiempo real. Pong en 1972 fue uno de los primeros juegos de arcade exitosos. Speed ​​​​Race en 1974 presentaba sprites que se movían a lo largo de un camino de desplazamiento vertical . Gun Fight en 1975 presentaba personajes animados de aspecto humano, mientras que Space Invaders en 1978 presentaba una gran cantidad de figuras animadas en la pantalla; ambos usaron un circuito de cambio de barril especializado hecho de chips discretos para ayudar a su microprocesador Intel 8080 a animar sus gráficos framebuffer .

1980

Donkey Kong fue uno de los videojuegos que ayudó a popularizar los gráficos por computadora a una audiencia masiva en la década de 1980.

La década de 1980 comenzó a ver la modernización y comercialización de gráficos por computadora. A medida que proliferaba la computadora doméstica , una audiencia mucho mayor adoptó un tema que anteriormente había sido una disciplina solo académica, y la cantidad de desarrolladores de gráficos por computadora aumentó significativamente.

A principios de la década de 1980, la tecnología de integración a gran escala (VLSI) de semiconductores de óxido de metal (MOS) condujo a la disponibilidad de microprocesadores de unidad de procesamiento central (CPU) de 16 bits y los primeros chips de unidad de procesamiento de gráficos (GPU), que comenzó a revolucionar los gráficos por computadora, permitiendo gráficos de alta resolución para terminales de gráficos por computadora, así como sistemas de computadora personal (PC). El µPD7220 de NEC fue la primera GPU, fabricada en un chip NMOS VLSI totalmente integrado . Admitía una resolución de hasta 1024x1024 y sentó las bases para el mercado emergente de gráficos para PC. Se usó en varias tarjetas gráficas y se autorizó para clones como Intel 82720, la primera de las unidades de procesamiento de gráficos de Intel . La memoria MOS también se abarató a principios de la década de 1980, lo que permitió el desarrollo de una memoria de búfer de cuadros asequible , en particular, la RAM de video (VRAM) introducida por Texas Instruments (TI) a mediados de la década de 1980. En 1984, Hitachi lanzó la ARTC HD63484, la primera GPU MOS (CMOS) complementaria. Era capaz de mostrar alta resolución en modo color y una resolución de hasta 4K en modo monocromático, y se usó en varias tarjetas gráficas y terminales a fines de la década de 1980. En 1986, TI presentó el TMS34010 , el primer procesador de gráficos MOS completamente programable.

Las terminales de gráficos por computadora durante esta década se convirtieron en estaciones de trabajo cada vez más inteligentes, semiautónomas e independientes. El procesamiento de aplicaciones y gráficos se migró cada vez más a la inteligencia en la estación de trabajo, en lugar de seguir dependiendo de la unidad central central y las minicomputadoras . Las estaciones de trabajo Orca 1000, 2000 y 3000, desarrolladas por Orcatech de Ottawa, una escisión de Bell-Northern Research , y dirigidas por David Pearson, uno de los primeros pioneros de las estaciones de trabajo. El Orca 3000 se basó en el microprocesador Motorola 68000 de 16 bits y los procesadores de segmento de bits AMD , y tenía Unix como sistema operativo. Estaba dirigido directamente al extremo sofisticado del sector de la ingeniería de diseño. Los artistas y diseñadores gráficos comenzaron a ver la computadora personal, particularmente Commodore Amiga y Macintosh , como una herramienta de diseño seria, que podía ahorrar tiempo y dibujar con mayor precisión que otros métodos. El Macintosh sigue siendo una herramienta muy popular para los gráficos por computadora entre los estudios de diseño gráfico y las empresas. Las computadoras modernas, que datan de la década de 1980, a menudo usan interfaces gráficas de usuario (GUI) para presentar datos e información con símbolos, íconos e imágenes, en lugar de texto. Los gráficos son uno de los cinco elementos clave de la tecnología multimedia .

En el campo de la representación realista, la Universidad de Osaka de Japón desarrolló el sistema de gráficos por computadora LINKS-1 , una supercomputadora que utilizó hasta 257 microprocesadores Zilog Z8001 , en 1982, con el fin de generar gráficos por computadora en 3D realistas . Según la Sociedad de Procesamiento de la Información de Japón: "El núcleo de la representación de imágenes en 3D es calcular la luminancia de cada píxel que forma una superficie representada desde el punto de vista, la fuente de luz y la posición del objeto dados. El sistema LINKS-1 se desarrolló para realizar una Metodología de representación de imágenes en la que cada píxel podría procesarse en paralelo de forma independiente mediante el trazado de rayos . Al desarrollar una nueva metodología de software específicamente para la representación de imágenes de alta velocidad, LINKS-1 pudo generar rápidamente imágenes muy realistas. Se utilizó para crear el primer Planetario en 3D : video de todo el cielo que se hizo completamente con gráficos de computadora. El video se presentó en el pabellón de Fujitsu en la Exposición Internacional de 1985 en Tsukuba . El LINKS-1 era la computadora más poderosa del mundo , en 1984. También en el campo de la representación realista, la ecuación de representación general de David Immel y James Kajiya se desarrolló en 1986, un paso importante hacia la implementación de la iluminación global , que es necesaria para perseguir el fotorrealismo en gráficos por computadora.

