Los gráficos por computadora se encargan de generar imágenes con la ayuda de computadoras. Hoy en día, los gráficos por computadora son una tecnología central en fotografía digital, películas, videojuegos, pantallas de teléfonos celulares y computadoras, 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 una película como imágenes generadas por computadora (CGI). Los aspectos no artísticos de los gráficos por computadora son objeto de investigación en ciencias de la computación .[1]
Algunos temas en gráficos por computadora incluyen diseño de interfaz de usuario , gráficos de sprites , renderizado , trazado de rayos , procesamiento de geometría , animación por computadora , gráficos vectoriales , modelado 3D , sombreadores , diseño de GPU , superficies implícitas , visualización , procesamiento de imágenes , fotografía computacional , visualización científica , computacional geometría 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 .
Los gráficos por computadora son responsables de mostrar el arte y los datos de imágenes 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.
Descripción general
El término gráficos por computadora se ha utilizado en un sentido amplio para describir "casi todo lo que hay en las computadoras que no es texto o sonido". [2] Por lo general, el término gráficos por computadora se refiere a varias cosas diferentes:
- la representación y manipulación de datos de imágenes 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. Estas imágenes se encuentran en y 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 que sea más fácil de entender e interpretar. En los medios de comunicación "estos gráficos se utilizan para ilustrar trabajos, informes, tesis" y otros materiales de presentación. [3]
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 utilizan ampliamente. La infografía ha 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 preocupada por "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) ". [4]
Historia
Las ciencias precursoras del desarrollo de la infografía moderna 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 de los hermanos Lumiere para crear efectos especiales para las primeras películas que datan de 1895, pero tales exhibiciones eran limitadas y no interactivas. El primer tubo de rayos catódicos , el tubo de Braun , se inventó en 1897, que a su vez permitiría que el osciloscopio y el panel de control militar fueran 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 puramente universitaria y de laboratorio en computadoras más avanzadas y las fuerzas armadas de los Estados Unidos . Un mayor desarrollo de tecnologías como el radar , la aviación avanzada y los cohetes se desarrollaron durante la guerra. Se necesitaban nuevos tipos de pantallas para procesar la gran cantidad de información resultante de tales proyectos, lo que llevó al desarrollo de los gráficos por computadora como disciplina.
1950
Los primeros proyectos, como Whirlwind y SAGE, introdujeron el CRT como una interfaz de interacción y visualización viable 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 que presenta 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 simular un partido de tenis. En 1959, Douglas T. Ross volvió a innovar mientras trabajaba en el MIT en la transformación de 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 . [5]
La pionera en electrónica Hewlett-Packard se hizo pública 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 inició la transformación de décadas del sur del Área de la Bahía de San Francisco en el centro de tecnología informática líder en el mundo, ahora conocido como Silicon Valley . El campo de los gráficos por computadora se desarrolló con la aparición del hardware de gráficos por computadora.
Los avances adicionales en la computación condujeron a mayores avances en los gráficos por computadora interactivos . En 1959, la computadora TX-2 se desarrolló en el Laboratorio Lincoln del MIT . El TX-2 integró una serie de nuevas interfaces hombre-máquina. Se podría usar un bolígrafo ligero para dibujar bocetos en la computadora usando el revolucionario software Sketchpad de Ivan Sutherland . [6] Con un lápiz óptico, Sketchpad permitía dibujar formas simples en la pantalla de la computadora, guardarlas e incluso recordarlas más tarde. El lápiz óptico en sí tenía una pequeña celda fotoeléctrica en su punta. Esta celda emitía un pulso electrónico cada vez que se colocaba frente a una pantalla de computadora y el cañón de electrones de la pantalla le disparaba directamente. Simplemente cronometrando el pulso electrónico con la ubicación actual del cañón de electrones, fue fácil identificar exactamente dónde estaba el lápiz en la pantalla en un momento dado. Una vez que se determinó, la computadora podría dibujar un cursor en esa ubicación. Sutherland pareció encontrar la solución perfecta para muchos de los problemas gráficos que enfrentaba. Incluso hoy en día, muchos estándares de interfaces de gráficos por computadora comenzaron con este programa temprano de Sketchpad. Un ejemplo de esto está 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, se podría cambiar el tamaño de los neumáticos sin afectar al resto del automóvil. Podría estirar la carrocería del automóvil sin deformar los neumáticos.
