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Computación Gráfica(Algunos Fundamentos)

Universidad de los AndesDemián Gutierrez

Octubre 2011

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¿Qué es?

Es una rama de la ciencia de computación que estudia al conjunto de técnicas que permiten la

representación tridimensional* de los objetos de la vida real en el computador

*No solo de objetos tridimensionales, y no sólo de objetos de la vida real

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¿Qué es?

¿Que arquitecturas de hardware y software debo tener?

¿Cómo dibujo gráficos 2D?¿Líneas? ¿Curvas? ¿Polígonos? ¿Aliasing?

¿Cómo relleno un polígono?

¿Cómo represento y dibujo modelos 3D en dispositivos de despliegue 2D?

¿Cómo despliego modelos 3D que sean realistas?¿Iluminación? ¿Texturas? ¿Sombreado?

¿Suavizado?

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¿Aplicaciones?

Juegos de Computadora / Video (Weee!!!)

Aplicaciones Científicas

Aplicaciones y Software para Ingeniería

Arte (cine, entre otros)

Muchos más...

Educación y Entrenamiento

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¿Aplicaciones?

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¿Aplicaciones?

7

¿Aplicaciones?

8

¿Aplicaciones?

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¿Aplicaciones?

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Soporte Conceptual / Fundamentos

Geometría Descriptiva / Computacional

Trigonometría

Álgebra Matricial / Álgebra Lineal

Métodos de interpolación

Manejo de patrones de colores

Estructuras de Datos

Arquitectura de Computadores

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Componentes de un Sist. Gráfico

¿Cuál es la naturaleza de este

dispositivo?

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¿qué es un gráfico?

¿qué tipos de gráficos existen?

¿naturaleza de un gráfico?

13

¿Cómo se representa una imagen?

14

¿Cómo se representa una imagen?

Una imágen/gráfico se representa con

un conjunto de puntos donde cada

punto tiene un valor (color)

o una intensidad (por ejemplo, en el caso de escalas de

grises)

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¿Cómo se representa una imagen?

muchos millones(4.294.967.296)

de colores

muchos(65.536)colores

(256)colores

(4)colores

(8)colores

(16)colores

16

¿Cómo se representa una imagen?

de izquierda a derecha:2 tonos

16 tonos grises256 tonos grises

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¿Vectorial vs Raster?

Ra

ster

Vec

tor

18

¿Vectorial vs Raster?

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¿Vectorial vs Raster?¿Cómo dibujar?

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¿en qué dispositivosse despliegan los gráficos?

21

Tecnologías de Salida(cómo se dibuja una imágen)

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Tecnologías de Salida

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Tecnologías de Salida

LCD

Plasma

LED

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Tecnologías de Salida

Kindle iPad

aunque con esto no nos vamos a meter...

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¿algunas arquitecturas?

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Arquitecturas

Bus del Sistema

CPUMemoria

delSistema

Controladorde

Video

OtrosDispositivos

de E/S

OtrosDispositivos

de E/S

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Arquitecturas

Bus del Sistema

CPUControlador

deVideo

OtrosDispositivos

de E/S

Memoriadel

Sistema

FrameBuffer

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Arquitecturas

Bus del Sistema

CPU

Controladorde

Video

OtrosDispositivos

de E/S

Memoriadel

Sistema

Procesadorde

Video

Memoriadel

Procesadorde Video

FrameBuffer

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Arquitectura / Framebuffer

Controladorde

Video

FrameBuffer

0x00004001

0x00004002

0x00004000

0x00004003

...

valor pixel-1

valor pixel-3

valor pixel-2

valor pixel-4

...

0x0000FFFF valor pixel-n

memoria

p1

p2

p3

p1024

p1025

p1026

p1027

p2048

p2049

p2050

p2051

p3072

p---

p---

p---

pn

...

...

...

...

800

1024

30

¿Qué es?

El Frame Buffer en el fondo se puede ver como un “mapa de bits”

Controladorde

Video

FrameBuffer

¿mapa de bits?

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¿Cómo se representa una imagen?

(4)colores

(8)colores

(16)colores

RGB

|0000...|0000...|0000...|R G B

RGBA

|0000...|0000...|0000...|0000...|R G B A

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Arquitectura / Framebuffer

p1

p2

p3

p1024

p1025

p1026

p1027

p2048

p2049

p2050

p2051

p3072

p---

p---

p---

pn

...

...

...

...

800

1024

8 bits por pixel:256 colores

16 bits por pixel65536 colores

24 bits por pixel16 millones de colores

32 bits por pixel4.294.967.296 colores

Esto es más de lo que el ojo humano puede diferenciar

33

Arquitectura / Framebuffer

por ejemplo:

8 bits por pixel:

|00|000|000|R G B

¿Por qué hay más verde y azul que rojo?

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bien, pero...hasta ahora sólo hemoshablado de gráficos 2D...

¿qué sucede con el 3D?

¿cómo se definen gráficos 3D?¿cómo se representan en 2D?

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¿cómo se definen gráficos 3D?¿cómo se representan en 2D?

...¿se acuerdan de sistemas de

representación?

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Objetos y observadores

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Transformando al Observador en una Cámara

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Transformando al Observador en una Cámara

Escena3D

Cámara /Observador(localizada

en el espacio 3D)

Resultado2D

Proyección

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Añadiendo I luminación.. .

La luz añade complejidades adicionales: sombra, reflejos, colores, etc

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Añadiendo I luminación.. .

¿Cómo se calculan los colores, las sombras, etc?

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Soporte Conceptual / Fundamentos

OpenGL

DirectX / Direct3D

Tecnologías que definen APIs que permiten dibujar primitivas (puntos, líneas, polígonos, curvas,

texturas, iluminación, etc) y realizar un conjunto de operaciones gráficas

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Soporte Conceptual / Fundamentos

¿¿??

OpenGL Direct3D

API API

¿?Bindings(Ej. JOGL)

Frameworks(C/C++)

(Scene Graphs)(Ej. Ogre)

Frameworks(Java / Otros)

(Scene Graphs)(Ej. Java3D,

JMonkeyEng, etc)

Aplicación

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Soporte Conceptual / Fundamentos

Controladorde

Video

Procesadorde

Video(“acelerado”)

Memoriadel

Procesadorde Video

FrameBuffer

OpenGL Direct3D

API API

Operaciones y primitivas gráficas implementadas en

el Hardware

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Soporte Conceptual / Fundamentos

Controladorde

Video

Procesadorde

Video

Memoriadel

Procesadorde Video

FrameBuffer

OpenGL Direct3D

API API

Operaciones y primitivas gráficas implementadas en

Software(mucho más lento

que el anterior)Implementación en “Software”

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...ver transparencias delProf. Domingo...

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Gracias

¡Gracias!