16.2. Métodos de gráfica digital

Son básicamente tres los métodos utilizados en microcomputadores para generar y manipular gráficos:
  • gráficos por bloques
  • gráficos por líneas (vectoriales)
  • gráficos por pixeles (bit maps)
En todos los casos, se exhibe la imagen en una pantalla que es un tubo catódico en que un rayo luminoso activa puntos sensibles de la superficie de la pantalla, como ocurre en un televisor, aunque el orden en que se iluminan estos puntos puede variar, según la técnica utilizada. La principal diferencia entre los tres métodos aludidos reside en el tamaño del más pequeño conjunto de puntos de pantalla al cual el programador puede acceder.


La gráfica por bloques
En los primeros microcomputadores caseros, la pantalla se dividía en "bloques", cada bloque sirviendo para exhibir sea una letra, cifra o signo (del teclado normal, igual a una máquina de escribir). Pero, al mismo tiempo, apretando una tecla especial (como se hace para las mayúsculas), tembién era posible generar pequeñas configuraciones gráficas, por lo cual era posible "tipear un dibujo" rudimentario. Ese fue el sistema utilizado por el muy pequeño Sinclair ZX-81 (que medía menos de 20 cm de ancho y un par de cm de alto, y tenía 1Kb de RAM).
En la imagen adjunta se pueden observar algunos de estos caracteres gráficos.
.
.

Con este sistema (que solo se utilizó en blanco y negro), era posible construir ilustraciones bastante detalladas, aunque el efecto de dientes de sierra en las diagonales era siempre muy notorio. Un ejemplo típico aunque simple es el juego de backgammon que se ilustra aquí.

En un microcomputador como el Commodore-PET, la pantalla tenía una resolución de 320x200 puntos, pero cada bloque ocupaba 8x8 puntos, con lo cual se disponía de 25 líneas de 40 caracteres (bloques), lo cual reducía la resolución manipulable a 40x25 (aunque los bloques gráficos no ocupaban los 8x8 puntos sino bordes, líneas transversales o cuadros de 4x4 puntos, como se puede ver en el teclado del ZX-81, lo cual eleva la resolución visual).

La gráfica por líneas o "vectores"
Los microcomputadores de la siguiente generación (como los Apple II y Atari) incluyeron la posibilidad de crear gráficos trazando líneas, método que fue incluído en el lenguaje BASIC que los aficionados de la época podían utilizar para crear sus propios programas. Así, existían comandos como DRAW, MOVE y PLOT que permitían desplazar una punta trazadora, tirando -en la pantalla- una línea (recta) desde un punto de partida hasta una posición dada. Esto permite dibujos muy refinados aunque, en un principio, solo eran filiformes (sin relleno) y era necesario conocer las coordenadas de todos los puntos que formaban el dibujo. Posteriormente se desarroló la técnica que permitió "rellenar" los contornos en forma automática. (Dibujo adjunto generado por el autor en un Apple II)

También se ha ido refinando la manera de describir los contornos, pasando de formas geométricas simples a formas muy complejas gracias al sistema definido por Bézier (Ver ejemplo de figura Bezier, hecha con Freehand. Se pueden observar los puntos de curvatura y las + que son manipuladores que permiten cambiar la curvatura de la línea asociada a ese punto.).

La gráfica vectorial ha jugado un papel importante en el desarrollo inicial de los videojuegos y sigue teniendo un rol importante en el diseño gráfico (FreeHand e Illustrator) y en el diseño industrial (CAD).

La gráfica de puntos
La gráfica de puntos, también llamada de "mapas de bits" o "rasterizada", corresponde al manejo secuencial de todos los puntos luminosos de la pantalla (pixeles). La secuencia de exhibición (y de conservación de la imagen) sigue el movimiento normal del rayo catódico al "refrescar" la pantalla (línea horizontal por línea horizontal = rastering). Y también siguen este procedimientos los escáners para capturar una imagen.