La continua popularidad de Star Wars y otras franquicias de ciencia ficción fue relevante en CGI cinematográfico en este momento, ya que Lucasfilm e Industrial Light & Magic se hicieron conocidos como la casa "ir a" por muchos otros estudios para gráficos de computadora de primer nivel en películas. Se realizaron avances importantes en la codificación de croma ("pantalla azul", etc.) para las películas posteriores de la trilogía original. Otras dos piezas de video también sobrevivirían a la era como históricamente relevantes: el icónico video casi completamente CGI de Dire Straits para su canción " Money for Nothing " en 1985, que popularizó CGI entre los fanáticos de la música de esa época, y una escena de El joven Sherlock Holmes el mismo año con el primer personaje completamente CGI en una película (un caballero de vidrieras animadas ). En 1988, Pixar , que ya se había separado de Industrial Light & Magic como una entidad separada, desarrolló los primeros sombreadores (pequeños programas diseñados específicamente para hacer sombreado como un algoritmo separado), aunque el público no vería los resultados de tal tecnología. progreso hasta la próxima década. A fines de la década de 1980, las computadoras Silicon Graphics (SGI) se utilizaron para crear algunos de los primeros cortometrajes totalmente generados por computadora en Pixar , y las máquinas Silicon Graphics se consideraron un hito en el campo durante la década.

La década de 1980 también se conoce como la era dorada de los videojuegos ; Los sistemas vendidos por millones de Atari , Nintendo y Sega , entre otras compañías, expusieron los gráficos de computadora por primera vez a una audiencia nueva, joven e impresionable, al igual que las computadoras personales basadas en MS-DOS , Apple II , Mac y Amigas . todo lo cual también permitió a los usuarios programar sus propios juegos si tenían la habilidad suficiente. Para las salas de juegos , se realizaron avances en gráficos comerciales en 3D en tiempo real. En 1988, se introdujeron las primeras tarjetas gráficas 3D en tiempo real dedicadas para salas de juegos, con Namco System 21 y Taito Air System. En el aspecto profesional, Evans & Sutherland y SGI desarrollaron hardware de gráficos de trama 3D que influyó directamente en la posterior unidad de procesamiento de gráficos (GPU) de un solo chip, una tecnología en la que se utiliza un chip independiente y muy potente en procesamiento paralelo con una CPU para optimizar los gráficos. .

La década también vio los gráficos por computadora aplicados a muchos mercados profesionales adicionales, incluido el entretenimiento y la educación basados ​​en la ubicación con E&S Digistar, el diseño de vehículos, la simulación de vehículos y la química.

1990

Quarxs , cartel de la serie, Maurice Benayoun , François Schuiten , 1992

La nota abrumadora de la década de 1990 fue la aparición del modelado 3D a gran escala y un aumento impresionante en la calidad de CGI en general. Las computadoras domésticas pudieron asumir tareas de renderizado que anteriormente se habían limitado a estaciones de trabajo que costaban miles de dólares; a medida que los modeladores 3D estuvieron disponibles para los sistemas domésticos, la popularidad de las estaciones de trabajo de Silicon Graphics disminuyó y las potentes máquinas Microsoft Windows y Apple Macintosh que ejecutan productos de Autodesk como 3D Studio u otro software de renderizado doméstico ascendieron en importancia. A finales de la década, la GPU comenzaría su ascenso al protagonismo que aún disfruta hoy.

El campo comenzó a ver los primeros gráficos renderizados que realmente podían pasar como fotorrealistas para el ojo inexperto (aunque aún no podían hacerlo con un artista CGI capacitado) y los gráficos 3D se volvieron mucho más populares en juegos , multimedia y animación . A finales de la década de 1980 y principios de la de 1990 se crearon en Francia las primeras series de televisión con gráficos por ordenador: La Vie des bêtes del estudio Mac Guff Ligne (1988), Les Fables Géométriques (1989–1991) del estudio Fantôme y Quarxs , la primera serie de gráficos por computadora HDTV de Maurice Benayoun y François Schuiten (producción de Studio ZA, 1990-1993).

En el cine, Pixar comenzó su serio ascenso comercial en esta era bajo la dirección de Edwin Catmull , con su primer estreno cinematográfico importante, en 1995, Toy Story , un éxito comercial y de crítica de nueve cifras. El estudio que inventó el sombreador programable continuaría teniendo muchos éxitos animados, y su trabajo en la animación de video renderizada todavía se considera un líder de la industria y un pionero en la investigación.