1960
La frase "gráficos por computadora" fue acuñada en 1960 por William Fetter , un diseñador gráfico de Boeing . [6] Esta antigua cita en muchas fuentes secundarias se completa con la siguiente oración:
- Fetter ha dicho que Verne Hudson, de la división Wichita de Boeing, le dio los términos . [7]
En 1961, otro estudiante del MIT, Steve Russell , creó otro título importante en la historia de los videojuegos , Spacewar! Escrito para 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. [ cita requerida ] 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 con la suficiente rapidez y, al instalar nuevas unidades, ejecutaba 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).
Aproximadamente al mismo tiempo (1961-1962) en la Universidad de Cambridge, Elizabeth Waldram escribió código para mostrar mapas de radioastronomía en un tubo de rayos catódicos. [8]
EE Zajac, científico del Laboratorio Bell Telephone (BTL), creó una película llamada "Simulación de un sistema de control de actitud de gravedad de dos giros" en 1963. [9] En esta película generada por computadora, Zajac mostró cómo la actitud de un satélite podría alterarse 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 del movimiento de Newton en funcionamiento. Casi al mismo tiempo, otros científicos estaban creando gráficos por computadora para ilustrar su investigación. En Lawrence Radiation Laboratory , Nelson Max creó las películas Flow of a Viscous Fluid y Propagation of Shock Waves in a Solid Form . 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 utilizó las curvas de Paul de Casteljau , ahora llamadas curvas de Bézier después del trabajo de Bézier en el campo, para desarrollar técnicas de modelado 3D para Renault. carrocerías de automóviles. Estas curvas formarían la base de 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.
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 el terminal gráfico IBM 2250 , el primer ordenador gráfico disponible comercialmente. Ralph Baer , un ingeniero supervisor de Sanders Associates , ideó un videojuego doméstico en 1966 que luego fue licenciado a Magnavox y llamado Odyssey . Si bien es muy simplista y requiere partes electrónicas bastante económicas, le permite al jugador mover puntos de luz en una pantalla. Fue el primer producto de gráficos por computadora para el consumidor. David C. Evans fue director de ingeniería en la división de computación de Bendix Corporation desde 1953 hasta 1962, después de lo cual trabajó durante los siguientes cinco años como profesor invitado en Berkeley. Allí continuó su interés en 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 de gráficos por computadora del mundo 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). Mostraba dos imágenes de estructura metálica separadas, una para cada ojo. Esto permitió al espectador ver la escena de la computadora en 3D estereoscópico . El hardware pesado requerido para soportar la pantalla y el rastreador se llamó la 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, Sutherland fue reclutado por Evans para unirse al programa de ciencias de la computación en 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, produciendo finalmente algunos de los pioneros más importantes. en el campo. Allí Sutherland perfeccionó su HMD; veinte años después, la NASA redescubriría sus técnicas en su investigación de realidad virtual . En Utah, Sutherland y Evans eran consultores muy solicitados 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 compañía estuviera ubicada en Cambridge, Massachusetts, se eligió Salt Lake City debido a su proximidad al grupo de investigación de 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 renderización basados en trazado de rayos que desde entonces se han vuelto fundamentales para lograr el fotorrealismo en los gráficos al modelar 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 sobre Gráficos ( SIGGRAPH ) que organiza conferencias , estándares gráficos 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
Un avance tecnológico importante que permitió la tecnología práctica de gráficos por computadora fue la aparición de la tecnología de integración a gran escala (LSI) de óxido de metal-semiconductor (MOS) a principios de la década de 1970. [10] [11] La tecnología MOS LSI hizo posible grandes cantidades de capacidad computacional en pequeños chips de circuitos integrados MOS , lo que llevó al desarrollo del terminal de gráficos por computadora Tektronix 4010 en 1972, [11] así como el microprocesador en 1971. [ 12] La memoria MOS , en particular el chip de memoria dinámica de acceso aleatorio ( DRAM ) introducido en 1970, [13] también era capaz de almacenar kilobits de datos en un solo chip de memoria de alta densidad , [14] haciendo posible almacenar un Imagen de gráficos de trama de definición estándar (SD) en un búfer de fotograma digital , que fue utilizado por Xerox PARC para desarrollar SuperPaint , el primer sistema de gráficos por computadora basado en tramas y compatible con video, en 1972. [14]
Posteriormente, una serie de avances en el campo, particularmente importantes avances tempranos en la transformación de gráficos de utilitarios a realistas, ocurrieron en la Universidad de Utah en la década de 1970, que había contratado a Ivan Sutherland . Fue emparejado con David C.Evans para impartir una clase avanzada de gráficos por computadora, que contribuyó en gran medida a la investigación fundacional del 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 , Catmull amaba la animación, pero rápidamente descubrió que no tenía talento para dibujar. Ahora Catmull (junto con muchos otros) veía 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 alcanzaría 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 Futureworld de 1976 .
