Ministerio de Educación y Ciencia de la Federación de Rusia

INSTITUTO HUMANITARIO Y TECNOLÓGICO DE BUZULUK (SUCURSAL) DE LA INSTITUCIÓN EDUCATIVA PRESUPUESTARIA FEDERAL DEL ESTADO

EDUCACIÓN PROFESIONAL SUPERIOR

"UNIVERSIDAD ESTATAL DE ORENBURGO"

Facultad de Educación a Distancia

Departamento de Física, Informática, Matemáticas

TRABAJO DEL CURSO

en la disciplina "Infografía y modelado"

La historia del surgimiento de los gráficos por computadora.

Buzuluk 2012

anotación

El trabajo del curso sobre el tema "Historia del desarrollo de los métodos de gráficos por computadora" contiene 32 páginas, incluidas 15 figuras, 20 fuentes de literatura.

La primera sección describe la historia del surgimiento de los gráficos por computadora.

La segunda sección describe los tipos de gráficos y el uso de gráficos en varios campos de la actividad humana.

Introducción

La historia del desarrollo de la tecnología de la información se caracteriza por un rápido cambio en los conceptos conceptuales, medios técnicos, métodos y áreas de su aplicación. En las realidades modernas, la capacidad de utilizar tecnologías de la información industrial se ha vuelto muy relevante para la mayoría de las personas. La penetración de las computadoras en todas las esferas de la vida social convence de que la cultura de la comunicación con una computadora se está convirtiendo en una cultura común de una persona.

El propósito de este trabajo es estudiar la historia del surgimiento de la infografía.

El objeto de estudio es la infografía.

Tema de estudio: la historia del surgimiento de la infografía.

Objetivos del curso:

) estudiar y analizar la literatura sobre este tema;

) dar el concepto de los principales tipos de gráficos por computadora;

) consideran las posibilidades de los gráficos por computadora.

1. La historia del desarrollo de los gráficos por computadora

1.1 La aparición de gráficos por computadora (máquina)

Los gráficos por computadora no tienen más de una década en su desarrollo, y menos aún para aplicaciones comerciales. Andriesvan Dam es considerado uno de los padres de los gráficos por computadora, y sus libros son libros de texto fundamentales sobre todo el espectro de tecnologías subyacentes a los gráficos por computadora. También conocido en esta área es Ivan Sutherland, cuya tesis doctoral fue la base teórica de la infografía.

Hasta hace poco, experimentar con el poder de los gráficos por computadora interactivos era el privilegio de solo un pequeño número de profesionales, principalmente científicos e ingenieros involucrados en la automatización del diseño, el análisis de datos y el modelado matemático. Ahora, el estudio de los mundos reales e imaginarios a través del "prisma" de las computadoras está al alcance de un círculo de personas mucho más amplio.

Hay varias razones para este cambio en la situación. En primer lugar, como resultado de una mejora espectacular en la relación coste / rendimiento de algunos componentes del hardware informático. Además, el software de gráficos estándar de alto nivel se ha vuelto ampliamente disponible, lo que facilita la escritura de nuevos programas de aplicación que son portátiles de un tipo de computadora a otro.

La siguiente razón se debe a la influencia que tienen las pantallas en la calidad de la interfaz, el medio de comunicación entre el hombre y la máquina, para brindar la mejor experiencia de usuario. Los sistemas nuevos y fáciles de usar se basan principalmente en el enfoque WYSIWYG (una abreviatura de la expresión en inglés "Whatyouseeiswhatyouget" - "What you see is what you have"), según el cual la imagen en la pantalla debe ser lo más similar posible a el que como resultado imprimió.

La mayoría de las aplicaciones tradicionales de gráficos por computadora son bidimensionales. Recientemente, ha habido un creciente interés comercial en las aplicaciones 3D. Está impulsado por un progreso significativo en la resolución de dos problemas interrelacionados: modelado de escenas tridimensionales y renderizado lo más realista posible. Por ejemplo, los simuladores de vuelo enfatizan los tiempos de respuesta a los comandos del piloto y el instructor. Para crear la ilusión de un movimiento suave, el simulador debe generar una imagen extremadamente realista de un "mundo" que cambia dinámicamente a una velocidad de al menos 30 fotogramas por segundo. Por el contrario, las imágenes utilizadas en la publicidad y la industria del entretenimiento se computan de forma autónoma, a menudo durante horas, para lograr el máximo realismo o causar una fuerte impresión.

El desarrollo de gráficos por computadora, especialmente en sus etapas iniciales, está asociado principalmente con el desarrollo de medios técnicos, y especialmente pantallas:

escaneo de haz arbitrario;

exploración de haz de trama;

tubos de almacenamiento;

panel de plasma;

indicadores de cristal líquido;

indicadores electroluminiscentes;

pantallas de emisión de campo.

Escaneo de haz arbitrario. Los gráficos de pantalla surgieron como un intento de utilizar tubos de rayos catódicos (CRT) escaneados aleatoriamente para generar una imagen desde una computadora. Como escribe Newman, aparentemente, la primera máquina en la que se utilizaron CRT como dispositivo de salida fue la computadora Whirlwind-I (Hurricane-I), fabricada en 1950. en el Instituto de Tecnología de Massachusetts. Este experimento inició la etapa de desarrollo de pantallas vectoriales (pantallas con barrido de haz arbitrario, pantallas caligráficas). En la jerga profesional, un vector es un segmento de línea recta. Aquí es de donde viene el nombre "visualización de vectores".

Cuando el rayo se mueve a través de la pantalla en el punto en el que incide, se excita el brillo del fósforo de la pantalla. Este resplandor se detiene bastante rápido cuando el rayo se mueve a otra posición (el tiempo de persistencia habitual es inferior a 0,1 s). Por lo tanto, para que la imagen sea visible constantemente, debe volver a emitirse (regenerarse) 50 o 25 veces por segundo. La necesidad de volver a emitir una imagen requiere almacenar su descripción en una memoria especialmente asignada llamada memoria de actualización. La descripción de la imagen en sí se denomina archivo de visualización. Se entiende que tal visualización requiere un procesador suficientemente rápido para procesar el archivo de visualización y controlar el movimiento del rayo a través de la pantalla.

Por lo general, las pantallas vectoriales en serie lograron construir solo alrededor de 3000-4000 segmentos 50 veces por segundo. Con un mayor número de segmentos, la imagen comienza a parpadear, ya que los segmentos construidos al comienzo del siguiente ciclo desaparecen por completo cuando se dibujan los últimos.

Otra desventaja de las pantallas vectoriales es la pequeña cantidad de gradaciones en el brillo (generalmente de 2 a 4). Se desarrollaron CRT de dos y tres colores, pero no encontraron un uso generalizado, lo que también proporcionó varias gradaciones de brillo.

En las visualizaciones vectoriales, es fácil borrar cualquier elemento de la imagen; basta con borrar el elemento borrado del archivo de visualización durante el siguiente ciclo de construcción.

El diálogo de texto es compatible con un teclado alfanumérico. El diálogo gráfico indirecto, como en todas las demás pantallas, se lleva a cabo moviendo el punto de mira (cursor) por la pantalla utilizando varios controles de punto de mira: ruedas de coordenadas, palanca de control (joystick), trackball (mango de bola), tableta, etc. Una característica distintiva de las pantallas vectoriales es la posibilidad de un diálogo gráfico directo, que consiste en una simple indicación de objetos en la pantalla (líneas, símbolos, etc.) con la ayuda de un lápiz óptico. Para hacer esto, basta con determinar el momento de dibujo con la ayuda de un fotodiodo y, por lo tanto, el comienzo del brillo del fósforo de cualquier parte del elemento requerido.

Las primeras pantallas vectoriales en serie aparecieron en el extranjero a finales de los 60.

Escaneo de trama del haz.

Los avances en la tecnología microelectrónica han llevado al uso abrumador de pantallas de barrido de haz de trama desde mediados de la década de 1970.

Tubos de memoria.

