Gráficos por computadora (ciencias de la computación)

Subcampo de la informática

Este artículo trata sobre la disciplina científica de los gráficos por computadora. Para obtener una descripción general más amplia, consulte Gráficos por computadora . Para otros usos, consulte Gráficos por computadora (desambiguación) .

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

La infografía es un subcampo de la informática que estudia métodos para sintetizar y manipular digitalmente contenido visual. Aunque el término a menudo se refiere al estudio de gráficos por computadora tridimensionales , también abarca gráficos bidimensionales y procesamiento de imágenes .

Resumen

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.

Los estudios conectados incluyen:

• Matemáticas Aplicadas
• Geometría Computacional
• Topología computacional
• Visión por computador
• Procesamiento de imágenes
• Visualización de información
• Visualización científica

Las aplicaciones de gráficos por computadora incluyen:

• Diseño de impresión
• Arte digital
• Efectos especiales
• Videojuegos
• Efectos visuales

Historia

Ver también: Historia de la animación por computadora y gráficos por computadora § Historia

Existen varios congresos y revistas internacionales donde se publican los resultados más significativos en infografía. Entre ellos se encuentran las conferencias SIGGRAPH y Eurographics y la revista Association for Computing Machinery (ACM) Transactions on Graphics. La serie de simposios conjuntos Eurographics y ACM SIGGRAPH presenta los principales lugares para los subcampos más especializados: Simposio sobre procesamiento de geometría, ^[1] Simposio sobre renderizado, Simposio sobre animación por computadora, ^[2] y Gráficos de alto rendimiento. ^[3]

Al igual que en el resto de las ciencias de la computación, las publicaciones de conferencias en gráficos por computadora son generalmente más significativas que las publicaciones en revistas (y posteriormente tienen tasas de aceptación más bajas). ^{[4] [5] [6] [7]}

Subcampos

Una clasificación amplia de los principales subcampos en gráficos por computadora podría ser:

1. Geometría : formas de representar y procesar superficies
2. Animación : formas de representar y manipular el movimiento
3. Renderizado : algoritmos para reproducir el transporte de luz
4. Imágenes : adquisición de imágenes o edición de imágenes

Geometría

Aproximaciones sucesivas de una superficie calculadas utilizando métricas de error cuadrático

El subcampo de la geometría estudia la representación de objetos tridimensionales en un entorno digital discreto. Dado que la apariencia de un objeto depende en gran medida de su exterior, las representaciones de límites se utilizan con mayor frecuencia. Las superficies bidimensionales son una buena representación para la mayoría de los objetos, aunque pueden no ser múltiples . Dado que las superficies no son finitas, se utilizan aproximaciones digitales discretas. Las mallas poligonales (y en menor medida las superficies de subdivisión ) son, con mucho, la representación más común, aunque las representaciones basadas en puntos se han vuelto más populares recientemente (ver, por ejemplo, el Simposio sobre gráficos basados ​​en puntos). ^[8] Estas representaciones sonLagrangiano, lo que significa que las ubicaciones espaciales de las muestras son independientes. Recientemente, las descripciones de superficies eulerianas (es decir, donde se fijan muestras espaciales) como conjuntos de niveles se han desarrollado en una representación útil para deformar superficies que sufren muchos cambios topológicos ( siendo los fluidos el ejemplo más notable). ^[9]

Los subcampos de geometría incluyen:

• Modelado de superficies implícitas : un subcampo más antiguo que examina el uso de superficies algebraicas, geometría sólida constructiva , etc., para la representación de superficies.
• Procesamiento de geometría digital: reconstrucción de superficies , simplificación, carenado, reparación de mallas, parametrización , remallado, generación de mallas , compresión de superficies y edición de superficies, todos se incluyen en este encabezado. ^{[10] [11] [12]}
• Geometría diferencial discreta: un campo incipiente que define cantidades geométricas para las superficies discretas utilizadas en gráficos por computadora. ^[13]
• Gráficos basados ​​en puntos: un campo reciente que se centra en los puntos como representación fundamental de superficies.
• Superficies de subdivisión
• Procesamiento de malla fuera del núcleo: otro campo reciente que se centra en conjuntos de datos de malla que no caben en la memoria principal.

Animación

El subcampo de animación estudia descripciones de superficies (y otros fenómenos) que se mueven o deforman con el tiempo. Históricamente, la mayor parte del trabajo en este campo se ha centrado en modelos paramétricos y basados ​​en datos, pero recientemente la simulación física se ha vuelto más popular a medida que las computadoras se han vuelto más poderosas computacionalmente.

Los subcampos de animación incluyen:

• Captura de rendimiento
• Animación de personajes
• Simulación física (por ejemplo , modelado de telas , animación de dinámica de fluidos , etc.)

Renderizado

Dispersión indirecta difusa simulada mediante rastreo de ruta y almacenamiento en caché de irradiancia .

El renderizado genera imágenes a partir de un modelo. El renderizado puede simular el transporte de luz para crear imágenes realistas o puede crear imágenes que tengan un estilo artístico particular en un renderizado no fotorrealista . Las dos operaciones básicas en el renderizado realista son el transporte (cuánta luz pasa de un lugar a otro) y la dispersión (cómo interactúan las superficies con la luz). Consulte Renderizado (gráficos por computadora) para obtener más información.