A medida que el laboratorio de gráficos por computadora de UU atraía a gente de todas partes, John Warnock fue otro de esos pioneros; más tarde fundó Adobe Systems y creó una revolución en el mundo editorial con su lenguaje de descripción de páginas PostScript , y Adobe crearía más tarde el software de edición de fotografías 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 pioneros crearon un gran avance en los gráficos por computadora en 3D en UU: la determinación de superficies ocultas . 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 3D Core Graphics System (o Core ) fue el primer estándar gráfico que se desarrolló. Un grupo de 25 expertos del Grupo de Interés Especial de ACM SIGGRAPH desarrolló este "marco conceptual". Las especificaciones se publicaron en 1977 y se convirtieron en la base de muchos desarrollos futuros en el campo.
También en la década de 1970, Henri Gouraud , Jim Blinn y Bui Tuong Phong contribuyeron a los cimientos del sombreado en CGI a través del desarrollo de los modelos de sombreado Gouraud y Blinn-Phong , lo que permite que los gráficos vayan más allá de un aspecto "plano" hacia un aspecto más. retratar con precisión la profundidad. Jim Blinn también innovó aún más en 1978 al introducir el mapeo de relieve , una técnica para simular superficies irregulares y el predecesor de muchos tipos más avanzados de mapeo que se utilizan en la actualidad.
El arcade de videojuegos moderno, 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 gabinete de arcade de éxito. Speed Race en 1974 presentó sprites moviéndose a lo largo de una carretera de desplazamiento vertical . Gun Fight en 1975 contó con personajes animados de aspecto humano, mientras que Space Invaders en 1978 presentó una gran cantidad de figuras animadas en la pantalla; ambos utilizaron un circuito de cambio de barril especializado hecho de chips discretos para ayudar a su microprocesador Intel 8080 a animar sus gráficos de framebuffer .
Los ochenta
La década de 1980 comenzó a ver la modernización y comercialización de gráficos por computadora. A medida que proliferaba la computadora doméstica , un tema que anteriormente había sido una disciplina exclusivamente académica fue adoptado por una audiencia mucho mayor, y el número de desarrolladores de gráficos por computadora aumentó significativamente.