A finales de los años 60 apareció un CRT de almacenamiento, que es capaz de almacenar la imagen construida directamente en la pantalla durante un tiempo bastante largo (hasta una hora). Por lo tanto, no es necesario actualizar la memoria y no se necesita un procesador rápido para realizar la actualización de la imagen. El borrado en una pantalla de este tipo solo es posible para la imagen completa como un todo. La complejidad de la imagen es prácticamente ilimitada. La resolución alcanzada en las pantallas del tubo de almacenamiento es la misma que en las pantallas vectoriales o superior: hasta 4096 puntos.

El diálogo de texto es compatible con un teclado alfanumérico, un diálogo gráfico indirecto se lleva a cabo moviendo la mira por la pantalla, generalmente usando las ruedas de coordenadas.

La aparición de tales pantallas, por un lado, contribuyó al uso generalizado de gráficos por computadora, por otro lado, representó una cierta regresión, ya que se estaban extendiendo gráficos de calidad relativamente baja, baja velocidad y poco interactivos.

Panel de plasma.

En 1966. Se inventó un panel de plasma, que puede representarse simplemente como una matriz de pequeñas lámparas de neón multicolores, cada una de las cuales se enciende de forma independiente y puede brillar con brillo ajustable. Está claro que el sistema de deflexión no es necesario, y tampoco es necesaria la memoria de regeneración, ya que por el voltaje de la bombilla siempre es posible determinar si está encendida o apagada, es decir. si hay o no una imagen en este punto. En cierto sentido, estas pantallas combinan muchas de las propiedades útiles de los dispositivos vectoriales y ráster. Las desventajas incluyen alto costo, resolución insuficiente y alto voltaje de suministro. En general, estas pantallas no se utilizan mucho.

Indicadores de cristal líquido. Las pantallas de los indicadores de cristal líquido funcionan de manera similar a los indicadores de los relojes electrónicos, pero, por supuesto, la imagen no consta de varios segmentos, sino de una gran cantidad de puntos controlables por separado. Estas pantallas tienen las dimensiones y el consumo de energía más pequeños, por lo que se utilizan ampliamente en computadoras portátiles, a pesar de la resolución más baja, el contraste más bajo y un precio notablemente más alto que las pantallas CRT de trama.

Indicadores electroluminiscentes. Las pantallas de los indicadores electroluminiscentes tienen el mayor brillo, contraste, rango de temperatura de funcionamiento y durabilidad. Los avances en la tecnología los han hecho disponibles para su uso no solo en costosos sistemas de alta gama, sino también en sistemas industriales en general. El funcionamiento de tales pantallas se basa en el resplandor de un fósforo bajo la influencia de un voltaje alterno relativamente alto aplicado a conjuntos de electrodos perpendiculares entre sí, entre los cuales se encuentra el fósforo.

Pantallas con emisión de campo. Las pantallas en tubos de rayos catódicos, a pesar de su relativo bajo precio y uso generalizado, son mecánicamente frágiles, requieren una alta tensión de alimentación, consumen mucha energía, tienen grandes dimensiones y tienen una vida útil limitada asociada a la pérdida de emisión de los cátodos. Uno de los métodos para eliminar estas desventajas es la creación de pantallas planas con emisión de campo de cátodos fríos en forma de microagujas muy afiladas.

Por lo tanto, a partir de 1950, los gráficos por computadora han pasado de experimentos exóticos a una de las herramientas más importantes y omnipresentes de la civilización moderna, que van desde la investigación científica, la automatización del diseño y la fabricación, los negocios, la medicina, la ecología, los medios de comunicación, el ocio y la terminación. con menaje de hogar.

2. Gráficos por computadora

El alcance de los gráficos por computadora no se limita únicamente a los efectos artísticos. En todas las ramas de la ciencia, la tecnología, la medicina, en las actividades comerciales y de gestión, se utilizan esquemas informáticos, gráficos, diagramas, diseñados para mostrar visualmente una variedad de información. Los diseñadores, al desarrollar nuevos modelos de automóviles y aviones, utilizan gráficos en 3D para representar la apariencia final del producto. Los arquitectos crean una imagen tridimensional del edificio en la pantalla del monitor, y esto les permite ver cómo encajará en el paisaje.

Puede considerar las siguientes áreas de aplicación de gráficos por computadora.

Gráficos científicos.

Las primeras computadoras se usaron solo para resolver problemas científicos e industriales. Para comprender mejor los resultados obtenidos, se procesaron gráficamente, se construyeron gráficos, diagramas, dibujos de las estructuras calculadas. Los primeros gráficos de la máquina se obtuvieron en el modo de impresión simbólica. Luego aparecieron dispositivos especiales: trazadores (trazadores) para dibujar dibujos y gráficos con un bolígrafo de tinta sobre papel. La infografía científica moderna permite realizar experimentos computacionales con una presentación visual de sus resultados.

Gráficos comerciales.

Gráficos comerciales es un área de gráficos por computadora diseñada para visualizar varios indicadores de desempeño de las instituciones. Indicadores planificados, documentos de informes, resúmenes estadísticos: estos son los objetos para los que se crean materiales ilustrativos utilizando gráficos comerciales. El software de gráficos comerciales se incluye en las hojas de cálculo.

Diseño de gráficos.

Los gráficos de diseño se utilizan en el trabajo de ingenieros de diseño, arquitectos e inventores de nuevas tecnologías. Este tipo de gráficos por computadora es un elemento indispensable de CAD (sistemas de automatización de diseño). Mediante gráficos de diseño, es posible obtener tanto imágenes planas (proyecciones, secciones) como imágenes espaciales tridimensionales.

Gráficos ilustrativos.

Los gráficos ilustrativos son dibujos a mano alzada y trazados en una pantalla de computadora. Los paquetes de gráficos ilustrativos son software de aplicación de uso general. El software de gráficos ilustrativos más simple se llama editores de gráficos.

Gráficos artísticos y publicitarios, que se han hecho populares en gran parte gracias a la televisión. Con la ayuda de una computadora, se crean comerciales, dibujos animados, juegos de computadora, tutoriales en video, presentaciones en video. Los paquetes gráficos para estos fines requieren grandes recursos informáticos en términos de velocidad y memoria. Una característica distintiva de estos paquetes de gráficos es la capacidad de crear imágenes realistas e "imágenes en movimiento". La obtención de dibujos de objetos tridimensionales, sus rotaciones, aproximación, eliminación, deformación se asocia con una gran cantidad de cálculo. La transferencia de la iluminación de un objeto en función de la posición de la fuente de luz, la ubicación de las sombras, la textura de la superficie, requiere cálculos que tengan en cuenta las leyes de la óptica.

Una de las primeras películas conocidas fue Star Wars. Fue creado con la ayuda de la supercomputadora Sgau. Las etapas de un mayor desarrollo del cine por computadora se pueden rastrear en películas como "Terminator 2", "Babylon 5", etc. Hasta hace poco, las tecnologías de gráficos por computadora se usaban para efectos especiales, creando imágenes de monstruos exóticos, simulando desastres naturales y otros. elementos que eran solo un fondo para el juego de actores en vivo. En 2001, se estrenó el largometraje "Final Fantasy", en el que todo, incluidas las imágenes de personas, fue sintetizado por una computadora: los actores en vivo solo expresaron los roles detrás de escena.

Animación por computadora.

La animación por computadora es la adquisición de imágenes en movimiento en una pantalla de visualización. El artista crea en pantalla un dibujo de la posición inicial y final de los objetos en movimiento, todos los estados intermedios son calculados y visualizados por la computadora, realizando cálculos basados ​​en la descripción matemática de este tipo de movimiento. Los dibujos resultantes, que se muestran secuencialmente en la pantalla con una cierta frecuencia, crean la ilusión de movimiento.

Gráficos para la web.

Tipos de gráficos por computadora.

Hay tres tipos de gráficos por computadora. Estos son gráficos rasterizados, gráficos vectoriales y gráficos fractales. Se diferencian en los principios de formación de imágenes cuando se muestran en la pantalla de un monitor o cuando se imprimen en papel.

Método ráster: la imagen se representa como un conjunto de puntos de colores. Los gráficos de trama se utilizan en el desarrollo de publicaciones electrónicas (multimedia) e impresas. Las ilustraciones de mapa de bits rara vez se crean a mano con programas de computadora. La mayoría de las veces, las ilustraciones escaneadas preparadas por artistas o fotografías se utilizan para este propósito. Recientemente, las cámaras digitales y las cámaras de video se han utilizado ampliamente para ingresar imágenes rasterizadas en una computadora.

