Formatos gráficos de almacenamiento

El almacenamiento de los datos que componen una imagen digital en un archivo binario puede realizarse utilizando diferentes formatos gráficos, cada uno de los cuales ofrece diferentes posibilidades con respecto a la resolución de la imagen, la gama de colores, la compatibilidad, la rapidez de carga, etc.

La finalidad última de un formato gráfico es almacenar una imagen buscando un equilibrio adecuado entre calidad, peso final del fichero y compatibilidad entre plataformas. Para ello, cada formato se basa en una o más técnicas diferentes, que pueden incluir codificación especial, métodos de compresión, métodos de dithering, etc.

Generalmente, todo fichero gráfico comienza con una cabecera (header) de estructura variable, que indica al programa que lo solicite las características de la imagen que almacena (tipo, tamaño, resolución, modo de color, profundidad de color, número de colores de la paleta si la hay, etc).

A continuación se encuentran los datos propios de la imagen, generalmente comprimidos con un algoritmo específico de ese formato, que contienen información sobre el color de cada píxel de la imagen (mapas de bits) o una tabla con las características propias de cada objeto (gráficos vectoriales). En caso de usarse una paleta de colores, la información sobre dicha paleta también deberá estar contenida en el fichero.

La imagen puede estar formada por un número diferente de píxeles, dependiendo de su tamaño y resolución, y tener más o menos colores. En función del número de píxeles y del número de colores la imagen tendrá más o menos calidad, pero cuanto más calidad tenga, más ocupará el fichero necesario para almacenarla. En el caso de los gráficos vectoriales no se definen píxeles individuales, dependiendo la calidad y el peso final del formato concreto en que se almacenen.



Los ficheros gráficos de mapas de bits contienen pues una cabecera, los datos de los píxeles (generalmente comprimidos) y la paleta de colores (salvo si se usan 24 bits por píxel, caso en el que no es necesaria ninguna paleta). Los ficheros vectoriales, una cabecera y una tabla con las características de cada vector componente del gráfico.

Por otra parte, con el paso del tiempo los ficheros gráficos almacenados en nuestro equipo se hacen cada vez más numerosos, haciéndose necesaria una estrategia de gestión de los mismos para conseguir establecer un cierto orden que nos permita saber en todo momento cuántos ficheros tenemos, de qué clase y qué tipo de información contiene cada uno de ellos.

Aplicaciones

Aplicaciones de Graficación por Computadora.

Diseño Asistido por Computadora

El método de diseño asistido por computadora, conocido por lo general como CAD (computer assisted design), ahora se utilizan de forma rutinaria en el diseño de construcciones, automóviles, aeronaves, embarcaciones, naves espaciales, computadoras, telas y muchos productos. En el caso de algunas aplicaciones de diseño, los objetos se despliegan primero en forma de armazón mostrando la forma general y sus características internas. Los despliegues del armazón permiten ver a los diseñadores con rapidez los efectos de ajustes interactivos para diseñar formas. Regularmente, los paquetes de software de aplicaciones de CAD ofrecen al diseñador un entorno con ventanas múltiples; estas diversas ventanas desplegables muestran secciones amplificadas de vistas de diferentes objetos. Los circuitos y las redes para comuncaciones, abastacemientos de agua y otros servicios públicos se construyen a través de la colocación repetida de algunas formas gráficas. Las formas usadas en un diseño representan los diversos componentes del circuito o de la red. Con el paquete de diseño se ofrecen formas estándar para circuitos eléctricos, electrónicos y lógicos. Para otras aplicaciones, un diseñador puede crear símbolos personalizados empleados necesariamente para construir la red o el circuito. Así, se diseña el sistema colocando sucesivamente los componentes en el esquema, con el paquete de gráficas ofreciendo de manera automática las conexiones entre los componentes.