Este sistema es aún similar al sistema de bloques para la generación de los caracteres de escritura y se pueden utilizar múltiples "fuentes" tipográficas con pequeños dibujos ("dingbats"), aunque resulta muy difícil "tipear" una ilustración mayor con un procesador de texto.

De hecho, en un primer momento, los juegos utilizaron bloques de gráfica de puntos (los "sprites") para caracterizar sus personajes u objetos móviles (como el "glotón" del Pacman), combinados con una gráfica vectorial.

Aquí, el tamaño de la pantalla influye en el tamaño de la imagen que se puede exhibir más que en la resolución o calidad de la misma. Obviamente, si hay más puntos por pulgada de ancho, habrá mayor resolución (y la imagen se verá más chica), pero las aplicaciones comunes de gráfica ya no toman en cuenta las (pocas) alternativas que existen en este campo, siendo más importantes las dimensiones de memoria disponible.

Lo que juega un papel fundamental en la calidad de la imagen es el tamaño de la "palabra" que cabe en la memoria interna de procesador: sea 8 bits, 16 bits, o más. Con 8 bits se pueden manejar imágenes de 256 colores, con 16 bits "miles de colores" y con más, "millones de colores". El ojo humano estará totalmente satisfecho con 16 bits y miles de colores. Procesadores con una mayor capacidad se justifican más bien para el manejo más eficiente de animaciones, es decir por un asunto de velocidad para "refrescar" la pantalla, con transiciones más suaves.

El segundo componente de memoria importante es la capacidad de memoria RAM disponible para la imagen ("RAM de video"), sea en la RAM general del equipo sea en una tarjeta de video especial (que, en este caso, también trae generalmente un procesador especial, que acelera la construcción y los cambios de imágenes). De la RAM disponible depende el tamaño de las imágenes que podemos ver y también su velocidad de exhibición: si puede contener más de una, será más fácil y rápido ver animaciones o videos, aunque esto, como lo acabamos de señalar, también dependerá de la capacidad del procesador (principal o de la tarjeta de video) y de su velocidad de trabajo (señalada en "hertz").

Veremos más detalles sobre el desarrollo de los juegos de computador en el nº 16.4 y su importante aporte al desarrollo de la gráfica digital.


Fuente:
Marshall, G.: "Programmez vos graphiques sur micro-ordinateur", Ed.Organisation, Paris, 1984.

16. La gráfica digital

16.1. Introducción

La primera "imagen" producida en una pantalla a partir de un computador ha sido la que corresponde al sistema de defensa aérea SAGE de los Estados Unidos, que operó entre 1949 y 1958. Un radar seguía la trayectoria de los aviones, mientras el computador analizaba los resultados y mostraba la posición del avión en un monitor.


La gráfica requiere ingentes cantidades de memoria y velocidad de proceso, por lo cual quedó limitada, durante muchos años, a computadores de alto poder y costo y a tareas que sólo algunas industrias podían financiar. La "visualización industrial" es el origen de los sistemas de diseño por computador o "CAD" (computer-aided design) que, además, permitían dirigir los procesos de fabricación correspondientes ("CAM": computer-aided manufacturing). Los sistemas CAD-CAM son los que han tenido el mayor crecimiento en los últimos 20 años.El CAD ha pasado rápidamente del diseño estrictamente industrial al diseño arquitectónico y es muy usado hoy por los arquitectos. De modo parecido se han desarrollado aplicaciones especializadas para la confección de mapas geográficos y el modelamiento molecular.


Los computadores reemplazaron el dibujo sobre transparencias en la animación cinematográfica (como en "ToyStory", al lado), la que se está dividiendo en dos corrientes: la de los dibujos animados (2D) y la de la realidad virtual (3D), gracias al desarrollo de diversas aplicaciones de diseño tridimensional hoy familiares para los diseñadores gráficos.
Con el aumento de velocidad de los procesadores, el abaratamiento y el aumento de capacidad de los chips de memoria, el procesamiento gráfico ha podido llegar a los equipos de escritorio e incluso a microsistemas orientados exclusivamente al juego ("playstations").