Pixel es el elemento principal de los mapas de bits. Estos son los elementos que componen el mapa de bits.

Una imagen digital es una colección de píxeles. Cada píxel de una imagen ráster se caracteriza por las coordenadas xey y el brillo V (x, y) (para imágenes en blanco y negro). Dado que los píxeles son discretos, sus coordenadas son cantidades discretas, generalmente números enteros o racionales. En el caso de una imagen en color, cada píxel se caracteriza por las coordenadas xey, y tres luminancias: luminancia roja, luminancia azul y luminancia verde (VR, VB, VG). Al combinar estos tres colores, puede obtener una gran cantidad de tonos diferentes.

Tenga en cuenta que si al menos una de las características de la imagen no es un número, entonces la imagen pertenece al tipo de analógico. Ejemplos de imágenes analógicas son hologramas y fotografías. Existen métodos especiales para trabajar con tales imágenes, en particular, transformaciones ópticas. En algunos casos, las imágenes analógicas se convierten en formato digital. Esta tarea la realiza ImageProcessing.

El color de cualquier píxel en un mapa de bits se almacena mediante una combinación de bits. Cuantos más bits se utilicen para esto, más matices de color se pueden obtener. A la gradación de brillo se le suele asignar 1 byte (256 gradaciones), siendo 0 negro y 255 blanco (intensidad máxima). En el caso de una imagen en color, se le asigna un byte a la gradación de brillo de los tres colores. Es posible codificar las gradaciones de brillo con un número diferente de bits (4 o 12), pero el ojo humano solo puede distinguir 8 bits de gradación por color. Los colores de 24 bits proporcionan más de 16 millones de colores disponibles y, a menudo, se denominan colores naturales.

En las paletas de colores, cada píxel se describe mediante un código. Se mantiene el vínculo entre este código y una tabla de colores de 256 celdas. La capacidad de bits de cada celda es de 24 bits. La salida de cada celda es de 8 bits para rojo, verde y azul.

El espacio de color formado por las intensidades de rojo, verde y azul se representa como un cubo de color (ver Fig. 1.).

Figura 1- Cubo de color

Los vértices del cubo A, B, C son las intensidades máximas de verde, azul y rojo, respectivamente, y el triángulo que forman se llama triángulo de Pascal. El perímetro de este triángulo corresponde a los colores más saturados. El color de saturación máxima siempre contiene solo dos componentes. El segmento OD contiene tonos de gris, con la corriente O correspondiente al negro y el punto D al blanco.

Tipos de rásteres.

Un ráster es el orden en el que se organizan los puntos (elementos ráster). La Figura 2 muestra un ráster, cuyos elementos son cuadrados, dicho ráster se llama rectangular, son estos rásteres los que se utilizan con mayor frecuencia.

Figura 2 - Ráster con elementos cuadrados

Aunque es posible utilizar otra forma como elemento ráster: un triángulo, un hexágono; cumpliendo los siguientes requisitos:

- todas las cifras deben ser iguales;

- Debe cubrir completamente el avión sin colisión ni agujeros.

Entonces, como un elemento ráster, es posible usar un triángulo equilátero (ver Fig.3), un hexágono regular (hexaedro) (ver Fig.4) Puede construir rásteres usando polígonos irregulares, pero no tiene sentido práctico en tal rásteres.

Figura 3- Ráster triangular

Consideremos las formas de dibujar líneas en un ráster rectangular y hexagonal.

Figura 4 - "Ráster hexagonal"

En un ráster rectangular, una línea se dibuja de dos formas:

) El resultado es una línea de ocho conexiones. Los píxeles adyacentes de la línea pueden estar en una de las ocho posiciones posibles (ver Figura 5a)

) El resultado es una línea de cuatro conectados. Los píxeles adyacentes de la línea pueden estar en una de las cuatro posiciones posibles (ver Fig. 5b). La desventaja es una línea excesivamente gruesa en un ángulo de 45 °.

Figura 5: construcción de una línea en un ráster rectangular

En un ráster hexagonal, las líneas están conectadas en seis (ver Fig. 6), tales líneas son más estables en ancho; la variación del ancho de línea es menor que en un ráster cuadrado.

Figura 6: construcción de una línea en un ráster hexagonal

Uno de los métodos para evaluar un ráster es transmitir por un canal de comunicación una imagen codificada, teniendo en cuenta el ráster utilizado, con posterior restauración y análisis visual de la calidad conseguida.

Modelado de un ráster hexagonal. Es posible construir un ráster hexagonal sobre la base de un cuadrado. Para ello, el hexágono se representa como un rectángulo.

Gráficos vectoriales.

Los gráficos vectoriales describen imágenes usando líneas rectas y curvas llamadas vectores, así como parámetros que describen colores y posiciones. Por ejemplo, una imagen de la hoja de un árbol (ver Fig. 7) se describe mediante los puntos a través de los cuales pasa la línea, creando así el contorno de la hoja. El color de la hoja lo establece el color del contorno y el área dentro de ese contorno.

Figura 7 - Ejemplo de gráficos vectoriales

A diferencia de los gráficos de trama en los gráficos vectoriales, la imagen se crea utilizando descripciones matemáticas de objetos, círculos y líneas. Si bien esto puede parecer más complicado a primera vista que usar matrices ráster, para algunos tipos de imágenes, es más fácil usar descripciones matemáticas.

La clave de los gráficos vectoriales es que utiliza una combinación de instrucciones de computadora y fórmulas matemáticas para un objeto. Esto permite que los dispositivos informáticos calculen y coloquen puntos reales en la ubicación deseada al dibujar estos objetos. Esta característica de los gráficos vectoriales le da una serie de ventajas sobre los gráficos rasterizados, pero al mismo tiempo es la razón de sus desventajas.

Los gráficos vectoriales a menudo se denominan gráficos orientados a objetos o gráficos de dibujo. Los objetos simples como círculos, líneas, esferas, cubos y similares se denominan primitivas y se utilizan para crear objetos más complejos. En los gráficos vectoriales, los objetos se crean combinando diferentes objetos.

Para crear dibujos vectoriales, debe utilizar uno de los muchos paquetes de ilustraciones. La ventaja de los gráficos vectoriales es que la descripción es simple y ocupa poca memoria de la computadora. Sin embargo, la desventaja es que el objeto vectorial detallado puede ser demasiado complejo, es posible que el usuario no lo imprima como espera o no se imprima en absoluto si la impresora malinterpreta o no comprende los comandos vectoriales.

Al editar elementos de gráficos vectoriales, se cambian los parámetros de las líneas rectas y curvas que describen la forma de estos elementos. Puede mover elementos, cambiar su tamaño, forma y color, pero esto no afectará la calidad de su presentación visual. Los gráficos vectoriales son independientes de la resolución, es decir, se puede mostrar en una variedad de dispositivos de salida a diferentes resoluciones sin pérdida de calidad.

La representación vectorial consiste en la descripción de los elementos de la imagen mediante curvas matemáticas, indicando sus colores y ocupación.

Otra ventaja es el escalado de alta calidad en cualquier dirección. Un aumento o disminución de objetos se realiza aumentando o disminuyendo los coeficientes correspondientes en fórmulas matemáticas. Desafortunadamente, el formato vectorial se vuelve desventajoso al transferir imágenes con muchas sombras o pequeños detalles (por ejemplo, fotografías). Después de todo, cada deslumbramiento más pequeño en este caso estará representado no por un conjunto de puntos de un solo color, sino por una fórmula matemática compleja o un conjunto de primitivas gráficas, cada una de las cuales es una fórmula. Esto hace que el archivo sea más pesado. Además, convertir una imagen de un ráster a un formato vectorial (por ejemplo, utilizando AdobeStrimeLine o Corel OCR-TRACE) lleva a que este último herede la imposibilidad de escalar correctamente. El aumento de las dimensiones lineales no aumenta el número de detalles o sombras por unidad de área. Esta limitación viene impuesta por la resolución de los dispositivos de entrada (escáneres, cámaras digitales, etc.).

El concepto de fractal y la historia de la aparición de gráficos fractales.

