Unidad I Sistemas de Graficaci贸n M.C. Juan Carlos Olivares Rojas
Agenda 1.1 Introducciรณn. 1.2 Dispositivos de Despliegue grรกfico. 1.3 Dispositivos de captura de imรกgenes. 1.4 Formatos para imรกgenes sin compresiรณn.
Agenda 1.5 Formatos para im谩genes con compresi贸n. 1.6 Formatos para video. 1.7 Formatos para sonido. 1.8 Formatos para multimedia.
1.1 Introducción. • Los Sistemas de Graficación (SG) son muy importantes en todas las áreas de la Ingeniería. • Desde antaño, se han utilizado técnicas y métodos estructurados para representar gráficas a través de computadoras, dado que permiten la mejor representación y uso más eficiente que manejarlas de forma manual.
Introducciรณn โ ข Los SG son computacionalmente complejos de representar y procesar debido a la gran cantidad de cรกlculos que hay que realizar (sobretodo en ambientes 3D). Afortunadamente los sistemas de cรณmputo han evolucionado vertiginosamente teniendo actualmente una gran capacidad de cรณmputo. Esto ha hecho posible que las computadoras soporten actualmente SG muy potentes y que su uso sea cotidiano.
1.2 Dispositivos de Despliegue gráfico • Todas las computadoras necesitan de un componente de hardware para poder desplegar gráficos. • Existen dos componentes básicos para el despliegue de gráficos: la tarjeta de video y el monitor.
Dispositivos de Despliegue Grรกfico โ ข Las tarjetas de video es la parte encargada de realizar todas el procesamiento de informaciรณn que conllevan los SG. Dichas tarjetas pueden ser internas o externas. Generalmente se recomiendan que sean externas y que utilicen buses especiales de comunicaciรณn (AGP) para transmitir la informaciรณn de manera eficiente.
Dispositivos de Despliegue GrĂĄfico • Los monitores son los dispositivos de hardware que se encargan de procesar los datos recibidos por la tarjeta de video y los muestran de forma visible a los usuarios. Generalmente estos dispositivos son de diversas tecnologĂas: CRT, LCD, Plasma, etc. Se pueden utilizar mecanismos como pantallas de televisores y proyectores.
Dispositivos de Despliegue Gráfico • La forma en que se comunican las tarjetas de video y los monitores son a través de puertos, los cuales pueden ser analógicos (como el VGA) o digitales (como el DVI). • El uso de Sistemas Operativos gráficos, videojuegos, procesos de simulación, etc. han fortalecido el uso de dispositivos de despliegue gráfico.
Dispositivos de Despliegue Gráfico • Las tarjetas de video definen su capacidad en la resolución (tamaño de la pantalla). Por ejemplo el estándar UXVGA procesa gráficos en dimensiones de 1600x1200 pixeles (puntos por pantalla) a 16 millones de colores. • Los monitores miden su capacidad por su tamaño dado en pulgadas y su tasa de refresco de la señal de video.
Dispositivos de Despliegue Gráfico • Las tarjetas de video están conformadas por cuatro componentes básicos: – Procesador – Memoria (VRAM) – DAC (Convertidor Digital a Analógico) – Drivers (controladores)
• ¿De cuanto sería la memoria de una tarjeta de video de 800x600 con color de 16 bits?
1.3 Dispositivos de captura de imágenes. • Los dispositivos de captura de imágenes son menos comunes que los de despliegue de información gráfica. • Los dispositivos de captura de imágenes van a utilizar un ADC (Convertidor AnalógicoDigital) para poder discretizar la imagen y procesarla.
Dispositivos de Captura de Imágenes • Los dispositivos más comunes son los escáneres, dichos dispositivos se encargan de leer a través de un sensor material impreso y representarlo en la computadora. • Mucho de los escáneres permiten el OCR (reconocimiento óptico de caracteres) para representar datos textuales o bien procesar información como código de barras.