A principios de la década de 1980, la tecnología de integración a muy gran escala (VLSI) de óxido de metal y semiconductores (MOS) condujo a la disponibilidad de microprocesadores de unidad central de procesamiento (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 para sistemas de computadoras personales (PC). La 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 utilizó en varias tarjetas gráficas y se autorizó para clones como Intel 82720, la primera de las unidades de procesamiento de gráficos de Intel . [15] La memoria MOS también se volvió más barata a principios de la década de 1980, lo que permitió el desarrollo de memoria framebuffer asequible , [16] notablemente la RAM de video (VRAM) introducida por Texas Instruments (TI) a mediados de la década de 1980. [17] En 1984, Hitachi lanzó ARTC HD63484, la primera GPU complementaria MOS (CMOS). Era capaz de mostrar alta resolución en modo de color y hasta una resolución de 4K en modo monocromo, y se usó en varias tarjetas gráficas y terminales a fines de la década de 1980. [18] En 1986, TI presentó el TMS34010 , el primer procesador gráfico MOS totalmente programable . [17]
Los terminales de gráficos por computadora durante esta década se convirtieron en estaciones de trabajo cada vez más inteligentes, semiautónomas e independientes. Los gráficos y el procesamiento de aplicaciones se migraron cada vez más a la inteligencia de la estación de trabajo, en lugar de seguir dependiendo del mainframe central y las minicomputadoras . Las estaciones de trabajo Orca 1000, 2000 y 3000, desarrolladas por Orcatech de Ottawa, una empresa derivada de Bell-Northern Research , y dirigidas por David, fueron típicas del primer paso hacia las estaciones de trabajo inteligentes de gráficos por computadora de alta resolución para el mercado de la ingeniería asistida por computadora. Pearson , un pionero de las estaciones de trabajo. El Orca 3000 se basó en el microprocesador Motorola 68000 de 16 bits y procesadores AMD bit-slice , 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 la Commodore Amiga y Macintosh , como una herramienta de diseño seria, una que podía ahorrar tiempo y dibujar con mayor precisión que otros métodos. El Macintosh sigue siendo una herramienta muy popular para 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, Japón 's Universidad de Osaka desarrollado los Links-1 sistema de gráficos de ordenador , un superordenador que utiliza hasta 257 Zilog Z8001 microprocesadores , en 1982, con el propósito de la representación realista de gráficos 3D por ordenador . 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 renderizada desde el punto de vista, la fuente de luz y la posición del objeto dados . El sistema LINKS-1 se desarrolló para realizar un Metodología de renderizado de imágenes en la que cada píxel podía procesarse en paralelo de forma independiente mediante el trazado de rayos . Al desarrollar una nueva metodología de software específicamente para el renderizado de imágenes de alta velocidad, LINKS-1 pudo renderizar rápidamente imágenes de gran realismo. Se utilizó para crear el primer Video similar a un planetario en 3D de todo el cielo que fue hecho completamente con gráficos por computadora. El video fue presentado en el pabellón de Fujitsu en la Exposición Internacional de 1985 en Tsukuba ". [19] El LINKS-1 era la computadora más poderosa del mundo , en 1984. [20] También en el campo del renderizado realista, la ecuación de renderizado general de David Immel y James Kajiya fue desarrollada en 1986 - un paso importante hacia la implementación global iluminación , 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 "a la que acudir" por muchos otros estudios para gráficos por computadora de primera categoría en el cine. Se realizaron avances importantes en la codificación cromática ("pantalla azul", etc.) para las películas posteriores de la trilogía original. Otras dos piezas de video también durarían más que la era como históricamente relevantes: el icónico video casi totalmente generado por CGI de Dire Straits para su canción " Money for Nothing " en 1985, que popularizó el CGI entre los fanáticos de la música de esa época, y una escena de El joven Sherlock Holmes el mismo año presenta el primer personaje completamente generado por computadora en una película (un caballero animado de vidrieras ). En 1988, los primeros sombreadores (pequeños programas diseñados específicamente para hacer sombreado como un algoritmo separado) fueron desarrollados por Pixar , que ya se había escindido de Industrial Light & Magic como una entidad separada, 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 una marca de agua en el campo durante la década.
La década de 1980 también se conoce como la era dorada de los videojuegos ; Los sistemas que vendieron 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 3D comerciales en tiempo real. En 1988, se introdujeron las primeras tarjetas gráficas 3D dedicadas en tiempo real para salas de juegos, con Namco System 21 [21] y Taito Air System. [22] 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 de un solo chip (GPU), una tecnología en la que se utiliza un chip separado y muy potente en el procesamiento paralelo con una CPU. para optimizar 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.
Los noventa
La nota abrumadora de la década de 1990 fue la aparición del modelado 3D a escala masiva y un aumento impresionante en la calidad de CGI en general. Las computadoras domésticas se volvieron capaces de asumir tareas de renderizado que antes se limitaban a estaciones de trabajo que costaban miles de dólares; A medida que los modeladores 3D estuvieron disponibles para sistemas domésticos, la popularidad de las estaciones de trabajo 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 a la prominencia que todavía 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 los 80 y principios de los 90 se crea en Francia la primera serie de televisión de infografía: 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 de HDTV de Maurice Benayoun y François Schuiten (producción del estudio ZA, 1990-1993).