Probablemente, a menudo vio imágenes bastante ingeniosas en las que no está claro lo que se representa, pero aún así lo inusual de sus formas fascina y atrae la atención. Por regla general, se trata de formas ingeniosas que, al parecer, no se prestan a ninguna descripción matemática. Usted, por ejemplo, vio patrones en vidrio después de las heladas o, por ejemplo, borrones ingeniosos que se dejaron en una hoja con un bolígrafo de tinta, por lo que algo así se puede escribir en forma de algún algoritmo y, por lo tanto, es fácil de escribir. comunicarse con una computadora. Estos conjuntos se denominan fractales. Los fractales no son como las figuras con las que estamos familiarizados, conocidos por la geometría, y están construidos de acuerdo con ciertos algoritmos, y estos algoritmos se pueden mostrar en la pantalla usando una computadora. En general, si simplifica todo un poco, los fractales son un tipo de transformación que se ha aplicado repetidamente a la figura original.

Las primeras ideas de geometría fractal surgieron en el siglo XIX. Cantor, utilizando un procedimiento recursivo (repetitivo) simple, convirtió la línea en un conjunto de puntos no conectados (el llamado Polvo de Cantor). Tomó la línea y quitó el tercio central y luego repitió lo mismo con los segmentos restantes. Peano trazó un tipo especial de línea (ver Figura 8). Para dibujarlo, Peano usó el siguiente algoritmo.

Figura 8- Algoritmo de dibujo

En el primer paso, tomó una línea recta y la reemplazó con 9 segmentos 3 veces más cortos que la longitud de la línea original (Parte 1 y 2 de la Figura 1). Luego hizo lo mismo con cada segmento de la línea resultante. Y así ad infinitum. Su singularidad es que llena todo el avión. Está comprobado que para cada punto del plano, se puede encontrar un punto perteneciente a la línea de Peano. La curva de Peano y el polvo de Cantor fueron más allá de los objetos geométricos ordinarios. No tenían una dimensión clara. El polvo de Cantor parecía estar construido sobre la base de una línea recta unidimensional, pero consistía en puntos, y la curva de Peano se construyó sobre la base de una línea unidimensional, y el resultado fue un plano. En muchas otras áreas de la ciencia, aparecieron problemas cuya solución condujo a resultados extraños, como los descritos (movimiento browniano, precios de las acciones).

Hasta el siglo XX, hubo una acumulación de datos sobre objetos tan extraños, sin ningún intento de sistematizarlos. Eso fue hasta que Benoit Mandelbrot, el padre de la geometría fractal moderna y la palabra fractal, los asumió. Mientras trabajaba para IBM como analista matemático, estudió el ruido en circuitos electrónicos que no podría describirse usando estadísticas. Comparando gradualmente los hechos, llegó al descubrimiento de una nueva dirección en las matemáticas: la geometría fractal.

El mismo Mandelbrot derivó la palabra fractal de la palabra latina fractus, que significa roto (dividido en partes). Y una de las definiciones de un fractal es una figura geométrica formada por partes y que se puede dividir en partes, cada una de las cuales representará una copia reducida del todo (al menos aproximadamente).

Tan pronto como Mandelbrot descubrió el concepto de fractal, resultó que estábamos literalmente rodeados por ellos. Lingotes fractales de metal y rocas, disposición fractal de ramas, patrones de hojas, sistema capilar de plantas; sistemas circulatorios, nerviosos, linfáticos en organismos animales, cuencas fluviales fractales, superficies de nubes, líneas de costas marinas, relieve montañoso ...

Para imaginar un fractal, considere el ejemplo dado en el libro de B. Mandelbrot "La geometría fractal de la naturaleza", que se ha convertido en un clásico: "¿Cuál es la longitud de la costa de Gran Bretaña?" La respuesta a esta pregunta no es tan simple como parece. Todo depende de la longitud de la herramienta que usaremos. Habiendo medido la orilla con una regla de kilómetros, obtenemos cierta longitud. Sin embargo, nos saltaremos muchas bahías pequeñas y penínsulas que son mucho más pequeñas que nuestro gobernante. Al reducir el tamaño de la regla a, digamos, 1 metro, tendremos en cuenta estos detalles del paisaje y, en consecuencia, la longitud de la costa se hará más grande. Sigamos adelante y midamos la longitud de la costa usando una regla milimétrica, aquí tomaremos en cuenta detalles que sean más de un milímetro, la longitud será aún mayor. Como resultado, la respuesta a una pregunta tan aparentemente simple puede desconcertar a cualquiera: la longitud de la costa de Gran Bretaña es infinita.

La principal propiedad de los fractales es la auto-semejanza. Cualquier fragmento microscópico de un fractal de una forma u otra reproduce su estructura global. En el caso más simple, una parte de un fractal es simplemente un fractal completo reducido.

De ahí la receta básica para construir fractales: tomar un motivo simple y repetirlo, disminuyendo constantemente de tamaño. Eventualmente, surgirá una estructura que reproduce este motivo en todas las escalas. (figura 9)

Figura 9 - El motivo de la repetición del fractal

Tomamos un segmento y rompemos su tercio medio en un ángulo de 60 grados. Luego repetimos esta operación con cada una de las partes de la línea discontinua resultante, y así sucesivamente hasta el infinito. Como resultado, obtenemos el fractal más simple: la curva de la tríada, que fue descubierta en 1904 por la matemática Helga von Koch.

Si en cada paso no solo reduce el motivo principal, sino que también lo desplaza y gira, puede obtener formaciones de aspecto más interesante y realista, por ejemplo, una hoja de helecho o incluso sus matorrales completos. O puede construir un terreno fractal muy plausible y cubrirlo con un bosque muy bonito. En 3D StudioMax, por ejemplo, se utiliza un algoritmo fractal para generar árboles. Y esta no es una excepción: la mayoría de las texturas del terreno en los juegos de computadora modernos son fractales. Las montañas, los bosques y las nubes de la imagen son fractales.

Los archivos de imágenes fractales tienen la extensión quince. Por lo general, quince archivos son un poco más pequeños que los archivos jpg, pero también sucede al revés. La diversión comienza cuando miras imágenes con aumento creciente. Los archivos en formato jpg demuestran casi de inmediato su naturaleza discreta: aparece la notoria escalera. Pero quince archivos, como corresponde a los fractales, con aumento creciente muestran un nuevo nivel de detalle de la estructura, preservando la estética de la imagen.

Fractales geométricos.

Fue con ellos que comenzó la historia de los fractales. Este tipo de fractal se obtiene mediante simples construcciones geométricas. Por lo general, al construir estos fractales, se hace lo siguiente: se toma una "semilla" - un axioma - un conjunto de segmentos, sobre cuya base se construirá el fractal. Luego se aplica un conjunto de reglas a esta "semilla", que la transforma en una especie de figura geométrica. A continuación, se aplica el mismo conjunto de reglas a cada parte de esta figura. Con cada paso, la figura se volverá cada vez más compleja, y si realizamos un número infinito de transformaciones obtendremos un fractal geométrico.

La curva de Peano considerada anteriormente es un fractal geométrico. La Figura 10 muestra otros ejemplos de fractales geométricos (Koch Snowflake, Liszt, Sierpinski Triangle).

Figura 10- Copo de nieve de Koch

Figura 11-Hoja

Figura 12 - Triángulo de Sierpinski

De estos fractales geométricos, el copo de nieve de Koch es muy interesante y bastante famoso. Está construido sobre la base de un triángulo equilátero. Cada línea se reemplaza por 4 líneas cada 1/3 de largo del original. Por lo tanto, con cada iteración, la longitud de la curva aumenta en un tercio. Y si hacemos un número infinito de iteraciones, obtenemos un fractal: un copo de nieve de Koch de longitud infinita. Resulta que nuestra curva infinita cubre un área limitada.

La dimensión de un copo de nieve de Koch (cuando un copo de nieve crece 3 veces, su longitud aumenta 4 veces) D = log (4) / log (3) = 1.2619 ...

Los denominados sistemas L son adecuados para la construcción de fractales geométricos. La esencia de estos sistemas es que existe un conjunto específico de símbolos del sistema, cada uno de los cuales denota una acción específica y un conjunto de reglas para la conversión de caracteres.

Fractales algebraicos.