En los videojuegos, en 1992, Virtua Racing , que se ejecutaba en la placa del sistema arcade Sega Model 1 , sentó las bases para los juegos de carreras completamente en 3D y popularizó los gráficos poligonales en 3D en tiempo real entre un público más amplio en la industria de los videojuegos . Posteriormente , Sega Model 2 en 1993 y Sega Model 3 en 1996 ampliaron los límites de los gráficos comerciales en 3D en tiempo real. De vuelta en la PC, Wolfenstein 3D , Doom y Quake , tres de los primeros juegos de disparos en primera persona en 3D masivamente populares , fueron lanzados por id Software con gran éxito de crítica y público durante esta década utilizando un motor de renderizado innovado principalmente por John Carmack . Sony PlayStation , Sega Saturn y Nintendo 64 , entre otras consolas, se vendieron por millones y popularizaron los gráficos en 3D para los jugadores domésticos. Ciertos títulos 3D de primera generación de finales de la década de 1990 se consideraron influyentes en la popularización de los gráficos 3D entre los usuarios de consolas, como los juegos de plataforma Super Mario 64 y The Legend of Zelda: Ocarina of Time , y los primeros juegos de lucha en 3D como Virtua Fighter , Battle Arena Toshinden . y Tekken .

La tecnología y los algoritmos para renderizar continuaron mejorando enormemente. En 1996, Krishnamurty y Levoy inventaron el mapeo normal , una mejora del mapeo de relieve de Jim Blinn . 1999 vio a Nvidia lanzar la seminal GeForce 256 , la primera tarjeta de video doméstica anunciada como una unidad de procesamiento de gráficos o GPU, que en sus propias palabras contenía " transformación integrada , iluminación , configuración / recorte de triángulos y motores de renderizado ". A finales de la década, las computadoras adoptaron marcos comunes para el procesamiento de gráficos, como DirectX y OpenGL . Desde entonces, los gráficos por computadora se han vuelto más detallados y realistas, debido a un hardware de gráficos y un software de modelado 3D más potentes . AMD también se convirtió en un desarrollador líder de tarjetas gráficas en esta década, creando un "duopolio" en el campo que existe en la actualidad.

años 2000

Una captura de pantalla del videojuego Killing Floor , construido en Unreal Engine 2 . Las computadoras personales y los videojuegos de consola dieron un gran salto gráfico en la década de 2000, al ser capaces de mostrar gráficos en tiempo real que antes solo se podían renderizar previamente y/o en hardware de nivel empresarial.

CGI se volvió omnipresente en serio durante esta era. Los videojuegos y el cine CGI extendieron el alcance de los gráficos por computadora a la corriente principal a fines de la década de 1990 y continuaron haciéndolo a un ritmo acelerado en la década de 2000. CGI también se adoptó en masa para los anuncios de televisión a fines de la década de 1990 y en la década de 2000, por lo que se volvió familiar para una audiencia masiva.

El aumento continuo y la sofisticación cada vez mayor de la unidad de procesamiento de gráficos fueron cruciales para esta década, y las capacidades de renderizado 3D se convirtieron en una característica estándar a medida que las GPU de gráficos 3D se convirtieron en una necesidad para los fabricantes de computadoras de escritorio . La línea de tarjetas gráficas Nvidia GeForce dominó el mercado a principios de la década con una presencia competitiva ocasional significativa de ATI . A medida que avanzaba la década, incluso las máquinas de gama baja generalmente contenían una GPU con capacidad 3D de algún tipo, ya que Nvidia y AMD introdujeron conjuntos de chips de bajo precio y continuaron dominando el mercado. Los sombreadores que se introdujeron en la década de 1980 para realizar un procesamiento especializado en la GPU serían compatibles a finales de la década con la mayoría del hardware de consumo, lo que aceleraría considerablemente los gráficos y permitiría una textura y un sombreado muy mejorados en los gráficos de computadora a través de la adopción generalizada de normal . mapeo , mapeo de relieve y una variedad de otras técnicas que permiten la simulación de una gran cantidad de detalles.

Los gráficos por computadora utilizados en películas y videojuegos comenzaron gradualmente a ser realistas hasta el punto de entrar en el valle inquietante . Las películas CGI proliferaron, con películas de dibujos animados tradicionales como Ice Age y Madagascar , así como numerosas ofertas de Pixar como Finding Nemo dominando la taquilla en este campo. The Final Fantasy: The Spirits Within , lanzado en 2001, fue el primer largometraje completamente generado por computadora que utilizó personajes CGI fotorrealistas y se hizo completamente con captura de movimiento. Sin embargo, la película no fue un éxito de taquilla. Algunos comentaristas han sugerido que esto puede deberse en parte a que los personajes CGI principales tenían rasgos faciales que caían en el " valle inquietante ". Otras películas animadas como The Polar Express también llamaron la atención en este momento. Star Wars también resurgió con su trilogía de precuelas y los efectos continuaron estableciendo un estándar para CGI en el cine.