En el cine, Pixar comenzó su importante ascenso comercial en esta era con 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 pre-renderizado todavía se considera un líder de la industria y un rompedor de pistas de investigación.
En los videojuegos, en 1992, Virtua Racing , que se ejecuta 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 una audiencia más amplia en la industria de los videojuegos . [23] El Sega Model 2 en 1993 y Sega Model 3 en 1996, posteriormente, empujó los límites de comerciales, en tiempo real de gráficos en 3D. 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 elogios de la crítica y el público durante esta década utilizando un motor de renderizado innovado [ vago ] principalmente por John Carmack. . La PlayStation de Sony , Sega Saturn y Nintendo 64 , entre otras consolas, se vendieron por millones y popularizaron los gráficos 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 plataformas 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 normal mapping - una mejora sobre el Jim Blinn bump mapping . En 1999, Nvidia lanzó la seminal GeForce 256 , la primera tarjeta de video doméstica facturada como una unidad de procesamiento de gráficos o GPU, que en sus propias palabras contenía " motores integrados de transformación , iluminación , configuración / recorte de triángulos y 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 solo se han vuelto más detallados y realistas, debido al hardware de gráficos más poderoso y al software de modelado 3D . 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.
2000
CGI se volvió omnipresente durante esta era. Los videojuegos y el cine CGI habían extendido 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 fue adoptado en masa de los anuncios de televisión ampliamente a finales de los años 1990 y 2000, y así se hizo familiar a un público masivo.
El continuo aumento y la creciente sofisticación 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 consideraron una necesidad para los fabricantes de computadoras de escritorio . La línea de tarjetas gráficas Nvidia GeForce dominó el mercado en la primera década con una presencia competitiva significativa ocasional de ATI . [24] 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, a finales de la década, serían compatibles con la mayoría del hardware de consumo, acelerando considerablemente los gráficos y permitiendo una textura y un sombreado muy mejorados en los gráficos de computadora a través de la adopción generalizada de la tecnología normal. mapeo , mapeo de relieve y una variedad de otras técnicas que permiten la simulación de una gran cantidad de detalles.
Los gráficos de computadora utilizados en películas y videojuegos gradualmente comenzaron a ser realistas hasta el punto de adentrarse en el valle inquietante . Proliferaron las películas CGI , 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. El Final Fantasy: La fuerza interior , lanzado en 2001, fue la primera película totalmente generada por ordenador para utilizar personajes generados por ordenador fotorrealistas y estar totalmente hecho con captura de movimiento. [25] Sin embargo, la película no fue un éxito de taquilla. [26] 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 ". [nota 1] 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 , la PlayStation 2 y 3 de Sony , 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 . Los títulos cargados de CGI como la serie Grand Theft Auto , Assassin's Creed , Final Fantasy , BioShock , Kingdom Hearts , Mirror's Edge y docenas de otros continuaron acercándose al fotorrealismo , hicieron crecer la industria de los videojuegos e impresionaron, hasta que los ingresos de esa industria se volvieron comparables a los de las películas. 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 DirectX y él mejoraron enormemente; los lenguajes de sombreado de segunda generación HLSL y GLSL comenzaron a ser populares en esta década.
En informática 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 .
2010
En la década de 2010, CGI ha sido casi omnipresente en el video, los gráficos pre-renderizados son casi científicamente fotorrealistas y los gráficos en tiempo real en un sistema de alta gama adecuado 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 reflejos especulares y técnicas de reflexión , y volúmenes de sombras en un motor de renderizado utilizando sombreadores , que están madurando considerablemente. Los sombreadores son ahora 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. La renderización basada 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 resolución ultra alta como 4K Ultra HD , aunque más allá del alcance de todos, excepto del hardware de gama más alta.
En el cine, la mayoría de las películas animadas ahora son CGI; Se hacen una gran cantidad de películas animadas generadas por computadora 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 dominan actualmente el espacio doméstico y todos son capaces de gráficos 3D muy avanzados; la PC con Windows sigue siendo una de las plataformas de juegos más activas.