El segundo gran grupo de fractales es algebraico. Recibieron su nombre porque están construidos sobre la base de fórmulas algebraicas que a veces son muy simples. Existen varios métodos para obtener fractales algebraicos. Uno de los métodos es un cálculo múltiple (iterativo) de la función Zn + 1 = f (Zn), donde Z es un número complejo y f es alguna función. El cálculo de esta función continúa hasta que se cumple una determinada condición. Y cuando se cumple esta condición, se muestra un punto en la pantalla. En este caso, los valores de la función para diferentes puntos del plano complejo pueden tener un comportamiento diferente:

- tiende al infinito en el transcurso del tiempo;

- tiende a 0;

- toma varios valores fijos y no los supera;

−La conducta es caótica, sin tendencias.

Para ilustrar los fractales algebraicos, vayamos a los clásicos: el conjunto de Mandelbrot.

Figura 13 - Conjunto de Mandelbrot

Para construirlo, necesitamos números complejos. Un número complejo es un número que consta de dos partes: real e imaginaria, y se denota a + bi. La parte real a es el número habitual en nuestra representación y bi es la parte imaginaria. i se llama unidad imaginaria, porque si elevamos i al cuadrado, obtenemos -1.

Los números complejos se pueden sumar, restar, multiplicar, dividir, elevar a una potencia y raíz, no puede simplemente compararlos. Un número complejo se puede representar como un punto en un plano, donde la coordenada X es la parte real de ay Y es el coeficiente de la parte imaginaria de b.

Funcionalmente, el conjunto de Mandelbrot se define como

1 = Zn * Zn + C.

Para construir el conjunto de Mandelbrot, usaremos el algoritmo BASIC. A = -2 a 2 "para todo real a de -2 a 2b = -2 a 2" para todo b imaginario de -2 a 2

"Pertenece al conjunto de Mandelbrot = Verdadero

"Repita 255 veces (para el modo de 256 colores)

Para iteración = 1 a 255 = Z0 * Z0 + C

"Marcado - abs no poseído (Zn)> 2 luego Lake = False: Exit For0 = Zn

"Dibujó un punto negro perteneciente al" lago "de Mandelbrot.

Si Lake = True, entonces PutPixel (a, b, BLACK)

"Dibujado un punto que no pertenece al conjunto o se encuentra en el borde.

Else PutPixel (a, b, iteración)

Ahora describamos el programa en palabras. Para todos los puntos en el plano complejo en el rango de -2 + 2i a 2 + 2i, realice un número bastante grande de veces Zn = Z0 * Z0 + C, verificando cada vez el valor absoluto de Zn. Si este valor es mayor que 2, dibujamos un punto con un color igual al número de iteración en el que el valor absoluto excedió 2, de lo contrario dibujamos un punto negro. Todo el conjunto de Mandelbrot está en plena gloria ante nuestros ojos.

El color negro en el medio muestra que en estos puntos la función tiende a cero; este es el conjunto de Mandelbrot. Fuera de este conjunto, la función tiende al infinito. Y lo más interesante son los límites del set. Entonces son fractales. En los límites de este conjunto, la función se comporta de manera impredecible, caótica.

Al cambiar la función, las condiciones para salir del ciclo, puede obtener otros fractales. Por ejemplo, tomando en lugar de la expresión С = a + bi la expresión Z0 = a + bi, y asignando valores arbitrarios a С, obtenemos el conjunto de Julia, también un hermoso fractal.

Para el conjunto de Mandelbrot, la auto-semejanza también se manifiesta.

Fractales estocásticos

Un representante típico de esta clase de fractales "Plasma".

Figura 14-Plasma

Para construirlo, tome un rectángulo y defina un color para cada esquina. A continuación, encontramos el punto central del rectángulo y lo pintamos de un color igual a la media aritmética de los colores en las esquinas del rectángulo más algún número aleatorio. Cuanto mayor sea el número aleatorio, más "irregular" será el dibujo. Si, por ejemplo, decimos que el color de un punto es la altura sobre el nivel del mar, en lugar de plasma obtenemos una cadena montañosa. Es sobre este principio que las montañas se modelan en la mayoría de los programas. Usando un algoritmo similar al plasma, se construye un mapa de altura, se le aplican varios filtros y se aplica una textura.

animación vectorial de gráficos por computadora

Conclusión

En este trabajo de curso se estudió un tema como la historia del desarrollo de los gráficos por computadora, se dieron conceptos a los principales tipos de gráficos por computadora y se consideraron las posibilidades de los gráficos por computadora.

Habiendo estudiado la literatura sobre este tema, podemos concluir que la historia de los gráficos no se detiene, sino que se está desarrollando rápidamente.

En el futuro, puede considerar con más detalle los tipos de gráficos por computadora y considerar los programas de trabajo en gráficos por computadora.

El alcance de los gráficos por computadora no se limita únicamente a los efectos artísticos. Todas las ramas de la gestión comercial utilizan diagramas, gráficos y diagramas generados por computadora.

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El punto de partida para el desarrollo de la infografía puede considerarse 1930, cuando en Estados Unidos nuestro compatriota Vladimir Zvorykin, que trabajaba en Westinghouse, inventó un tubo de rayos catódicos (CRT), que por primera vez permite obtener imágenes en un pantalla sin utilizar piezas mecánicas móviles.

El comienzo de la era de los gráficos por computadora adecuados puede considerarse diciembre de 1951, cuando se desarrolló la primera pantalla para la computadora "Whirlwind" en el Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT) para el sistema de defensa aérea de la Marina de los EE. UU. El inventor de esta pantalla fue el ingeniero del MIT Jay Forrester.

Uno de los padres fundadores de los gráficos por computadora es Ivan Sotherland, quien en 1962, en el mismo MIT, creó un programa de gráficos por computadora llamado Sketchpad. Este programa podía dibujar formas bastante simples (puntos, líneas, arcos, círculos), podía rotar figuras en el pantalla.

Bajo el liderazgo de T. Mofett y N. Taylor, Itek desarrolló una máquina de dibujo electrónica digital. En 1964, General Motors introdujo el sistema de diseño asistido por computadora DAC-1, desarrollado en conjunto con IBM.

En 1965, IBM lanzó el primer terminal gráfico comercial llamado IBM-2250 (Figura 5).

En 1968, un grupo dirigido por N. N. Konstantinov creó un modelo matemático informático del movimiento de un gato. La máquina BESM-4, ejecutando el programa escrito para resolver ecuaciones diferenciales, dibujó la caricatura "Kitty" (Fig. 7), que supuso un gran avance para su época. Se utilizó una impresora alfanumérica para la visualización.

En 1977, Commodore lanzó su PET (Personal Electronic Recorder) y Apple creó Apple II. La llegada de estos dispositivos dio lugar a sentimientos encontrados: los gráficos eran terribles y los procesadores lentos. Sin embargo, las PC han impulsado el desarrollo de dispositivos periféricos: trazadores y tabletas gráficas de bajo costo.

A fines de la década de 1980, el software estaba disponible para todas las áreas de aplicación, desde los sistemas de control hasta los sistemas de autoedición. A finales de los años ochenta, surgió una nueva dirección de mercado para el desarrollo de sistemas de escaneo de hardware y software, la digitalización automática. El ímpetu original en tales sistemas debería haber sido creado por la máquina mágica Ozalid, que escanearía y vectorizaría automáticamente el dibujo en papel, convirtiéndolo en formatos estándar CAD / CAM. Sin embargo, el énfasis se ha desplazado hacia el procesamiento, almacenamiento y transmisión de píxeles escaneados.

En los 90 se borró la distinción entre CG y procesamiento de imágenes. Los gráficos por computadora a menudo tratan con datos vectoriales, y la información de píxeles es la base para el procesamiento de imágenes.

Hasta hace unos años, cada usuario requería una estación de trabajo con una arquitectura única, y ahora los procesadores de la estación de trabajo son lo suficientemente rápidos para administrar información tanto vectorial como rasterizada. Además, es posible trabajar con video. Agregue capacidades de audio y tendrá un entorno informático multimedia.

Todas las áreas de aplicación - ya sea arte, ingeniería y ciencia, negocios / entretenimiento y - son el alcance de KG. El creciente potencial de las PC y su enorme número asegura el crecimiento constante de la industria en esta industria.