En los videojuegos , Sony PlayStation 2 y 3 , la línea de consolas Microsoft Xbox y las ofertas de Nintendo como GameCube mantuvieron un gran número de seguidores, al igual que la PC con Windows . Títulos con mucho CGI de marquesina como la serie de Grand Theft Auto , Assassin's Creed , Final Fantasy , BioShock , Kingdom Hearts , Mirror's Edge y docenas de otros continuaron acercándose al fotorrealismo , haciendo crecer la industria de los videojuegos e impresionando, hasta que los ingresos de esa industria se volvieron comparables a los de cine. Microsoft tomó la decisión de exponer DirectX más fácilmente al mundo de los desarrolladores independientes con el programa XNA , pero no fue un éxito. Sin embargo, DirectX en sí siguió siendo un éxito comercial. OpenGL continuó madurando también, y tanto él como DirectX mejoraron enormemente; los lenguajes de sombreado de segunda generación HLSL y GLSL comenzaron a ser populares en esta década.

En computación científica , se inventó la técnica GPGPU para pasar grandes cantidades de datos bidireccionalmente entre una GPU y una CPU; acelerar el análisis de muchos tipos de experimentos de bioinformática y biología molecular . La técnica también se ha utilizado para la minería de Bitcoin y tiene aplicaciones en visión artificial .

2010s

Una textura de placa de diamante renderizada en primer plano utilizando principios de renderizado basados ​​en la física , un área cada vez más activa de investigación para gráficos por computadora en la década de 2010.

En la década de 2010, CGI ha sido casi omnipresente en el video, los gráficos renderizados previamente son casi científicamente fotorrealistas y los gráficos en tiempo real en un sistema adecuado de alta gama pueden simular el fotorrealismo para el ojo inexperto.

El mapeo de texturas se ha convertido en un proceso de varias etapas con muchas capas; en general, no es raro implementar mapeo de texturas, mapeo de relieve o isosuperficies o mapeo normal , mapas de iluminación que incluyen técnicas de reflexión y reflejos especulares , y volúmenes de sombras en un motor de renderizado que usa sombreadores , que están madurando considerablemente. Los sombreadores ahora son casi una necesidad para el trabajo avanzado en el campo, proporcionando una complejidad considerable en la manipulación de píxeles , vértices y texturas por elemento, e innumerables efectos posibles. Sus lenguajes de sombreado HLSL y GLSL son campos activos de investigación y desarrollo. El renderizado basado en la física o PBR, que implementa muchos mapas y realiza cálculos avanzados para simular el flujo de luz óptica real , también es un área de investigación activa, junto con áreas avanzadas como la oclusión ambiental , la dispersión del subsuelo , la dispersión de Rayleigh , el mapeo de fotones y muchas otras. Están comenzando los experimentos sobre la potencia de procesamiento requerida para proporcionar gráficos en tiempo real en modos de ultra alta resolución como 4K Ultra HD , aunque están fuera del alcance de todos excepto el hardware de gama más alta.

En el cine, la mayoría de las películas animadas ahora son CGI; Se hacen muchas películas animadas CGI por año , pero pocas, si es que hay alguna, intentan el fotorrealismo debido a los continuos temores del valle inquietante . La mayoría son dibujos animados en 3D .

En los videojuegos, Microsoft Xbox One , Sony PlayStation 4 y Nintendo Switch actualmente dominan el espacio doméstico y todos son capaces de gráficos 3D altamente avanzados; la PC con Windows sigue siendo una de las plataformas de juego más activas también.

Tipos de imagen

Bidimensional

Sprites gráficos rasterizados (izquierda) y máscaras (derecha)

Los gráficos por computadora en 2D son la generación de imágenes digitales basada en computadora, principalmente a partir de modelos, como la imagen digital, y mediante técnicas específicas para ellos.

Los gráficos 2D por computadora se utilizan principalmente en aplicaciones que se desarrollaron originalmente sobre tecnologías tradicionales de impresión y dibujo , como la tipografía. En esas aplicaciones, la imagen bidimensional no es solo una representación de un objeto del mundo real, sino un artefacto independiente con valor semántico agregado; Por lo tanto, se prefieren los modelos bidimensionales porque brindan un control más directo de la imagen que los gráficos por computadora en 3D , cuyo enfoque es más parecido a la fotografía que a la tipografía .

Arte de pixel

Una gran forma de arte digital, el arte de píxeles se crea mediante el uso de software de gráficos de trama , donde las imágenes se editan a nivel de píxeles . Los gráficos en la mayoría de los juegos de computadora y videojuegos antiguos (o relativamente limitados), los juegos de calculadora gráfica y muchos juegos de teléfonos móviles son en su mayoría pixel art.