Tipos de imágenes
Bidimensional
Los gráficos por computadora en 2D son la generación de imágenes digitales por computadora, principalmente a partir de modelos, como imágenes digitales, y mediante técnicas específicas para ellos.
Los gráficos por computadora en 2D 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 píxel . Los gráficos en la mayoría de los juegos de computadora y videojuegos antiguos (o relativamente limitados), los juegos de calculadoras gráficas y muchos juegos de teléfonos móviles son en su mayoría pixel art.
Gráficos de Sprite
Un sprite es una imagen o animación bidimensional que se integra en una escena más grande. Incluyendo inicialmente solo objetos gráficos manejados por separado del mapa de bits de memoria de una pantalla de video, esto ahora incluye varias formas de superposiciones gráficas.
Originalmente, los sprites eran un método para integrar 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 en general. Dichos sprites pueden crearse mediante 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 en el sentido de que superpone dos fuentes de video discretas. El software puede simular esto a través de métodos de renderización especializados.
Gráficos vectoriales
Los formatos de gráficos vectoriales son complementarios a los gráficos rasterizados . Los gráficos de trama son la representación de imágenes como una matriz de píxeles y se utilizan normalmente para la representación de imágenes fotográficas. [27] 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 casos en los que trabajar con herramientas y formatos vectoriales es la mejor práctica, y casos en los que trabajar con herramientas y formatos ráster es la mejor práctica. Hay ocasiones en las que ambos formatos se unen. Es muy probable que la comprensión de las ventajas y limitaciones de cada tecnología y la relación entre ellas resulte en un uso eficiente y eficaz de las herramientas.
Tridimensional
Los gráficos 3D, en comparación con los gráficos 2D, son gráficos que utilizan una representación tridimensional de datos geométricos. Para fines de rendimiento, esto se almacena en la computadora. Esto incluye imágenes que pueden ser para visualización posterior o para 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 pantalla renderizada final. En el software de gráficos por computadora, la distinción entre 2D y 3D se difumina ocasionalmente; Las aplicaciones 2D pueden usar técnicas 3D para lograr efectos como la iluminación, y principalmente 3D pueden usar técnicas de renderizado 2D.
Los gráficos por computadora en 3D son los mismos que los modelos en 3D. El modelo está contenido dentro del archivo de datos gráficos, además del renderizado. Sin embargo, existen diferencias que incluyen que el modelo 3D es la representación de cualquier objeto 3D. Hasta que 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 animación y gráficos por ordenador . Cada vez más se crea mediante gráficos por computadora en 3D , aunque los gráficos por computadora en 2D todavía se utilizan ampliamente para necesidades de renderización estilísticas, de bajo ancho de banda y más rápidas en tiempo real . A veces, el objetivo de la animación es la propia computadora, 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 una variedad de atributos, como los 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 almacenando 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 mapeado a lo largo del tiempo, lo que da como resultado la animación. Otros métodos de animación incluyen técnicas basadas en procedimientos y expresiones : el primero consolida elementos relacionados de entidades animadas en conjuntos de atributos, útiles para crear efectos de partículas y simulaciones de multitudes ; el 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 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 suelen ser creadas por dispositivos como cámaras , espejos , lentes , telescopios , microscopios , etc.
Las imágenes digitales incluyen imágenes vectoriales e imágenes rasterizadas , pero las imágenes rasterizadas se utilizan con mayor frecuencia.
Pixel
En la imagen digital, un píxel (o elemento de imagen [28] ) es un único punto en una imagen rasterizada . 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 suelen proporcionar una representación más precisa del original. La intensidad de cada píxel es variable; en los sistemas de color, cada píxel tiene típicamente 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 ilustraciones. El diseño gráfico puede consistir en la selección, creación o disposición deliberada de la tipografía únicamente, como en un folleto, volante, cartel, sitio web o libro sin ningún otro elemento. La claridad o la 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 personajes en videojuegos 2D, primitivas geométricas en CAD o polígonos o triángulos en renderizado 3D. Las primitivas pueden ser compatibles con hardware para una representación eficiente , o los bloques de construcción proporcionados por una aplicación de gráficos .