Formación de conceptos generales de infografía.

El Día Mundial de la Gráfica por Computadora se celebra anualmente el 3 de diciembre. La fecha se eligió por una razón: este día en la versión en inglés es el 3 de diciembre, es decir, se obtiene una combinación clave de este tipo: diciembre 3D o 3D.

La propuesta de crear unas vacaciones surgió en 1998 de la empresa estadounidense Alias ​​Systems (adquirida por Autodesk), desarrolladora de Maya, un paquete de modelado y animación 3D. Luego, gigantes como Adobe Systems, NVIDIA, Wacom, etc. se unieron al evento.

En un principio, la festividad fue celebrada solo por aquellos que están directamente relacionados con la creación de imágenes tridimensionales, un poco más tarde se unieron todas las demás esferas relacionadas con la infografía en general. La comunidad de habla rusa llama al evento a su manera: "Día del 3D-Schnick".

Los principales actores de la industria pasan toda la primera década de diciembre realizando todo tipo de eventos, presentaciones, seminarios y clases magistrales. Nosotros, a su vez, intentaremos delinear el panorama general de la formación y desarrollo de los gráficos por computadora. No tiene sentido pretender ser completo en la descripción de la historia, pero aún es posible delinear los principales hitos con una mirada superficial.

Década de 1950: de imágenes de texto a una consola gráfica

A mediados del siglo pasado, las computadoras no solo eran grandes, sino enormes, y el valioso tiempo de las computadoras centrales se usaba exclusivamente para necesidades militares e industriales. Sin embargo, a uno de los programadores aburridos se le ocurrió la idea de utilizar dispositivos de impresión para mostrar imágenes y fotografías. Es simple: la diferencia en la densidad de caracteres alfanuméricos es bastante adecuada para crear imágenes en papel; incluso si son mosaicos, son bastante aceptables para la percepción visual a distancia.

Los gráficos ASCII han existido desde finales del siglo XIX, cuando los mecanógrafos competían por el mejor dibujo en una máquina de escribir.
Ilustración: jackbrummet.blogspot.com.

En 1950, Ben Laposky, matemático, pintor y dibujante, comenzó a experimentar con el dibujo en un osciloscopio. La danza de la luz se creó con la configuración más complicada de este dispositivo de rayos catódicos. Se utilizaron fotografías de alta velocidad y lentes especiales para capturar las imágenes, luego se agregaron filtros pigmentados para llenar las imágenes de color.

Ben Laposki junto a un osciloscopio, para el que ha encontrado un uso inusual.
Ilustración: Museo Sanford.

Posteriormente, los "oscillones" se colorearon debido al uso de filtros de luz.
Ilustración: Museo Sanford.

Los "Ritmos visuales y armonías del arte abstracto electrónico" de Laposki encajaban perfectamente con el audio sintetizado por Robert Moog, el pionero de la música electrónica.

En 1951, el Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT) completó el Torbellino para la Fuerza Aérea de los Estados Unidos, la primera computadora con un terminal de video (en realidad, un osciloscopio) para generar datos en tiempo real.

Computadora Whirlwind: memoria de núcleo magnético (izquierda) y consola del operador.
Ilustración: Wikimedia.

En 1952, apareció el primer juego de computadora visual, OXO, o tic-tac-toe, desarrollado por Alexander Douglas para la computadora EDSAC como parte de su tesis doctoral como un ejemplo de interacción humano-máquina. Los datos se ingresaron usando un marcador de disco y la salida se realizó mediante un tubo de rayos catódicos de matriz.

OXO Tic Tac Toe en EDSAC Emulator para Mac OS X.
Ilustración: Wikimedia.

En 1955, nació el lápiz óptico. En la punta del bolígrafo hay una fotocélula que emite pulsos electrónicos y simultáneamente responde al pico de brillo correspondiente al instante de paso del haz de electrones. Basta sincronizar el pulso con la posición del cañón de electrones para determinar exactamente hacia dónde apunta el bolígrafo.

Los bolígrafos de luz se utilizaron mucho en terminales de computación desde la década de 1960.

IBM 2250. El lápiz óptico en ese momento actuaba como un análogo de un mouse de computadora.
Ilustración: Wikimedia.

En 1957, un equipo dirigido por Russell Kirsch desarrolló un escáner de tambor para la computadora SEAC de 1950 en la Oficina Nacional de Normas de EE. UU., Que produjo la primera fotografía digital del mundo. La imagen, que captura al hijo de tres meses del científico, resultó tener un tamaño de 5 × 5 cm con una resolución de 176 × 176 píxeles. La computadora aisló de forma independiente los contornos, contó los objetos, reconoció los símbolos y mostró una imagen digital en la pantalla del osciloscopio.

En 1958, el MIT lanzó la computadora Lincoln TX-2, la primera en utilizar una consola gráfica. A partir de ese momento, los gráficos por computadora adquirieron una aplicación real de técnicas y desarrollos: una pantalla vectorial.

Estación de trabajo TX-2.
Ilustración: MIT.

Por esta época, John Whitney, un pionero de la animación por computadora, estaba experimentando con una computadora analógica mecánica que él mismo creó a partir del dispositivo de control de fuego antiaéreo, el predictor de Kerrison. El resultado de una colaboración con el diseñador Saul Bass fue la pantalla de presentación espirográfica para la película Vertigo de 1958 de Alfred Hitchcock.

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Década de 1960: del "Álbum" a la animación

Se cree que el término "gráficos por computadora" fue acuñado en 1960 por William Fetter, un diseñador de Boeing Aircraft, aunque él mismo afirma que la autoría pertenece a su colega Verne Hudson. En ese momento, existía la necesidad de un medio para describir la estructura del cuerpo humano y, al mismo tiempo, con gran precisión y en una forma adecuada para el cambio. Los gráficos por computadora fueron perfectos para resolver este problema.

Boeing Man. Los gráficos por computadora ayudaron mucho a ahorrar tiempo y esfuerzo en el diseño de aviones.
Ilustración: Boeing.

Y aunque ya se implementaron los primeros juegos de computadora, el primer videojuego real debería considerarse "Star Wars" (¡Spacewar!). El juguete fue incorporado en 1962 por el estudiante del MIT Steve Russel y sus colegas, y fue ejecutado en una computadora DEC PDP-1 usando el notorio osciloscopio como pantalla.

En 1963, Ivan Sutherland, otro estudiante del MIT, escribió un programa de computadora llamado Sketchpad para el TX-2. En ese momento, legítimamente revolucionario, dio un gran impulso a los gráficos de máquina, sirvió como prototipo para sistemas de diseño asistido por computadora (CAD), describió por primera vez elementos de interfaces de usuario modernas y lenguajes de programación orientados a objetos.

El "Álbum" por medio de un lápiz óptico permitió dibujar formas vectoriales en la pantalla, guardarlas y acceder a primitivas listas para usar. La clave fue el uso del concepto de "objetos" e "instancias": el dibujo maestro se podía copiar muchas veces, cambiando cada uno de los bocetos a su gusto, y si se realizaban cambios en el dibujo original, sus duplicados se reconstruían en consecuencia. .

Ivan Sutherland hace una demostración de "The Album" en la consola gráfica TX-2. Por su programa, en 1988, recibió el Premio Alan Turing, que en el mundo de la informática es comparable en importancia al Premio Nobel.
Ilustración: MIT.

Otro invento importante del "Álbum" fueron las herramientas para el dibujo automático de formas geométricas: bastaba con indicar la ubicación y las dimensiones de, por ejemplo, un cuadrado para que se dibujara; no había necesidad de preocuparse por los ángulos rectos exactos.

Al mismo tiempo, Edward Zajac, científico de Bell Telephone Laboratories, preparó una película animada "Simulación de un sistema de control gravitacional de dos giroscopios" en el mainframe IBM 7090, en la que mostraba el movimiento espacial de un satélite en órbita alrededor de la Tierra.

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Paralelamente, a Ken Knowlton, un empleado de la misma empresa, se le ocurrió BeFlix (de Bell Flicks), el primer lenguaje de animación por computadora dedicado basado en Fortran. Él, trabajando con "primitivas gráficas" como trazar una línea, copiar un área, rellenar una zona, escalar, etc., permitió crear imágenes con ocho medios tonos y una resolución de 252 × 184 píxeles.