Gráficos de sprites

Un sprite es una imagen o animación bidimensional que se integra en una escena más grande. Inicialmente, incluía solo objetos gráficos manejados por separado del mapa de bits de memoria de una pantalla de video, ahora incluye varias formas de superposiciones gráficas.

Originalmente, los sprites eran un método de integración de mapas de bits no relacionados para que parecieran ser parte del mapa de bits normal en una pantalla , como crear un personaje animado que se puede mover en una pantalla sin alterar los datos que definen la pantalla general. Dichos sprites pueden ser creados por circuitos electrónicos o software . En los circuitos, un sprite de hardware es una construcción de hardware que emplea canales DMA personalizados para integrar elementos visuales con la pantalla principal, superponiendo dos fuentes de video discretas. El software puede simular esto a través de métodos de renderizado especializados.

Gráficos vectoriales

Ejemplo que muestra el efecto de gráficos vectoriales versus gráficos rasterizados (mapa de bits)


Los formatos de gráficos vectoriales son complementarios a los gráficos de trama . Los gráficos de trama son la representación de imágenes como una matriz de píxeles y se utilizan normalmente para la representación de imágenes fotográficas. Los gráficos vectoriales consisten en codificar información sobre formas y colores que componen la imagen, lo que puede permitir una mayor flexibilidad en la representación. Hay instancias en las que trabajar con herramientas y formatos vectoriales es la mejor práctica, y instancias en las que trabajar con herramientas y formatos ráster es la mejor práctica. Hay momentos en los que ambos formatos se juntan. Una comprensión de las ventajas y limitaciones de cada tecnología y la relación entre ellas es más probable que resulte en un uso eficiente y eficaz de las herramientas.

Modelos generativos de aprendizaje automático

Salida de difusión estable para el mensaje "un astronauta montando a caballo, por Hiroshige ", 2022

Desde mediados de la década de 2010, como resultado de los avances en las redes neuronales profundas , se han creado modelos que toman como entrada una descripción en lenguaje natural y producen como salida una imagen que coincide con esa descripción. Los modelos de texto a imagen generalmente combinan un modelo de lenguaje , que transforma el texto de entrada en una representación latente, y un modelo de imagen generativa , que produce una imagen condicionada a esa representación. Los modelos más efectivos generalmente han sido entrenados en cantidades masivas de datos de imágenes y texto extraídos de la web. Para 2022, los mejores de estos modelos, por ejemplo, Dall-E 2 y Stable Diffusion , podrán crear imágenes en una variedad de estilos, que van desde imitaciones de artistas vivos hasta casi fotorrealistas, en cuestión de segundos, con suficiente potencia. hardware.

Tridimensional

Los gráficos 3D, en comparación con los gráficos 2D, son gráficos que utilizan una representación tridimensional de datos geométricos. Con fines de rendimiento, esto se almacena en la computadora. Esto incluye imágenes que pueden ser para su posterior visualización o visualización en tiempo real.

A pesar de estas diferencias, los gráficos por computadora en 3D se basan en algoritmos similares a los de los gráficos por computadora en 2D en el marco y los gráficos de trama (como en 2D) en la visualización renderizada final. En el software de gráficos por computadora, la distinción entre 2D y 3D es ocasionalmente borrosa; Las aplicaciones 2D pueden usar técnicas 3D para lograr efectos como la iluminación y, principalmente, 3D puede usar técnicas de renderizado 2D.

Los gráficos 3D por computadora son lo mismo que los modelos 3D. El modelo está contenido dentro del archivo de datos gráficos, además de la representación. Sin embargo, existen diferencias que incluyen que el modelo 3D es la representación de cualquier objeto 3D. Hasta que no se muestre visualmente, un modelo no es gráfico. Debido a la impresión, los modelos 3D no solo se limitan al espacio virtual. La representación 3D es cómo se puede mostrar un modelo. También se puede utilizar en simulaciones y cálculos informáticos no gráficos.

Animación por computadora

La animación por computadora es el arte de crear imágenes en movimiento mediante el uso de computadoras . Es un subcampo de gráficos y animación por computadora . Cada vez más se crea por medio de gráficos por computadora en 3D , aunque los gráficos por computadora en 2D todavía se usan ampliamente para necesidades estilísticas, de bajo ancho de banda y de renderizado en tiempo real más rápido . A veces, el objetivo de la animación es la computadora misma, pero a veces el objetivo es otro medio , como una película . También se conoce como CGI ( imágenes generadas por computadora o imágenes generadas por computadora), especialmente cuando se usa en películas.