Representación
El renderizado es la generación de una imagen 2D a partir de un modelo 3D mediante 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 se pasan luego a un programa de renderizado para ser procesados y emitidos a una imagen digital o un archivo de imagen de gráficos de trama . 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 "interpretación" puede ser por analogía con la "interpretación de un artista" de una escena. Aunque los detalles técnicos de los métodos de renderizado varían, los desafíos generales a 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 va a parecer relativamente realista y predecible bajo iluminación virtual, el software de renderizado debería resolver la ecuación de renderizado . La ecuación de renderizado no tiene en cuenta todos los fenómenos de iluminación, pero es un modelo de iluminación general para imágenes generadas por computadora. 'Renderizado' también se usa para describir el proceso de cálculo de efectos en un archivo de edición de video para producir una 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 normalmente 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 líneas de exploración , pero a un costo computacional mayor .
- Sombreado
- El sombreado se refiere a representar la profundidad en modelos 3D o ilustraciones mediante distintos niveles de oscuridad . Es un proceso que se utiliza en el dibujo para representar niveles de oscuridad en papel mediante la aplicación de medios más densamente o con un tono más oscuro para las áreas más oscuras, y menos densamente 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 diferente proximidad en un patrón de cuadrícula para sombrear un área. Cuanto más cerca estén las líneas, más oscura aparecerá el área. Del mismo modo, 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 de superficie o color a un gráfico generado por computadora o modelo 3D . Su aplicación a gráficos 3D fue iniciada por el Dr. Edwin Catmull en 1974. Un mapa de textura se aplica (mapea) a la superficie de una forma o polígono. Este proceso es similar a aplicar papel estampado a una caja blanca normal. La multitextura es el uso de más de una textura a la vez en un polígono. [29] 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 general, métodos comunes para implementar la definición de textura en Modelos 3D en software de gráficos por computadora, mientras que la ubicación prevista de texturas en la superficie de un modelo a menudo requiere una técnica conocida como mapeo UV (diseño manual y arbitrario de coordenadas de textura) para superficies poligonales , mientras que las superficies B-spline racionales no uniformes (NURB) tienen su propia parametrización intrínseca 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 altura y mapas especulares para ayudar a simular el brillo y los reflejos de luz, así como el mapeo del entorno para simular la reflectividad similar a un espejo, también llamado brillo.
- Anti-aliasing
- La representación de entidades independientes de la resolución (como modelos 3D) para su visualización en un dispositivo de trama (basado en píxeles) como una pantalla de cristal líquido o un televisor CRT provoca inevitablemente artefactos de aliasing 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 anti-aliasing rectifican estos problemas, dando como resultado imágenes más agradables para el espectador, pero pueden ser algo costosas computacionalmente. Se pueden emplear varios algoritmos de suavizado (como supermuestreo ) y luego personalizarlos para obtener el rendimiento de renderizado más eficiente en comparación con la calidad de las imágenes resultantes; un artista gráfico debe considerar esta compensación si se van a utilizar métodos anti-aliasing. Una textura de mapa de bits con suavizado previo que se muestra en una pantalla (o ubicación de la pantalla) con una resolución diferente a la resolución de la textura en sí (como un modelo texturizado en la distancia de la cámara virtual) exhibirá artefactos de aliasing, 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 alias relacionados con texturas.
Representación de volumen
La representación de volumen es una técnica que se utiliza para mostrar una proyección 2D de un conjunto de datos muestreados discretamente en 3D . Un conjunto de datos 3D típico es un grupo de imágenes de corte 2D adquiridas por un escáner de CT o MRI .
Por lo general, estos se adquieren en un patrón regular (por ejemplo, un corte por milímetro) y generalmente 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 muestreando 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 por computadora en 3D 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 precisos y suaves, modelado de malla poligonal (manipulación de geometría facetada) o subdivisión de malla poligonal (teselación avanzada de polígonos, 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 renderizado 3D , utilizado en una simulación por computadora de fenómenos físicos o animado directamente para otros fines. El modelo también se puede crear físicamente utilizando dispositivos de impresión 3D .