Las animaciones en tiempo real que emplean despliegues de armazones en un monitor de video son útiles para probar el comportamiento de un vehículo o un sistema. Cuando no desplegamos objetos con superficies presentadas, pueden realizarse con rapidez los cálculos correspondientes a cada segmento de la animación para así crear un movimiento suave de tiempo real en la pantalla.
Cuando los diseños de objetos están completos o casi completos, se aplican modelos de iluminación realista y presentaciones de superficies para producir despliegues mostrando la apariencia del producto final. También se crean despliegues realistas para la publicidad de automóviles y otros vehículos mediante efectos especiales de iluminación y escenas de fondo. El proceso de manufactura también se asocia con la descripción por computadora de objetos diseñados para automatizar la construcción del producto. Por ejemplo, se puede convertir el esquema de un tablero de circuitos en una descripción de los procesos individuales necesarios para elaborar el esquema. Algunas partes mecánicas se frabican por medio de la descripción de cómo se deben formar las superficies con herramientas. Luego, se ajustan las herramientas controladas de manera numérica para fabricar la parte de acuerdo con estos planos de construcción. Los arquitectos utilizan métodos gráficos interactivos para proyectar plantas arquitectónicas donde se muestra la disposición de habitaciones, ventanas, escaleras, anaqueles, barras de cocina y otras características de la construcción. A partir del displiegue del plano de una construcción en un monitor de video, un diseñador eléctrico puede experimentar con instalaciones para cableado, conexiones eléctricas y sistemas de alarma de incendios. Del mismo modo, aplicando paquetes para el esquema de instalaciones se determina la utilización del espacio en una oficina o en una planta de fabricación. Despliegues realistas de diseños arquitectónicos permiten a los arquitectos y a sus clientes estudiar la apariencia de una construcción particular o de un grupo de ellas, como un campus universitario o un complejo industrial. Con los sistemas de realidad virtual, los diseñadores pueden simular un "recorrido" por las habitaciones o alrededor de construcciones para apreciar mejor el efecto general de un diseño particular. Además de presentar despliegues de fachadas realistas, los paquetes de CAD para arquitectura ofrecen medios para experimentar con planos interiores tridimensionales y la uliminación. Muchas otras clases de sistemas y productos se diseñan usando ya sea paquetes de CAD generales o software de CAD desarrollado en forma especial.

Arte por Computadora

Los métodos de gráficas por computadora se utilizan en forma generalizada tanto en aplicaciones de bellas artes como en aplicaciones de arte comercial. Los artistas utilizan una variedad de métodos computacionales, incluyendo hardware para propósitos especiales, programas artísticos de brocha de pintar del artista (como Lumena), otros paquetes de pintura (como PixelPaint y SuperPaint), software desarrollado de manera especial, paquetes de matemática simbólica (como Mathematica), paquetes de CAD, software de edición electrónica de publicaciones y paquetes de animaciones que proporcionan los medios para diseñar formas de objetos y especificar movimientos de objetos. La idea básica del programa paintbrush (brocha de pintar) permite a los artistas "pintar" imágenes en la pantalla de un monitor de video. En realidad, la imagen se pinta por lo general de manera electrónica en una tableta de gráficas (digitalizador) utilizando un estilete, el cual puede simular diferentes trazos, anchuras de la brocha y colores. Los creadores de bellas artes emplean diversas tecnologías de computación para producir imágenes. Con el propósito de crear pinturas el artista utiliza una combinación de paquetes de modelado tridimensional, diagramación de la textura, programas de dibujo y software de CAD. En un ejemplo de "arte metamático" un artista utilizó una combinación de funciones matemáticas, procedimientos fractales, software de Mathematica, impresoras de chorro de tinta y otros sistemas con el fin de crear una variedad de formas tridimensiona-les y bidimensionales, al igual que pares de imágenes estereoscópicas. Otro ejemplo arte electrónico creado a partir de relaciones matemáticas es la obra de un compositor que está diseñada en relación con las variaciones de la frecuencia y otros parámetros en una composición musical para producir un video el cual integra patrones visuales y auditivos. También se aplican estos métodos en el arte comercial para crear logotipos y otros diseños, distribuciones de página que combinan texto y gráficas, anuncios publicitarios por televisión y otras áreas. Para muchas aplicaciones de arte comercial (y películas, al igual que otras aplicaciones), se emplean técnicas fotorrealistas para presentar imágenes de un producto.