Películas como la serie sobre "La Guerra de las Galaxias" incluyen numerosos ambientes artificiales y efectos especialesproducto de la gráfica digital. Algunas incluso -como "Tron" y "Toy Story"- son casi integralmente productos de la computación, mientras otras -como "El Hombre del Jardín" o "Matrix"- ilustran las nuevas posibilidades de creación computacional de mundos reales o irreales, o la mezcla de ambos.
"Tron" ha sido la primera película en combinar personajes humanos con realidad virtual, en 1982 (foto de la izquierda).

"Toy Story", primera película de dibujos animados totalmente tridimensionales ha sido creada, años más tarde, por sólo 27 dibujantes, utilizando 70 computadores Indigo 2 Extreme de Silicon Graphics para la modelación, animación, iluminación y composición, más servidores Silicon Graphics Challenge para almacenar los datos y 117 estaciones SparcStation 20 de Sun Microsystems para el "rendering" (generar el aspecto final, una vez definidos todos los trazados).


Pero la gráfica tridimensional (3D) progresa velozmente y, hoy, el realismo es tal que se hace en algunos casos imposible distinguir la verdad de la ficción virtual. En "Titanic", muchos "extras" fueron virtuales y, trás la muerte de Brandon Lee durante la filmación de "El Cuervo", fue reemplazado por un "doble" virtual para terminar la película.Lo mejor de lo producido hasta mediados del 2001, ha sido sin duda "Fantasía Final", donde "actúa" la modelo virtual Aki Ross (foto al lado).



Weta Digital, el estudio que está detrás de los asombrosos efectos de la película "El señor de los Anillos", tuvo que crear numerosos personajes virtuales para "Las dos torres", como Gollum y muchos otros. Esto no habría sido posible sin aplicaciones de alto nivel, entre las que se incluyen Maya de Alias Wavefront, Shake de Apple y RenderMap y Alfred de Pixar, software que distribuye las tareas de producción entre cientos de procesadores que trabajan con el sistema operativo Linux.


Lo más avanzado, (desde julio 2003), es lo que ofrece el último chip diseñado por nVidia, que permite representar con mayor aspecto de realidad a seres humanos con todos aquellos pequeños detalles que los caracterizan. "Normalmente, cuánto más te acercas a un carácter en tiempo real, la calidad de la imagen empeora.
Pero cuánto más te acercas a Aurora, mejor se ve ella. Así, si se mira su piel, ella tiene lunares, si se mira a sus ojos, ella tiene retina, una córnea y vasos capilares.", dijo Andrew Humbar, de nVidia. Aurora el hada que nVidia creó para demostrar las nuevas posibilidades de su nueva tarjeta de video (imágenes al lado; pinche en la segunda para ver los detalles).
Otro tipo de trabajo puede observarse en la trilogía "Matrix".

En 1987, la Fundación Nacional de Ciencias (NSF) de los Estados Unidos publicó un informe subrayando la importancia estratégica -para la ciencia- del desarrollo de medios de visualización de datos. Desde entonces se han ido creando múltiples aplicaciones que permiten explorar conjuntos de datos de diferentes tipos y magnitudes y obtener de ellos, gracias a la imagen, nuevos conocimientos de enorme valor. Es lo que, desde entonces, se ha llamado la "visualización científica" (Se abordará más adelante).

15.7. Era moderna

(15. Imagen y ciencia)

Enciclopedia

La "Enciclopedia" francesa de d'Alembert dedicó once de sus 25 tomos a ilustraciones de los conocimientos de la época (1751-1772).
.
.
.
.
.


Geometría

Primer libro dedicado a la geometría descriptiva, fundamento del diseño ingenieril que resultó vital para la revolución industrial. Se debe a Gaspard Monge, matemático francés. (1795).


