¿Qué es la Graficación?

La graficación se refiere a las imágenes en 2D o 3D creadas por computadora, utilizadas con fines artísticos o industriales. Por ejemplo, se emplean para diseñar, probar y promocionar productos.

Los gráficos por computadora han simplificado el uso de estas tecnologías. La interfaz gráfica de usuario (GUI) y los sistemas multimedia permiten a los usuarios seleccionar imágenes para ejecutar órdenes, eliminando la necesidad de memorizar instrucciones complejas.

Funcionamiento de los Gráficos por Computadora

Antes de mostrar una imagen en la pantalla, esta debe almacenarse en la memoria de la computadora. La ventaja de este almacenamiento es que se pueden aplicar diversas técnicas matemáticas para modificar la información de cada píxel.

Breve Historia de la Graficación

• 1950: La graficación por computadora tuvo sus inicios con el surgimiento de las computadoras digitales. La Whirlwind fue la primera en utilizar una pantalla capaz de representar gráficos.
• 1959: Surgió el primer sistema de dibujo por computadora, DAC-1, que permitía al usuario describir un automóvil en 3D, con la capacidad de rotar y cambiar el ángulo de la imagen.
• 1961: Se creó el primer videojuego, llamado Spacewar!.
• 1965: Se desarrolló un programa llamado Sketchpad, mediante el cual se podían realizar trazos en la pantalla de la computadora con una pluma de luz.

Representación de Colores

Las computadoras almacenan y manipulan colores representados como una combinación de tres números. Los sistemas más comunes son RGB y CMY, compuestos por tonalidades de los colores primarios. Otros sistemas representan propiedades como el matiz (frecuencia de la luz), la saturación (intensidad cromática) y el brillo.

Si se emplea un byte de memoria para cada componente de color en un sistema de tres colores, se obtienen más de 16 millones de combinaciones cromáticas.

Para imágenes grandes, se utilizan métodos alternativos como el mapeo de colores, que usa un número por combinación cromática y almacena cada número en una tabla indexada de colores disponibles, similar a una paleta de pintor.

Efecto del Escalonado (Aliasing)

Debido a que un monitor es una rejilla de cuadros coloreados, las líneas diagonales tienden a presentarse con un aspecto escalonado. Este fenómeno se reduce calculando la cercanía de cada píxel a la línea ideal de la imagen y basando el color del píxel en su distancia a dicha línea.

Procesamiento de Imágenes

El procesamiento de imágenes es una herramienta fundamental en la graficación por computadora. Sus técnicas se emplean en diversas aplicaciones, como la detección de bordes de objetos, el realce de imágenes, la reducción de ruido en diagnósticos médicos por imagen, y la manipulación de nitidez y brillo en películas y anuncios.

Creación de Imágenes en 3D

Muchos gráficos por computadora, como la animación y el diseño asistido, requieren dibujar objetos en 3D. El cálculo de escenas en 3D se realiza mediante algoritmos de rendering o renderización, algunos en paralelo o de forma distribuida. Existen microprocesadores especiales para graficar en 3D, aunque suelen ser costosos.

Tipos de Gráficos

• Gráficos Vectoriales: Utilizan descripciones matemáticas para determinar la posición, longitud y dirección de las líneas. Los objetos se crean como conjuntos de líneas, no como patrones de píxeles.
• Gráficos de Trama o Raster: Las imágenes se almacenan como conjuntos de pequeños puntos (píxeles) controlados independientemente y colocados en filas y columnas.
• Gráficos Orientados a Objetos: También llamados gráficos estructurados, se utilizan en programas de diseño asistido por computadora y de dibujo. Se describen matemáticamente como un conjunto de instrucciones que crean los elementos de la imagen.
• Animación: Crea la ilusión de movimiento mediante la sucesión de imágenes fijas generadas por computadora. Antes de la era digital, la animación se realizaba filmando secuencias dibujadas o pintadas manualmente sobre plástico o papel, un fotograma a la vez. La animación informática permite crear efectos especiales y simular imágenes imposibles de generar con otras técnicas.

Datos Objeto

Este término se refiere a gráficos almacenados con el código del programa o la información algorítmica necesaria para dibujarlos. Esta distinción se utiliza especialmente en lenguajes que soportan Programación Orientada a Objetos (POO), donde porciones de datos de los objetos pueden descomponerse en formas más simples compuestas por elementos de clases primitivas.

Elementos de un Archivo Gráfico

Las especificaciones de formatos utilizan diferentes terminologías. Los componentes comunes en todos los archivos gráficos son:

• Campo: Estructura de datos con tamaño fijo y posición concreta dentro del archivo.
• Etiquetas: Estructura de datos que puede variar en tamaño y posición, y puede contener otras etiquetas o campos relacionados.
• Hilos: Los archivos organizan los datos en hilos que carecen de una estructura organizada, pero deben ser leídos secuencialmente.

Compresión de Imágenes

La compresión es el proceso utilizado para reducir el espacio que ocupa un bloque de información en el disco o la memoria. Permite almacenar más datos gráficos en menos espacio.

Existen varios métodos de compresión, entre los más comunes se encuentran:

• Empaquetamiento de píxeles: No es un método de compresión en sí mismo, pero es una forma eficiente de almacenar bytes contiguos de memoria.
• Codificación Run Length (RLE): Algoritmo de compresión común usado por formatos como BMP, TIFF, PCX, etc., para reducir datos redundantes en la imagen.
• Lempel-Ziv-Welch (LZW): Algoritmo de compresión usado en formatos como GIF y TIFF.
• CCITT: Forma de compresión de datos usada para fax y autorizada por el CCITT.
• Joint Photographic Experts Group (JPEG): Método de compresión usado para imágenes de tonos continuos e imágenes multimedia.
• Fractal: Proceso matemático usado para codificar mapas de bits que contienen imágenes del mundo real, describiéndolas como datos matemáticos que representan las propiedades fractales de las imágenes.