Las entidades virtuales pueden contener y ser controladas por diversos atributos, como valores de transformación (ubicación, orientación y escala) almacenados en la matriz de transformación de un objeto . La animación es el cambio de un atributo a lo largo del tiempo. Existen múltiples métodos para lograr la animación; la forma rudimentaria se basa en la creación y edición de fotogramas clave , cada uno de los cuales almacena un valor en un momento dado, por atributo a animar. El software de gráficos 2D/3D cambiará con cada fotograma clave, creando una curva editable de un valor asignado a lo largo del tiempo, que da como resultado una animación. Otros métodos de animación incluyen técnicas basadas en procedimientos y expresiones : las primeras consolidan elementos relacionados de entidades animadas en conjuntos de atributos, útiles para crear efectos de partículas y simulaciones de multitudes ; este último permite que un resultado evaluado devuelto por una expresión lógica definida por el usuario, junto con las matemáticas, automatice la animación de una manera predecible (conveniente para controlar el comportamiento óseo más allá de lo que ofrece una jerarquía en la configuración del sistema esquelético ).

Para crear la ilusión de movimiento, se muestra una imagen en la pantalla de la computadora y luego se reemplaza rápidamente por una nueva imagen que es similar a la imagen anterior, pero ligeramente desplazada. Esta técnica es idéntica a la ilusión de movimiento en la televisión y las películas .

Conceptos y principios

Las imágenes son típicamente creadas por dispositivos tales como cámaras , espejos , lentes , telescopios , microscopios , etc.

Las imágenes digitales incluyen tanto imágenes vectoriales como imágenes rasterizadas , pero las imágenes rasterizadas son las más utilizadas.

píxel

En la parte ampliada de la imagen, los píxeles individuales se representan como cuadrados y se pueden ver fácilmente.

En imágenes digitales, un píxel (o elemento de imagen) es un punto único en una imagen de trama . Los píxeles se colocan en una cuadrícula bidimensional regular y, a menudo, se representan mediante puntos o cuadrados. Cada píxel es una muestra de una imagen original, donde más muestras generalmente brindan una representación más precisa del original. La intensidad de cada píxel es variable; en los sistemas de color, cada píxel tiene normalmente tres componentes, como rojo, verde y azul .

Los gráficos son presentaciones visuales en una superficie, como la pantalla de una computadora. Algunos ejemplos son fotografías, dibujos, diseños gráficos, mapas , dibujos de ingeniería u otras imágenes. Los gráficos a menudo combinan texto e ilustración. El diseño gráfico puede consistir en la selección, creación o disposición deliberada de la tipografía únicamente, como en un folleto, volante, póster, sitio web o libro sin ningún otro elemento. La claridad o comunicación efectiva puede ser el objetivo, se puede buscar la asociación con otros elementos culturales, o simplemente, la creación de un estilo distintivo.

Primitivos

Las primitivas son unidades básicas que un sistema gráfico puede combinar para crear imágenes o modelos más complejos. Los ejemplos serían sprites y mapas de caracteres en videojuegos 2D, primitivas geométricas en CAD o polígonos o triángulos en renderizado 3D. Las primitivas pueden admitirse en el hardware para una representación eficiente , o los componentes básicos proporcionados por una aplicación de gráficos .

Representación

El renderizado es la generación de una imagen 2D a partir de un modelo 3D por medio de programas informáticos. Un archivo de escena contiene objetos en un lenguaje o estructura de datos estrictamente definidos; contendría información de geometría, punto de vista, textura , iluminación y sombreado como una descripción de la escena virtual. Los datos contenidos en el archivo de escena luego se pasan a un programa de renderizado para ser procesados ​​y enviados a una imagen digital o un archivo de imagen de gráficos rasterizados . El programa de renderizado generalmente está integrado en el software de gráficos por computadora, aunque otros están disponibles como complementos o programas completamente separados. El término "representación" puede ser por analogía con la "representación de un artista" de una escena. Aunque los detalles técnicos de los métodos de renderizado varían, los desafíos generales que se deben superar al producir una imagen 2D a partir de una representación 3D almacenada en un archivo de escena se describen como la canalización de gráficos a lo largo de un dispositivo de renderizado, como una GPU . Una GPU es un dispositivo capaz de ayudar a la CPU en los cálculos. Si una escena debe verse relativamente realista y predecible bajo iluminación virtual, el software de renderizado debe resolver la ecuación de renderizado . La ecuación de representación no tiene en cuenta todos los fenómenos de iluminación, pero es un modelo de iluminación general para imágenes generadas por computadora. 'Procesamiento' también se usa para describir el proceso de cálculo de efectos en un archivo de edición de video para producir la salida de video final.