Pioneros en gráficos por computadora
- Charles Csuri
- Charles Csuri es un pionero en animación por computadora y bellas artes digitales y creó el primer arte por computadora en 1964. Smithsonian reconoció a Csuri 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 Asociación de Maquinaria de Computación - 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 informáticos, animadores e investigadores como Robert L. Cook , Marc Levoy , Brian A. Barsky y Wayne Lytle . Muchos de sus exalumnos 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 utilizar 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 por computadora. Durante abril de 1965, la Howard Wise Gallery exhibió el arte por computadora de Noll junto con patrones de puntos aleatorios de Bela Julesz .
Otros pioneros
- Pierre Bézier
- Jim Blinn
- Jack Bresenham
- John Carmack
- Paul de Casteljau
- Ed Catmull
- Frank Cuervo
- James D. Foley
- William Fetter
- Henry Fuchs
- Henri Gouraud
- Charles Loop
- Nadia Magnenat Thalmann
- Benoît B. Mandelbrot
- Martin Newell
- Fred Parke
- Bui Tuong Phong
- David Pearson
- Steve Russell
- Daniel J. Sandin
- Alvy Ray Smith
- Bob Sproull
- Ivan Sutherland
- Daniel Thalmann
- Andries van Dam
- John Warnock
- J. Turner Whitted
- Lance Williams
- Jim Kajiya
Organizaciones
- SIGGRAPH
- GDC
- Laboratorios Bell Telephone
- Fuerzas Armadas de los Estados Unidos , particularmente la computadora Whirlwind y el Proyecto SAGE
- Boeing
- IBM
- Renault
- El departamento de informática de la Universidad de Utah
- Lucasfilm e Industrial Light & Magic
- Autodesk
- Adobe Systems
- Pixar
- Silicon Graphics , Khronos Group y OpenGL
- La división DirectX en Microsoft
- Nvidia
- AMD
Estudio de gráficos por computadora
El estudio de los gráficos por computadora es un subcampo de la informática que estudia 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 , la infografía estudia la manipulación de información visual y geométrica mediante técnicas computacionales. Se centra en los fundamentos matemáticos y computacionales de la generación y el procesamiento de imágenes más que en cuestiones puramente estéticas . Los gráficos por computadora a menudo se diferencian del campo de visualización , aunque los dos campos tienen muchas similitudes.
Aplicaciones
Los gráficos por computadora se pueden utilizar en las siguientes áreas:
- Biología Computacional
- Fotografía computacional
- Física computacional
- Diseño asistido por ordenador
- Simulación por ordenador
- Diseño
- Arte digital
- Educación
- Diseño gráfico
- Infografías
- Visualización de información
- Diseño racional de fármacos
- Visualización científica
- Efectos especiales para cine
- Videojuegos
- Realidad virtual
- diseño web
Ver también
- Representación informática de superficies
- Glosario de gráficos por computadora
Notas
- ^ El valle inquietante es una hipótesis en el campo de la robótica y la animación por computadora en 3D, que sostiene que cuando las réplicas humanas se ven y actúan casi, pero no perfectamente, como seres humanos reales, provoca una respuesta de repulsión entre los observadores humanos. El concepto "valle" se refiere a la caída en un gráfico del nivel de comodidad de los humanos en función de la semejanza humana de un robot.
Referencias
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Otras lecturas
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- David Rogers (1998). Elementos de procedimiento para gráficos por computadora . McGraw-Hill.
- James D. Foley , Andries Van Dam, Steven K. Feiner y John F. Hughes (1995). Gráficos por computadora: principios y práctica . Addison-Wesley.
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- Wolfgang Höhl (2008): entornos interactivos con software de código abierto, Springer Wien New York, ISBN 3-211-79169-8
enlaces externos
- Una historia crítica de la animación y los gráficos por ordenador
- Serie de artículos sobre Historia de la Computación Gráfica
- Investigación en gráficos por computadora en UC Berkeley
- Thomas Dreher: Historia del arte por computadora, cap. IV.2 Animación por computadora
- Historia de los gráficos por computadora en RUS