Historia

La explicación de procesos históricos recurre frecuentemente a "líneas de desarrollo temporal". Rara vez se encuentran graficaciones tan sugestivas como la combinación de SEIS variables que logró el ingeniero de caminos francés Charles Joseph Minard (1781-1870) en su representación de la Campaña de Rusia de Napoleón. Las variables son: el tamaño del ejército (grosor de la ínea) la localización del mismo en el mapa (2 variables espaciales) la fecha o "línea de tiempo" (sistema adoptado por el químico inglés Joseph Priestley en 1765, a partir de una publicación francesa anterior que él señala pero que no pudo ser ubicada), la dirección del movimiento (color café a la ida, negro para la vuelta), temperatura ambiente, en la fase de retirada (gráfico de fiebre en la parte baja) .
De este modo se observa claramente el terrible desastre producido una vez llegado en las cercanías de Moscú y la poderosa influencia del "General Invierno" en la derrota. (Edward Tufte, The Visual Display of Quantitative Information, Cheshire (Conn), Graphics Press, 1983, p. 41.

Estadigrafía
El economista política inglés William Playfair es sin duda el padre de la estadigrafía moderna. Se le debe el primer diagrama "de torta" (en su obra "Statistical Account of the United States of America", en 1805).
.
.
.
.
.
Del mismo modo, se le debe el desarrollo del método requerido para graficar la evolución de una variable en el tiempo o modelo en "diente de sierra", como en su obra "Commerical and Political Atlas" de 1786.
.
.
.
.



En esa misma obra encontramos diagramas de barras (histogramas). Aunque no es el inventor (se pueden encontrar ejemplos a partir de 1350), es quién desarrolló la técnica y forma de presentación más completa y precisa conocida hasta esa fecha.




George Mulhall es, por su parte, el inventor de la "estadística pictórica" o sea del uso de pictogramas de tamaño variable para representar valores estadísticos, uno de los componentes que volveremos a encontrar en la infografía de fines del siglo XX. Sus obras son "History of Prices Since the Year 1850" (1885) y "The Dictionary of Statistics" (1892). Aquí, la producción de alimentos en diversos países.

15.6. El Renacimiento

(15. Imagen y ciencia)

Anatomía




Dibujos anatómicos de Leonardo da Vinci
.
.
.
.

Mecánica

Inventos mecánicos de Leonardo da Vinci



Astronomía
Aquí las Tablas Astronómicas de Sebastián Münster - Heidelberg, 1522 . Los primeros mapas celestes dignos de este nombre serían el conjunto llamado "Uranometira", que confeccionó el astrónomo aficionado bávaro Johann Beyer en 1603, a partir de las observaciones del danés Tycho Brahe.


Registro automático

Primera máquina -concebida por el arquitecto inglés Christopher Wren- para registrar automáticamente datos en forma gráfica: "el reloj del tiempo" que usaba una aguja para dibujar los cambios de temperatura en un tambor giratorio (1664).

15.5. Meso y Sudamérica precolombinas

(15. Imagen y ciencia)

Las ilustraciones que se pueden considerar científicas son escasas en este continente aunque la "historia visual" de nuestra región empieza unos 3.000 años antes de Cristo con la alfarería y el tallado en piedra de la cultura Valdivia del norte de Ecuador.

Astronomía


Heredero de los mayas es el calendario azteca (Museo Nacional de Antropología de México).






Códice Laud, libro de 46 páginas, doblado en forma de biombo y pintado sobre una larga tira de piel de venado, que se ha de leer de derecha a izquierda. En el se encuentra pintada la cuenta de los días (con glifos al pie de cada página), de acuerdo al sistema mixteca. Contiene una serie de escenas rituales. Se estima originario de la zona de Tizatlán -por sus similitudes con los frescos de los templos de este lugar (zona del Golfo de México) y probablemente del siglo XIV. Es el mejor conservado de un grupo llamado "Códices Borgia", en que también hay códices que registran hechos históricos y geográficos.