proyección 3D
La proyección 3D es un método para mapear puntos tridimensionales en un plano bidimensional. Como la mayoría de los métodos actuales para mostrar datos gráficos se basan en medios bidimensionales planos, el uso de este tipo de proyección está muy extendido. Este método se utiliza en la mayoría de las aplicaciones 3D en tiempo real y, por lo general, utiliza la rasterización para producir la imagen final.
trazado de rayos
El trazado de rayos es una técnica de la familia de algoritmos de orden de imágenes para generar una imagen mediante el seguimiento de la trayectoria de la luz a través de píxeles en un plano de imagen . La técnica es capaz de producir un alto grado de fotorrealismo ; generalmente más alto que el de los métodos típicos de renderizado de línea de exploración , pero a un mayor costo computacional .
Sombreado
ejemplo de sombreado
El sombreado se refiere a representar la profundidad en modelos 3D o ilustraciones mediante diferentes niveles de oscuridad . Es un proceso que se utiliza en el dibujo para representar niveles de oscuridad en el papel mediante la aplicación de medios más densos o con un tono más oscuro para las áreas más oscuras, y menos densos o con un tono más claro para las áreas más claras. Existen varias técnicas de sombreado, incluido el sombreado cruzado , en el que se dibujan líneas perpendiculares de proximidad variable en un patrón de cuadrícula para sombrear un área. Cuanto más juntas estén las líneas, más oscura aparecerá el área. Asimismo, cuanto más separadas estén las líneas, más clara aparecerá el área. El término se ha generalizado recientemente para indicar que se aplican sombreadores .
Mapeado de texturas
El mapeo de texturas es un método para agregar detalles, textura superficial o color a un gráfico o modelo 3D generado por computadora . Su aplicación a gráficos 3D fue iniciada por el Dr. Edwin Catmull en 1974. Se aplica (mapea) un mapa de textura a la superficie de una forma o polígono. Este proceso es similar a aplicar papel estampado a una caja blanca normal. La textura múltiple es el uso de más de una textura a la vez en un polígono. Las texturas de procedimiento (creadas a partir del ajuste de parámetros de un algoritmo subyacente que produce una textura de salida) y las texturas de mapa de bits (creadas en una aplicación de edición de imágenes o importadas desde una cámara digital ) son, en términos generales, métodos comunes para implementar la definición de textura en modelos 3D en software de gráficos por computadora, mientras que la colocación prevista de texturas en la superficie de un modelo a menudo requiere una técnica conocida como mapeo UV (diseño manual arbitrario de coordenadas de textura) para superficies poligonales , mientras que las superficies B-spline racionales no uniformes (NURB) tienen su propio intrínseco parametrización utilizada como coordenadas de textura. El mapeo de texturas como disciplina también abarca técnicas para crear mapas normales y mapas de relieve que corresponden a una textura para simular la altura y mapas especulares para ayudar a simular el brillo y los reflejos de la luz, así como el mapeo del entorno para simular la reflectividad similar a un espejo, también llamada brillo.
Suavizado
La representación de entidades independientes de la resolución (como modelos 3D) para su visualización en un dispositivo ráster (basado en píxeles), como una pantalla de cristal líquido o un televisor CRT, provoca inevitablemente artefactos de alias principalmente a lo largo de los bordes geométricos y los límites de los detalles de la textura; estos artefactos se denominan informalmente " jaggies ". Los métodos de anti-aliasing rectifican tales problemas, lo que da como resultado imágenes más agradables para el espectador, pero pueden ser algo costosos desde el punto de vista computacional. Se pueden emplear varios algoritmos anti-aliasing (como el supermuestreo ), y luego personalizarlos para obtener el rendimiento de representación más eficiente en comparación con la calidad de las imágenes resultantes; un artista gráfico debe considerar esta compensación si se van a utilizar métodos de suavizado. Una textura de mapa de bits pre-anti-aliasing que se muestra en una pantalla (o ubicación de la pantalla) a una resolución diferente a la resolución de la propia textura (como un modelo texturizado a la distancia de la cámara virtual) exhibirá artefactos de alias, mientras que cualquier la textura definida por procedimientos siempre mostrará artefactos de alias, ya que son independientes de la resolución; Técnicas como mipmapping y filtrado de texturas ayudan a resolver problemas de aliasing relacionados con texturas.

Representación de volumen

Tomografía computarizada de procesamiento de volumen de un antebrazo con diferentes esquemas de color para músculo, grasa, hueso y sangre

La representación de volumen es una técnica utilizada para mostrar una proyección 2D de un conjunto de datos 3D muestreados discretamente . Un conjunto de datos 3D típico es un grupo de imágenes de corte 2D adquiridas por un escáner CT o MRI .