Dispositivos de captura de imágenes • Otras formas de adquisición de imágenes es a través del uso de cámaras digitales, las cuales permiten guardar una imagen en formato digital por lo que su paso a una computadora es mucho más fácil. • Las videocámaras digitales realizan un proceso similar combinando audio e información gráfica en el mismo momento.
Dispositivos de Captura de Imágenes • Cuando se tiene video analógico se ocupan y se desea convertirlo a la computadora se ocupan de una tarjeta de adquisición de captura de video. Estas tarjetas son especiales, se conectan a la PC a través de puertos como USB, Fireware, PCI, PIC Express, etc. Y tienen puertos de entrada como RCA, S-Video, entre otros.
1.4 Formatos para imágenes sin compresión. • Los formatos gráficos sin comprensión no son más que archivos en una computadora que tienen un formato especial para representar gráficos. • Los archivos se componen de una estructura con dos partes: encabezado y cuerpo.
Formatos de Imágenes sin Compresión • El encabezado contiene datos de control sobre la imagen como es el tamaño, número de colores, entre otros. • El formato de comprensión más famosos es el mapa de bits (BMP). Este formato se caracteriza por ser una matriz de puntos donde cada punto tiene un color asociado.
Formatos de Imágenes sin Compresión • El formato BMP es un formato sencillo de representar y por lo tanto muy utilizado. Su mayor inconveniente es que desperdicia mucho espacio. • En general se utilizan en la práctica formatos con comprensión para ocupar menos espacio.
1.5 Formatos para imágenes con compresión. • Existen una gran variedad de formatos para representar imágenes comprimidas. Se mencionarán las más importantes. • El formato RLE se utiliza con el archivo PCX de PaintBrush. Es un formato sencillo en donde cada color consecutivo del mismo tipo es sustituido por dos valores: uno para indicar el número de puntos y otro para indicar el color.
Formatos de Imágenes con compresión • El formato GIF (Graphics Interchange Format) soporta colores de 8 bits, en el mismo archivo se encuentra la paleta de colores. • Se originó en 1987 y en 1989 se perfecciona para soportar fondos transparentes e imágenes animadas. Se utilizó en los BBS e inmediatamente se convirtió en el estándar de Internet.
Formatos de imágenes con Compresión • El formato GIF utiliza el algoritmo LZW el cual está patentado por lo que hay que pagar derechos al crear imágenes en este formato mas no para utilizarlo o descargarlo. • Tiene una buena calidad de comprensión sin mucha pérdida dado que agrupa en una matriz puntos con colores similares.
Formatos de Imágenes con Compresión • El formato JPEG (Joint Photographics Expert Group) es un estándar ampliamente utilizado para codificar imágenes. • JPEG utiliza el algoritmo de transformada de coseno discreta. Se alcanzan rangos de compresión de 100:1 teniendo su media entre 10:1 y 20:1.
Formatos de Imágenes con Compresión • Los nuevos desarrollos en el formato JPEG permiten la compresión de imágenes a través de un chip de manera directa y la compresión de ciertas zonas de memoria a diferente frecuencia. • La compresión trata de agrupar todos aquellos colores que el ojo humano no puede distinguir.
Formatos de Imágenes con Compresión • Una de las ventajas de JPEG es que permite dividir una imagen en franjas verticales u horizontales de tal forma que la imagen se pueda cargar por partes o bien, pueda mejorar su calidad con el transcurso del tiempo. Estas características hacen a este formato muy útil en la Web.
Formatos de Imágenes con Compresión • La desventaja principal de JPEG es que no permite definir fondos transparentes ni permite la inclusión de imágenes animadas. • Existen nuevos formatos como PNG, SVG, etc. que ayudan a mejorar la relación de las imágenes.
Formatos de Imágenes con Comprensión • PNG (Portable Network Graphics) es un formato especialmente diseñado para la Web, el cual permite entre otras cosas diversos grados de transparencia en las imágenes. • Permite definir una paleta de colores, por sus características se pretende ubicar este formato como una mezcla del formato GIF y JPEG.