Los subcampos de renderizado incluyen:

• Transporte describe cómo la iluminación en una escena llega de un lugar a otro. La visibilidad es un componente importante del transporte ligero.
• Dispersión: se utilizan modelos de dispersión (cómo interactúa la luz con la superficie en un punto dado ) y sombreado (cómo varían las propiedades del material en la superficie) para describir la apariencia de una superficie. En los gráficos, estos problemas a menudo se estudian en el contexto del renderizado, ya que pueden afectar sustancialmente el diseño de algoritmos de renderizado . Las descripciones de la dispersión generalmente se dan en términos de una función de distribución de dispersión bidireccional (BSDF). El último problema aborda cómo se distribuyen los diferentes tipos de dispersión en la superficie (es decir, qué función de dispersión se aplica dónde). Las descripciones de este tipo se expresan normalmente con un programa llamado sombreador.. (Tenga en cuenta que existe cierta confusión ya que la palabra "sombreador" a veces se usa para programas que describen la variación geométrica local ).
• Renderizado no fotorrealista
• Representación basada en la física : se ocupa de generar imágenes de acuerdo con las leyes de la óptica geométrica.
• Renderizado en tiempo real : se centra en el renderizado para aplicaciones interactivas, que normalmente utilizan hardware especializado como GPU.
• Re - iluminación : área reciente relacionada con la reproducción rápida de escenas

Investigadores notables

• Arthur Appel
• James Arvo
• Brian A. Barsky
• Jim Blinn
• Jack E. Bresenham
• Loren carpintero
• Edwin Catmull
• James H. Clark
• Robert L. Cook
• Franklin C. Crow
• Paul Debevec
• David C. Evans
• Ron Fedkiw
• Steven K. Feiner
• James D. Foley
• David Forsyth
• Henry Fuchs
• Andrew Glassner
• Henri Gouraud (informático)
• Donald P. Greenberg
• Eric Haines
• Salón RA
• Pat Hanrahan
• John Hughes
• Jim Kajiya
• Takeo Kanade
• Kenneth Knowlton
• Marc Levoy
• Martin Newell (científico informático)
• James O'Brien
• Ken Perlin
• Matt Pharr
• Bui Tuong Phong
• Przemyslaw Prusinkiewicz
• William Reeves
• David F. Rogers
• Holly Rushmeier
• Peter Shirley
• James Sethian
• Ivan Sutherland
• Demetri Terzopoulos
• Kenneth Torrance
• Greg Turk
• Andries van Dam
• Henrik Wann Jensen
• Gregory Ward
• John Warnock
• J. Turner Whitted
• Lance Williams

Ver también

• Animación facial por computadora
• Ciencias de la Computación
• Ciencia computacional e ingeniería
• Gráficos de computadora
• Geometría digital
• Edición de imágenes digitales
• Procesamiento de geometría
• Algoritmo del pintor
• Conejito de Stanford
• Tetera de Utah

Referencias

1. "geometryprocessing.org" . geometryprocessing.org . Consultado el 1 de mayo de 2014 .
2. [1] Archivado el 14 de marzo de 2007 en la Wayback Machine.
3. "Gráficos de alto rendimiento" . highperformancegraphics.org .
4. "Memo de mejores prácticas" . Cra.org . Archivado desde el original el 2 de mayo de 2014 . Consultado el 1 de mayo de 2014 .
5. "Elegir un lugar: conferencia o revista?" . People.csail.mit.edu . Consultado el 1 de mayo de 2014 .
6. "Estadísticas de tasas de aceptación de publicaciones de gráficos / visión" . vrlab.epfl.ch . Consultado el 1 de mayo de 2014 .
7. Se puede encontrar una extensa historia de los gráficos por computadora en esta página. Archivado el 5 de abril de 2007 en Wayback Machine .
8. "Gráficos basados ​​en puntos 2007 - PBG07" . Graphics.ethz.ch . Consultado el 1 de mayo de 2014 .
9. "Ron Fedkiw" . graphics.stanford.edu . Consultado el 1 de mayo de 2014 .
10. [2] Archivado el 14 de febrero de 2007 en la Wayback Machine.
11. CS 598: Procesamiento de geometría digital (otoño de 2004) Archivado el 25 de octubre de 2004 en archive.today
12. "Procesamiento de geometría digital" . cs.ubc.ca . Consultado el 1 de mayo de 2014 .
13. "Geometría diferencial discreta" . ddg.cs.columbia.edu . Consultado el 1 de mayo de 2014 .

Lectura adicional

• Foley y col . Gráficos por computadora: principios y práctica .
• Shirley. Fundamentos de la infografía .
• Vatio. Gráficos 3D por computadora .

Enlaces externos

Busque gráficos de computadora en Wiktionary, el diccionario gratuito.

Wikimedia Commons tiene medios relacionados con infografías .

• Una historia crítica de la animación y los gráficos por computadora
• Serie de artículos sobre Historia de la Computación Gráfica

Industria

Los laboratorios industriales que realizan investigaciones gráficas de "cielo azul" incluyen:

• Laboratorios de tecnología avanzada de Adobe
• REAL
• Microsoft Research - Gráficos
• Investigación de Nvidia

Los principales estudios cinematográficos destacados por la investigación gráfica incluyen:

• ILM
• Animación PDI / Dreamworks
• Pixar