Entretenimiento

Es muy común utilizar métodos de gráficas por computadora para producir películas, videos musicales y programas de televisión. En ocasiones, se despliegan sólo imágenes gráficas y otras veces, se combinan los objetos con los actores y escenas en vivo. Por ejemplo, en una escena gráfica creada para la película Start Treck - The Wrath of Khan, se dibujan en forma de armazón el planeta y la nave espacial y se sonbrean con métodos de presentación para producir superficies sólidas. Al igual que pueden aparecer personas en forma de armazón combinadas con actores y una escena en vivo. Los videos musicales aprovechan las gráficas de muchas maneras, se pueden combinar objetos gráficos con acción en vivo, o se pueden utilizar técnicas de procesamiento de imágenes para producir una transformación de una persona o un objeto en otro (morphing).
Una compilación de datos contiene valores escalares, vectores, tensores de orden superior o cualquier combinación de estos tipos de datos. Y los conjuntos de datos pueden ser bidimensionales o tridimensionales. La codificación de colores es sólo una manera de visualizar un conjunto de datos. Las técnicas adicionales incluyen trazos, gráficas y diagramas de contorno, presentaciones de superficie y visualización de interiores de volumen. Además, se combinan técnicas de procesamiento de imágenes con gráficas por computadora para crear muchas de las visualizaciones de datos. Las comunidades de matemáticos, científicos físicos y otros utilizan técnicas visuales para analizar funciones matemáticas y procesos o sólo con el propósito de crear representaciones gráficas interesantes.

Procesamiento de Imágenes

A pesar de que los métodos empleados en las gráficas por computadora y en el procesamiento de imágenes se traslapan, las dos áreas realizan, en forma fundamental operaciones distintas. En las gráficas por computadora, se utiliza una computadora para crear una imagen. Por otro lado, en el procesamiento de imágenes se aplican técnicas para modificar o interpretar imágenes existentes, como fotografías y rastreos de televisión. Las dos aplicaciones principales del procesamiento de imágenes son (1) el mejoramiento de la calidad de la imagen y (2) la percepción de la máquina de información visual, como se utiliza en la robótica. Para aplicar los métodos de procesamiento de imágenes, primero digitalizamos una fotografía u otra imagen en un archivo de imagen. Entonces, se pueden aplicar métodos digitales para reordenar partes de imágenes, para mejorar separaciones de colores o para aumentar la calidad del sombreado. Estas técnicas se utilizan en gran medida en aplicaciones de arte comercial que implican el retoque y el reorden de secciones de fotografías y otras obras de arte. Se emplean métodos similares para analizar fotografías de la Tierra por satélite y fotografías de galaxias. Las aplicaciones médicas también hacen uso importante de estas técnicas de procesamiento de imágenes para mejorar fotografías, en tomografías y simulacros de operaciones. La tomografía es una técnica de fotografía por rayos X la cual permite el despliegue de vistas transversales de sistemas fisiológicos. Tanto la tomografía computarizada (CT; computed tomography) por rayos X, como la tomografía de emisión de posición (PET; position emission tomography) utilizan métodos de proyección para reconstruir secciones transversa-les a partir de datos digitales. Estas técnicas son empleadas para supervisar funciones internas y mostrar secciones transversales durante una cirugía. Otras técnicas de proyección de imágenes médicas incluyen rastreadores ultrasónicos y nucleares. Con el ultrasonido, se utilizan ondas sonoras de alta frecuencia, en vez de rayos X, para generar datos digitales. Los rastreadores para medicina nuclear recopilan datos digitales de la radiación que emiten radionúclidos ingeridos y trazan imágenes con codificación de colores. Por lo general, el procesamiento de imágenes y las gráficas por computadora se combinan en muchas aplicaciones. Por ejemplo, en medicina se utilizan estas técnicas para modelar y estudiar funciones físicas, para diseñar miembros artificiales, así como planear y practicar cirugías. Esta última aplicación se conoce, por lo general, cirugía asistida por computadora. Se obtienen secciones transversales bidimensionales del cuerpo a través de la utilización de técnicas de proyección de imágenes. Luego se ven y manipulan los cortes utilizando métodos gráficos para simular procedimientos quirúrgicos reales y experimentar con diversas incisiones quirúrgicas.