Entre 1965 y 1971, el director experimental Stan VanDerBeek creó la serie de animación Evans & Sutherland basada en BeFlix. Fue formado por los reconocidos Ivan Sutherland y David Evans, quienes estudian de cerca los aspectos de la interacción visual de una computadora con una persona.

El laboratorio estaba equipado con un enfoque integral en imágenes generadas por computadora (CGI), incluido el hardware en tiempo real, la aceleración 3D y los lenguajes de impresión, y era lo suficientemente poderoso como para atraer a una cohorte de talentos prometedores.

Entonces, entre los que se unieron se encontraban Edwin Catmull, quien se dio cuenta de que la animación debería pasar a los hombros de las computadoras, John Warnock, cofundador de Adobe Systems y desarrollador del concepto del revolucionario lenguaje de descripción de páginas PostScript en la publicación, James Clark) , cofundador de Silicon Graphics y Netscape Communications.

Ed Catmell, es considerado el padre de la animación por computadora. Ahora es presidente de Walt Disney y Pixar, líder mundial en la implementación práctica de gráficos por computadora en la industria cinematográfica.
Imagen cortesía de Flickr / Jeff Heusser.

En 1968 se filmó la caricatura "Cat" en la URSS, que se convirtió en la primera en la que apareció un personaje animado por computadora.

Un grupo de especialistas liderado por el matemático Nikolai Konstantinov recurrió al ordenador BESM-4, que, con suficiente grado de realismo, simulaba los movimientos de un gato mediante un sistema de ecuaciones diferenciales de segundo orden. Cada fotograma se envió a una impresora y luego se combinaron en una cinta.

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En la segunda parte de nuestra inmersión en la historia de la infografía, analizaremos las cuestiones de los algoritmos.

Las primeras computadoras no tenían medios separados para trabajar con gráficos, pero ya se usaban para obtener y procesar imágenes. Programando la memoria de las primeras máquinas electrónicas, construida a partir de una matriz de lámparas, fue posible obtener patrones.

En 1961, el programador S. Russell dirigió el proyecto para crear el primer juego de computadora con gráficos. La creación del juego ("Spacewar!") Tomó alrededor de 200 horas hombre. El juego fue creado en una máquina PDP-1.

En 1963, el científico estadounidense Ivan Sutherland creó el complejo de software y hardware Sketchpad, que le permitió dibujar puntos, líneas y círculos en un tubo con un bolígrafo digital. Se soportaron acciones básicas con primitivas: mover, copiar, etc. De hecho, este fue el primer editor de vectores implementado en una computadora. Además, el programa se puede llamar la primera interfaz gráfica, y lo era incluso antes de la aparición del término en sí.

A mediados de la década de 1960. se produjeron avances en las aplicaciones industriales de los gráficos por ordenador. Así, bajo el liderazgo de T. Mofett y N. Taylor, Itek ha desarrollado una máquina de dibujo electrónica digital. En 1964, General Motors introdujo el sistema de diseño asistido por computadora DAC-1, desarrollado en conjunto con IBM.

En 1964, un grupo dirigido por N.N. Konstantinov creó un modelo matemático informático del movimiento de un gato. La máquina BESM-4, ejecutando el programa escrito para resolver ecuaciones diferenciales, dibujó la caricatura "Kitty", que supuso un gran avance para su época. Se utilizó una impresora alfanumérica para la visualización.

En 1968, los gráficos por computadora experimentaron un progreso significativo con la aparición de la capacidad de memorizar imágenes y mostrarlas en una pantalla de computadora, un tubo de rayos catódicos.

A finales de los 60 y principios de los 70, nuevas empresas comenzaron a trabajar en el campo de los gráficos por computadora. Si antes, para realizar cualquier trabajo, los clientes tenían que instalar equipos únicos y desarrollar un nuevo software, entonces con la llegada de varios paquetes de software que facilitan el proceso de creación de imágenes, dibujos e interfaces, la situación ha cambiado significativamente.

A lo largo de la década, los sistemas se han vuelto tan sofisticados que han aislado casi por completo al usuario de los problemas de software.

A finales de los 70, se produjeron cambios significativos en los gráficos por computadora. Ahora es posible crear pantallas ráster que tienen muchas ventajas: salida de grandes conjuntos de datos, imagen estable y sin parpadeo, trabajo con color. Por primera vez, fue posible obtener una gama de colores. La tecnología ráster se volvió claramente dominante a fines de la década de 1970. El evento más significativo en el campo de la infografía fue la creación de la computadora personal a finales de los 70. En 1977, Apple creó Apple II. La introducción de este dispositivo dio lugar a sentimientos encontrados: los gráficos eran terribles y los procesadores lentos. Sin embargo, las computadoras personales han estimulado el desarrollo de dispositivos periféricos. Por supuesto, las computadoras personales han evolucionado como una parte importante de los gráficos por computadora, especialmente con la introducción en 1984 de Apple Macintosh con su interfaz gráfica de usuario.

El área original de aplicación de la computadora personal no eran las aplicaciones gráficas, sino trabajar con procesadores de texto y hojas de cálculo, pero sus capacidades como dispositivo gráfico impulsaron el desarrollo de programas relativamente económicos en el campo de CAD / CAM y en el campo más general. áreas de negocio y arte. A fines de la década de 1980, el software estaba disponible para todo, desde sistemas de control hasta autoedición. A finales de los 80, surgió una nueva dirección de mercado para el desarrollo de sistemas de escaneo de hardware y software, la digitalización automática. El ímpetu original en tales sistemas fue crear la máquina mágica Ozalid, que escaneaba y vectorizaba automáticamente el dibujo en papel, convirtiéndolo a formatos estándar.

Sin embargo, el enfoque se ha desplazado hacia el procesamiento, almacenamiento y transmisión de imágenes de píxeles escaneadas.

En los 90 se borró la distinción entre gráficos por computadora y procesamiento de imágenes. Los gráficos por computadora a menudo tratan con datos vectoriales, y la información de píxeles es la base para el procesamiento de imágenes. Hasta hace unos años, cada usuario requería una estación de trabajo con una arquitectura única, y ahora los procesadores de la estación de trabajo son lo suficientemente rápidos para administrar información tanto vectorial como rasterizada.

Además, es posible trabajar con video. Agregue capacidades de audio y tendrá un entorno multimedia para PC. El creciente potencial de las computadoras personales y su enorme número, alrededor de 100 millones, asegura el crecimiento constante de la industria en la industria. Los gráficos están penetrando cada vez más en los negocios; hoy en día, prácticamente no se crean documentos sin el uso de ningún elemento gráfico.

Gráficos científicos

Las primeras computadoras se usaron solo para resolver problemas científicos e industriales. Para comprender mejor o presentar los resultados obtenidos, se procesaron gráficamente (construyeron gráficos, diagramas, dibujos de las estructuras calculadas). Los primeros gráficos de la máquina se obtuvieron en el modo de impresión simbólica.

Gráficos comerciales

Gráficos comerciales es un área de gráficos por computadora diseñada para visualizar varios indicadores de desempeño de las instituciones. Indicadores planificados, documentos de informes, resúmenes estadísticos: estos son los objetos para los que se crean materiales ilustrativos utilizando gráficos comerciales. El software de gráficos comerciales se incluye en las hojas de cálculo.

Gráficos de diseño

Se utiliza en el trabajo de ingenieros de diseño, arquitectos, inventores de nuevas tecnologías. Este tipo de gráficos por computadora es un elemento indispensable de CAD (sistemas de automatización de diseño). Mediante gráficos de diseño, es posible obtener tanto imágenes planas (proyecciones, secciones) como imágenes espaciales tridimensionales. Este tipo de gráficos por computadora es un elemento CAD imprescindible.

Gráficos ilustrativos

Dibujo a mano alzada y dibujo con una computadora. Los paquetes de gráficos ilustrativos son software de aplicación de uso general. El software de gráficos ilustrativos más simple se llama editores de gráficos.