Por lo general, estos se adquieren en un patrón regular (por ejemplo, un corte cada milímetro) y normalmente tienen un número regular de píxeles de imagen en un patrón regular. Este es un ejemplo de una cuadrícula volumétrica regular, con cada elemento de volumen o vóxel representado por un valor único que se obtiene al muestrear el área inmediata que rodea al vóxel.

modelado 3D

El modelado 3D es el proceso de desarrollar una representación matemática de estructura alámbrica de cualquier objeto tridimensional, llamado "modelo 3D", a través de un software especializado. Los modelos se pueden crear de forma automática o manual; el proceso de modelado manual de preparación de datos geométricos para gráficos 3D por computadora es similar a las artes plásticas como la escultura . Los modelos 3D se pueden crear utilizando múltiples enfoques: uso de NURB para generar parches de superficie suaves y precisos, modelado de malla poligonal (manipulación de geometría facetada) o subdivisión de malla poligonal (teselado avanzado de polígonos, lo que da como resultado superficies suaves similares a los modelos NURB). Un modelo 3D puede mostrarse como una imagen bidimensional a través de un proceso llamado representación 3D , usarse en una simulación por computadora de fenómenos físicos o animarse directamente para otros fines. El modelo también se puede crear físicamente utilizando dispositivos de impresión 3D .

Pioneros en infografía

Carlos Csuri
Charles Csuri es un pionero en animación por computadora y bellas artes digitales y creó el primer arte por computadora en 1964. Csuri fue reconocido por el Smithsonian como el padre del arte digital y la animación por computadora, y como pionero de la animación por computadora por el Museo de Arte Moderno ( MoMA) y Association for Computing Machinery - SIGGRAPH .
Donald P Greenberg
Donald P. Greenberg es un innovador líder en gráficos por computadora. Greenberg es autor de cientos de artículos y se desempeñó como maestro y mentor de muchos destacados artistas gráficos por computadora, animadores e investigadores como Robert L. Cook , Marc Levoy , Brian A. Barsky y Wayne Lytle . Muchos de sus antiguos alumnos han ganado premios de la Academia por logros técnicos y varios han ganado el premio SIGGRAPH Achievement Award. Greenberg fue el director fundador del NSF Center for Computer Graphics and Scientific Visualization.
A. Michael Noll
Noll fue uno de los primeros investigadores en usar una computadora digital para crear patrones artísticos y formalizar el uso de procesos aleatorios en la creación de artes visuales . Comenzó a crear arte digital en 1962, lo que lo convirtió en uno de los primeros artistas digitales. En 1965, Noll, junto con Frieder Nake y Georg Nees , fueron los primeros en exhibir públicamente su arte informático. Durante abril de 1965, la Galería Howard Wise exhibió el arte por computadora de Noll junto con patrones de puntos aleatorios de Bela Julesz .

Otros pioneros

Una representación moderna de la tetera Utah , un modelo icónico en gráficos 3D por computadora creado por Martin Newell , 1975

Organizaciones

Estudio de gráficos por computadora.

El estudio de los gráficos por computadora es un subcampo de las ciencias de la computación que estudia los métodos para sintetizar y manipular digitalmente el contenido visual. Aunque el término a menudo se refiere a gráficos de computadora tridimensionales, también abarca gráficos bidimensionales y procesamiento de imágenes .

Como disciplina académica , los gráficos por computadora estudian la manipulación de información visual y geométrica utilizando técnicas computacionales. Se centra en los fundamentos matemáticos y computacionales de la generación y procesamiento de imágenes en lugar de cuestiones puramente estéticas . Los gráficos por computadora a menudo se diferencian del campo de la visualización , aunque los dos campos tienen muchas similitudes.

Aplicaciones

Los gráficos por computadora se pueden usar en las siguientes áreas:

Ver también

notas

Referencias

Otras lecturas

  • L. Ammeraal y K. Zhang (2007). Gráficos por computadora para programadores de Java , segunda edición, John-Wiley & Sons, ISBN  978-0-470-03160-5 .
  • David Rogers (1998). Elementos de Procedimiento para la Gráfica por Computador . McGraw-Hill.
  • James D. Foley , Andries Van Dam, Steven K. Feiner y John F. Hughes (1995). Gráficos por computadora: principios y práctica . Addison-Wesley.
  • Donald Hearn y M. Pauline Baker (1994). Gráficos por computadora . Prentice Hall.
  • Francisco S. Hill (2001). Gráficos por computadora . Prentice Hall.
  • John Lewell (1985). Gráficos por computadora: un estudio de las técnicas y aplicaciones actuales . Van Nostrand Reinhold.
  • Jeffrey J. McConnell (2006). Gráficos por computadora: de la teoría a la práctica . Editores Jones & Bartlett.
  • RD Parslow, RW Prowse, Richard Elliot Green (1969). Infografías: Técnicas y Aplicaciones .
  • Peter Shirley y otros. (2005). Fundamentos de la infografía . AK Peters, Ltd.
  • M. Slater, A. Steed, Y. Chrysantho (2002). Infografías y entornos virtuales: del realismo al tiempo real . Addison-Wesley.
  • Wolfgang Höhl (2008): Entornos interactivos con software de código abierto, Springer Wien New York, ISBN  3-211-79169-8

enlaces externos