Interfaces Gráficas por Usuario

Es común que los paquetes de software ofrezcan una interfaz gráfica. Un componente importante de una interfaz gráfica es un administrador de ventanas que hace posible que un usuario despliegue áreas con ventanas múltiples. Cada ventana puede contener un proceso distinto que a su vez puede contener despliegues gráficos y no gráficos. Para activar una ventana en particular, sólo hacemos clic en esa ventana utilizando un dispo-sitivo de pulsar interactivo. Las interfaces también despliegan menúes e iconos para permitir una selección rápida de las opciones de procesamiento o de valores de parámetros. Un icono es un símbolo gráfico diseñado para semejarse a la opción de procesamiento que representa. La ventaja de los iconos es que ocupan menos espacio en la pantalla que las descripciones textuales corres-pondientes y que se pueden entender con mayor rapidez si están bien diseñados. Los menúes contienen listas de descripciones textuales e iconos.

Otras herramientas para la Graficación
MONITORES CRT DE COLOR

Un monitor CRT despliega imágenes a color utilizando una combinación de fósforos que emiten luz con colores distintos. Las dos técnicas básicas para producir despliegues a color con un CRT son el método de penetración de haz y el método de máscara de sombra. El método de penetración de haz para desplegar imágenes a color se utiliza con monitores de trazado aleatorio. Se recubren dos capas de fósforo, por lo general rojo y azul, en el interior de la pantalla del CRT y el color que se despliega depende de cuánto penetra el haz de electrones en las capas de fósforo. Un haz de electrones lento solo excita la capa roja exterior. La velocidad de los electrones y, pro tanto, el color de la pantalla en cualquier punto, se controla mediante el voltaje de aceleración del haz. Los métodos de máscara de sombra se utilizan, de manera regular en sistemas de barrido por rastreo.Un CRT de máscara de sombra se utiliza tiene tres puntos de color de fósoforo en cada posición de pixel. Un punto de fósforo emite una luz roja, otro emite una luz verde y el tercero emite una luz azul. Este tipo de CRT tiene tres cañones de electrones, uno para cada punto de color, y una rejilla de máscara de sombra justo atrás de la pantalla con recubrimiento de fósforo. Los puntos de fósforo de los triangulos se ordenan de modoque cada haz de electrones pueda activar sólo su punto de color correspondiente cuando pasa a través de la máscara de sombra. El obtener variaciones de color en un CRT de máscara de sombra al variar los niveles de intensidad de los tres haces de electrones. Los monitores compuestos son adaptaciones de televisores que permiten el libramiento de la circuitería de transmisión. Estos dispositivos de despliegue también requiere que se combine la información de la imagen, pero no se necesita ninguna señal portadora. Los CRT de colores en sistemas gráficos están diseñados como monitores RGB. Estos monitores utilizan métodos de máscara de sombra y toman el nivel de intensidad para cada cañón de electrones (roja verde y azul) directamente del sistema de computación sin ningún procesamiento intermedio. Un sistema de color RGB con 24 bits se conoce, por lo regular, como un sistema de color total o un sistema de color real.


DESPLIEGUES DE PANEL PLANO

A pesar de que la mayor parte de los monitores gráficos todavía se construyen con CRT, están surgiendo otras tecnologías que pornto pueden sustituir a los monitores CRT. El término despliegue de panel plano se refiere a una clase de dispositivo que tiene pocos requerimientos de volumen, peso y energía en comparación con un CRT. Son mas delgados y se pueden colgar en una pared o utilizarlos en una muñeca.
Actualmente el despliegue de panel plano incluyen pequeños monitores de televición, calculadoras juegos de video de bolsillo, computadoras (laptop, portatiles) asi como exhibición de películas en el brazo del asiento de los pasajeros en los aviones, etc.
Estos se dividen en dos categorías:

Despliegues emisivos

Despliegues no emisivos.