Se hizo popular en gran parte gracias a la televisión. Con la ayuda de una computadora, se crean comerciales, dibujos animados, juegos de computadora, tutoriales en video, presentaciones en video, etc. Los paquetes gráficos para estos fines requieren grandes recursos informáticos en términos de velocidad y memoria. Una característica distintiva de estos paquetes de gráficos es la capacidad de crear imágenes realistas e "imágenes en movimiento".

La obtención de dibujos de objetos tridimensionales, sus rotaciones, aproximación, eliminación, deformación se asocia con una gran cantidad de cálculo. La transferencia de la iluminación de un objeto en función de la posición de la fuente de luz, la ubicación de las sombras, la textura de la superficie, requiere cálculos que tengan en cuenta las leyes de la óptica.

Animación por computadora

Capture una imagen en movimiento en la pantalla de visualización. Existen muchos productos de software en los que el artista crea dibujos en pantalla de la posición inicial y final de los objetos en movimiento, todos los estados intermedios son calculados y mostrados por la computadora, realizando cálculos basados ​​en la descripción matemática de este tipo de movimiento. Los dibujos resultantes, que se muestran secuencialmente en la pantalla con una cierta frecuencia, crean la ilusión de movimiento.

Multimedia- esta es una combinación de imágenes de alta calidad en la pantalla del monitor con sonido. Los sistemas multimedia más utilizados se encuentran en el campo de la educación, publicidad, cine, entretenimiento, etc.

Gráficos para la web

El surgimiento de la Internet global ha llevado al hecho de que los gráficos por computadora se han convertido en una parte integral de ella. Cada vez se mejoran más los métodos de transmisión de información visual, se desarrollan formatos gráficos más avanzados, existe un deseo palpable de utilizar gráficos tridimensionales, animación, toda la gama multimedia.

La historia del desarrollo de los gráficos por computadora.

Históricamente, los primeros sistemas interactivos se consideran sistemas de diseño asistido por computadora (CAD)... Ejemplo: AutoCAD, KOMPAS, etc.
Se están volviendo cada vez más populares ahora sistemas de información geográfica (SIG)... Este es un tipo relativamente nuevo de sistemas de gráficos por computadora interactivos para usuarios masivos.
Son típicas de cualquier SIG tales operaciones: entrada y edición de objetos, teniendo en cuenta su ubicación en la superficie de la Tierra, la formación de varios modelos digitales, escritura en bases de datos, ejecución de diversas consultas en bases de datos. Una operación importante es el análisis, teniendo en cuenta las relaciones espaciales y topológicas de un conjunto de objetos ubicados en un determinado territorio.

Tipos de gráficos por computadora

La infografía es una rama de la informática que estudia los medios y métodos de creación y procesamiento de imágenes gráficas utilizando tecnología informática. A pesar de que existen muchas clases de software para trabajar con gráficos por computadora, existen cuatro tipos de gráficos por computadora. Estos son gráficos rasterizados, gráficos vectoriales, gráficos en 3D y fractales. Se diferencian en los principios de formación de imágenes cuando se muestran en la pantalla de un monitor o cuando se imprimen en papel.

Los gráficos de trama se utilizan en el desarrollo de publicaciones electrónicas (multimedia) e impresas. Las ilustraciones de mapa de bits rara vez se crean a mano con programas de computadora. La mayoría de las veces, para este propósito se utilizan ilustraciones escaneadas preparadas por el artista en papel o fotografías. Recientemente, las cámaras digitales y las cámaras de video se han utilizado ampliamente para ingresar imágenes rasterizadas en una computadora. En consecuencia, la mayoría de los editores gráficos diseñados para trabajar con ilustraciones rasterizadas no se centran tanto en crear imágenes como en procesarlas. En Internet, las ilustraciones de trama se utilizan en los casos en que es necesario transmitir la gama completa de tonos de una imagen en color.

Por el contrario, las herramientas de software para trabajar con gráficos vectoriales están destinadas principalmente a crear ilustraciones y, en menor medida, a procesarlas. Estas herramientas se utilizan ampliamente en agencias de publicidad, oficinas de diseño, oficinas editoriales y editoriales. El trabajo de diseño basado en el uso de fuentes y los elementos geométricos más simples es mucho más fácil de resolver utilizando gráficos vectoriales. Hay ejemplos de trabajos altamente artísticos creados con gráficos vectoriales, pero son la excepción más que la regla, ya que la preparación artística de ilustraciones con gráficos vectoriales es extremadamente difícil.

Los gráficos tridimensionales se utilizan ampliamente en programación de ingeniería, modelado por computadora de objetos y procesos físicos, en animación, cinematografía y juegos de computadora.

El software de gráficos fractal está diseñado para generar imágenes automáticamente mediante cálculos matemáticos. Crear una composición de arte fractal no se trata de pintar o decorar, sino de programar. Los gráficos fractales rara vez se usan para crear documentos impresos o electrónicos, pero a menudo se usan en programas de entretenimiento.

Gráficos de trama

El elemento principal (más pequeño) del mapa de bits es un punto. Si la imagen está en pantalla, este punto se llama píxel. Cada píxel de un mapa de bits tiene propiedades: ubicación y color. Cuanto mayor sea el número de píxeles y menores sus dimensiones, mejor se verá la imagen. Las grandes cantidades de datos son un problema importante cuando se utilizan imágenes rasterizadas. Para un trabajo activo con ilustraciones de gran tamaño, como la página de una revista, se requieren computadoras con tamaños de RAM extremadamente grandes (128 MB o más). Por supuesto, estas computadoras también deben tener procesadores de alto rendimiento. La segunda desventaja de las imágenes rasterizadas está asociada con la imposibilidad de agrandarlas para ver detalles. Dado que la imagen está formada por puntos, ampliar la imagen solo hace que estos puntos se agranden y se asemejen a un mosaico. No se pueden ver detalles adicionales cuando se amplía el mapa de bits. Además, la ampliación de los píxeles de la trama distorsiona visualmente la ilustración y la vuelve tosca. Este efecto se llama pixelación.

Gráficos vectoriales

Al igual que en los gráficos rasterizados, el elemento principal de la imagen es un punto, por lo que en los gráficos vectoriales el elemento principal de la imagen es una línea (no importa si es una línea recta o una curva). Por supuesto, las líneas también existen en los gráficos rasterizados, pero allí se tratan como combinaciones de puntos. Para cada punto de una línea en los gráficos rasterizados, se asignan una o más celdas de memoria (cuantos más puntos de colores puedan tener, más celdas se les asignan). En consecuencia, cuanto más larga sea la línea ráster, más memoria ocupará. En los gráficos vectoriales, la cantidad de memoria que ocupa una línea no depende del tamaño de la línea, ya que la línea se representa en forma de fórmula, o mejor dicho, en forma de varios parámetros. Hagamos lo que hagamos con esta línea, solo cambian sus parámetros, almacenados en celdas de memoria. El número de celdas permanece sin cambios para cualquier línea.

Una línea es un objeto de gráficos vectoriales elemental. Todo en una ilustración vectorial consta de líneas. Los objetos más simples se combinan en otros más complejos, por ejemplo, un objeto cuadrilátero puede verse como cuatro líneas conectadas, y un objeto cubo es aún más complejo: puede verse como doce líneas conectadas o seis cuadriláteros conectados. Debido a este enfoque, los gráficos vectoriales a menudo se denominan gráficos orientados a objetos. Dijimos que los objetos de gráficos vectoriales se almacenan en la memoria como un conjunto de parámetros, pero no debemos olvidar que todas las imágenes se siguen mostrando en la pantalla como puntos (simplemente porque la pantalla está diseñada de esta manera). Antes de mostrar cada objeto en la pantalla, el programa calcula las coordenadas de los puntos de la pantalla en la imagen del objeto, por lo que los gráficos vectoriales a veces se denominan gráficos computados. Se realizan cálculos similares al enviar objetos a la impresora. Como todos los objetos, las líneas tienen propiedades. Estas propiedades incluyen: la forma de la línea, su grosor, color, la naturaleza de la línea (sólida, discontinua, etc.). Las líneas cerradas tienen una propiedad de llenado. El área interior del camino cerrado se puede rellenar con color, textura, mapa. La línea más simple, si no está cerrada, tiene dos vértices, que se denominan nodos. Los nodos también tienen propiedades que determinan cómo se ve la parte superior de la línea y cómo encajan dos líneas.