Formatos de Imagen con Comprensión • PNG permite entrelazar imágenes aunque no permite mostrar animaciones.
JPEG 6,565 bytes 24 bits
GIF 25,522 bytes 256 colores
PNG 52,361 bytes 24 bits
Formatos de Imágenes con Compresión • En imágenes existen dos formatos básicos de imágenes raw (crudos) como los que se han definido en esta presentación y vectoriales (que en lugar de basarse en puntos, se basan en líneas y polígonos). • Para representar imágenes conviene más el formato PNG.
vectoriales
Formatos de Imágenes con Comprensión
JPEG
GIF
PNG
• Para representar imágenes sencillas conviene el formato GIF, mientras que para fotos el mejor formato es JPEG
Formatos de Imágenes con Comprensión • El formato SVG (Scalable Vector Grpahics) es un formato basado en XML (texto plano) que sirve para representar imágenes en la Web en formato vectorial, se recomienda su uso para sitios Web debido a que en muchos casos el tamaño de las imágenes se ve reducido de manera significativa
Formatos de Im谩genes con Compresi贸n <?xml version="1.0"?> <!DOCTYPE svg PUBLIC "-//W3C//DTD SVG 1.1//EN" "http://www.w3.org/Graphics/SVG/1.1/DTD/svg11.dtd"> <svg xmlns="http://www.w3.org/2000/svg" width="467" height="462"> <rect x="80" y="60" width="250" height="250" rx="20" style="fill:#ff0000; stroke:#000000; stroke-width:2px;" /> <rect x="140" y="120" width="250" height="250" rx="40" style="fill:#0000ff; stroke:#000000; stroke-width:2px; fillopacity:0.7;" /> </svg>
1.6 Formatos para video. • Los formatos de video necesitan de mayor grado de compresión que las imágenes. • El estándar más utilizado es el MPEG (Motion Picture Expert Group), el cual utiliza el mismo algoritmo que JPEG pero aplicado a la imagen anterior. • MPEG-1 es utilizado para Video CD.
Formatos de video • MPEG-2 se utiliza para DVD dado que tiene una calidad comparada a la de TV y HDTV. Requiere anchos de banda de 4 a 15 Mbps. • Existen otros formatos para representar animaciones: Flash, shockwave, y algunos objetos en tecnologías como Applets de Java y ActiveX.
1.7 Formatos para sonido. • Existen muchos formatos para representar sonidos siendo el más popular el formato MP3. • Los formatos de sonido existen con y sin compresión como en el caso de las imágenes. • Los formatos de sonido generalmente en CD se manejan en formato WAV (Wave) onda consumiendo mucho espacio.
Formatos para Sonido • El formato MIDI permite representar el sonido instrumental de una canción con formato muy básico por lo que se ahorra mucho espacio. • El formato MP3 tiene una relación de compresión de 12:1. El formato se ha hecho muy popular que en está década es la forma estándar de escuchar música. Existe reproducción en vivo de tal forma que se puede realizar “podcasting” de cierto contenido
1.8 Formatos para multimedia. • Los formatos para multimedia son muy diversos debido a que se cuenta con diferentes posibilidades. • La combinación de dos o más medios para transmitir un mensaje recibe el nombre de multimedia. Formatos como Flash, QuickTime, RealPlayer, etc. se consideran formatos multimedia.
Formatos Multimedia • Los gráficos en 3D son considerados formatos multimedia. Se utilizan actualmente con mayor auge en el desarrollo de videojuegos. • Existen 2 APIs principales para el manejo de multimedia en Windows: DirectX de Microsoft y OpenGL de SGI (Silicon Grapics).
Formatos Multimedia • DirectX está formado por: – Direct3D (gráficos 3D y en Tiempo Real) – DirectDraw (gráficos 2D) – DirectSound (reproducción de música) – DirectPlay (conectividad multicomputadora) – DirectInput (control de E/S)
• OpenGL utilizada en un principio en sistemas Unix y en CAD (Diseño Asistido por Computadora) ampliamente utilizada en Videojuegos.
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