Los despliegues emisivos son dispositivos que convierten la energía eléctrica en luz. Los paneles de plasma, los despliegues electroluminiscentes en película delgada y los diodos de emisión de luz, también se diseñan CRT planos, en los cuales, los haces de electrones se aceleran en sentido paralelo a la pantalla y luego se desvían a 90 grados.
Los despliegues no emisivos utilizan efectos ópticos para convertir luz solar o luz de alguna otra fuente en patrones gráficos. El ejemplo más importante de un despliegue en panel plano no emisivo es un dispositivo de cristal líquido.
Los paneles de plasma, que se conocen también como despliegues de descargas de gas, se construyen mediante el llenado de la zona entre dos placas de cristal con una mezcla de gases que por lo regular, incluye neón. Aquí la definición de la imagen se almacena en un buffer de retrazado y los voltajes de carga se aplican para refrescar las posiciones del pixel. Los despliegues electroluminiscentes de película delgada son similares a un panel de plasma. La diferencia es que entre las placas de cristal se llena con un fósforo, como sulfuro de zinc compuesto con manganeso, en lugar de un gas . Un tercer tipo de dispositivo emisivo es el diodo de emision de luz LED . Se ordena una matriz de diodos para formar las posiciones de pixel en la pantalla y la definición de la imagen se almacena en un buffer.
Los despliegues de cristal liquido (LCD) se utilizan, por lo regular, en sistemas pequeños, como calculadoras y computadoras portátiles. Estos dispositivos no emisivos producen una imagen al pasar luz polarizada de su alrededor o de una fuente de luz interna a través de un material de cristal líquido que puede alinearse con cualquier bloque o transmitir la luz. En cuanto al termino de cristal líqudo se refiere en cuanto al hecho de que estos compuestos tienen una estructura molecular cristalina, aunque fluyen como un líquido.
En la calculador manual con pantalla LCD de la figura las definiciones de imágenes se alamcenan en un buffer de repaso y la pantalla se refresca con un índice de 60Hz. La luz de fondo también se aplica por lo regular mediante dispositivos electrónicos de estado sólido, a fin de que el sistema no dependa por completo de fuentes de luz exterior. Otro método para construir LCD consiste en colocar un transistor en cada posición de pixel, por medio de la tecnología de transistores de película delgada, a estos dispositivos se les denomina de despliegues de matriz activa.

DISPOSITIVO DE VISTA TRIDIMENSIONAL

Los monitores gráficos para desplegar escenas tridimensionales se diseñan utilizando una técnica que refleja una imagen de CRT de un espejo flexible vibrante. La figura muestra el sistema Genisco SpaceGraph que utiliza un espejo vibrante para proyectar objetos tridimensionales, también es capaz de desplegar "rebanadas" transversales bidimensionales de objetos seleccionados con diferentes profundidades.

MONITORES GRAFICOS Y ESTACIONES DE TRABAJO

La mayor parte de los monitores gráficos operan como despliegues de barrido con rastreador. Las estaciones de trabajo para graficas se pueden configurar con 8 a 24 bits por pixel, con resoluciones de pantalla superiores, procesadores más rápidos y otras opciones disponibles en los sistemas de alta capacidad, para aplicaciones como el control de trafico aéreo, simulacros , proyección de imágenes médicas y CAD. Este sistema tiene una dimesión diagonal de pantalla de 27 pulgadas, con resoluciones que oscilan entre 2048 por 1536 y 2560 por 2048 con indices de repaso de 80Hz o 60Hz en entrelazados. Un sistema con pantallas múltiples llamado Media Wall ofrece un area de despliegue "del tamaño de la pared". Esta diseñado para aplicaciones que requieren despliegues de área grande como en exposiciones comerciales, convenciones, tiendas de venta al menudeo, museos y terminales de pasajeros. Opera dividiendo imágenes en un número de secciones y distribuyendo las secciones en una matriz de monitores o proyectores que utilizan un adaptador para gráficas y unidades de control vía satélite. Una matriz de 5 por 5 monitores, cada uno con una resolución de 640 por 480, se puede utilizar en el Media Wall para proporcionar una resolución general de 3200 por 2400 ya sea para escenas estáticas o para animaciones. Las escenas se pueden desplegar detrás de los montantes, o se pueden eliminar los montantes para desplegar una imagen continua sin divisiones entre las diferentes secciones.


SOFTWARE DE GRAFICAS

Hay dos clasificaciones generales para el software
paquetes generales de programación

paquetes de aplicaciones especificas

Un paquete de programación ofrece un amplio conjunto de funciones gráficas que se pueden utilizar en un lenguaje de programación de alto nivel, como C o FORTRAN, además GL (Graphics Library en Silicon Graphics ) entre sus funciones esta : generar los componentes de la imagen (lineas, rectas, poligonos circunferencias y otras figuras) determinar valores de color e intensidad, seleccionar vistas y aplicar transformaciones.
Un paquete de aplicaciones esta diseñado para persona que no son programadores. La interfaz para las rutinas de gráficas de tales paquetespermite que los usuarios se comuniquen con los programas en sus propios términos. En cuanto a los paquetes que están diseñados para utilizarse con especificaciones de coordenadas cartesianas si los valores de las coordenadas de una imagen se especifican en alguna otra referencia (esférica, hiperbolica u otra) será necesario hacer una conversión. Los paquetes para propositos especiales puede permitir que se empleen otras estructuras de coordenadas que son apropiadas para la aplicación.

Organizaciones nacionales e internacionales de planeacion de estándares, desarrollan un estanda para gráficas por computadora. Es el desarrollo del sistema gráfico de kernel (GKS; Graphical Kernel System). La ISO (International Standards Organization "Organización Internacional de Estándares") incluyendo el American National Standards Institute (ANSI) adoptaron este sistema como el primer estándar de software de gráficas. Aunque, al principio el GKS se diseño como un paquete de gráficas bidimensionales posteriormente se desarrollo una extensión tridimensional. El segundo estándar que se aprobó fue el PHIGS (Programmer´s Hierarchical Interactive Graphics Standar) Estandar Jerárquico de Graficas Interactivas para el Programador. Las funciones gráficas estándar se definen como un conjunto de especificaciones, que es independiente de cualquier lenguaje de programación. Una vinculación del lenguaje se define entonces para un lenguaje particular de programación. En FORTRAN este procedimiento se implanta como una subrutina con el nombre GPL.

Reflexión sobre la Historia de la Graficación

Me parece que las graficas por computadora son importantes para la aplicación de algunas materias en las que se apoyan de la graficación.Y las computadoras son efectivas para mejorar la calidad de las imagenes que hoy en dia son herramientas útiles para la tecnologia.

Historia de la graficación

El uso adecuado y provechoso de la tecnología han hecho de la computadora una dispositivo
poderoso para producir imágenes en forma rápida y económica. Actualmente en todas las áreas es posible aplicar gráficas por compuadora con algún objetivo, por ello se ha generalizado la utilización de gráficas por computadora. De igual modo las gráficas por computadora se utilizan de manera rutinaria en diversas áreas, como en la ciencia, ingeniería, empresas, industria, gobierno, arte, entretenimiento, publicidad, educación, capacitación y presentaciones gráficas.

Las computadoras se han convertido en una herramienta poderosa para producir imágenes, interpretar información o mejorar la calidad de visualización de las mismas en forma rápida y económica. Debemos aclarar que los métodos que se utilizan en las gráficas por computadora y en procesamiento de imágenes tienen caracteristicas similares pero no son iguales es decir, las dos áreas realizan, en forma fundamental operaciones distintas

Procesamiento de Imágenes

Las mejoras en los métodos de procesamiento para las imágenes digitales transmitidas continuaron durante los siguientes 35 años; sin embargo el advenimiento de computadoras digitales de gran potencia y del programa espacial fue lo que puso de manifiesto el potencial de los conceptos de tratamiento digital de imágenes.

Las técnicas de procesamiento digital se emplean para resolver problemas diversos como en medicina los procedimientos informatizados realzan el contraste o codifican los niveles de intensidad en colores para facilitar la interpretación de las imágenes de rayos X y de otras imágenes biomédicas como es el caso de las tomografias. La tomografía es básicamente una colección de cortes planos transversales, cada uno de los cuales se obtiene por reconstrucción a partir de la medición de la radiación absorbida cuando se ilumina al cuerpo con un haz de rayos contenidos en ese plano, y desde varios ángulos alrededor del eje.

En la física las técnicas de ordenador realzan de forma rutinaria imágenes de experimentos en áreas como los plasmas de alta energía y la microscopía del electrón. De forma similar, los conceptos del tratamiento de imágenes se aplican con éxito en astronomía, biología, medicina nuclear, investigaciones judiciales, defensa y aplicaciones industriales. Los avances en la tecnología de la computación han hecho que las gráficas interactivas por computadora sean una herramienta practica, estas se utilizan en diversas áreas como la ciencia, la ingeniería, empresas, industria, gobierno, arte, entretenimiento, publicidad, educación, capacitación y presentaciones gráficas.
Como resultado del reconocimiento generalizado de la potencia y la utilidad de las gráficas por computadora hay una gran variedad de hardware y software para gráficas.