TECNICAS DE ILUMINACION

Técnica de iluminación

Se presenta a continuación una cantidad de técnicas de iluminación para ofrecer mayor realismo a las simulaciones graficas tales como el rastreo de rayos, serie de mapeo y manipulación de textura.

Técnicas  de sombreado e iluminación

En los métodos de rastreo de rayos se emite un rayo que permite localizar las intersecciones de la superficie para modelar objetos partiendo de los conceptos de Geometría Sólida Constructiva; el rayo desplegado rebota sobre casa pixel que lo recibe alrededor de toda la escena, esto es bastante útil en el tratamiento de iluminación con fuentes de luz múltiples.

Después de conocer algunas técnicas de iluminación y sombreado se pueden analizar otro tipo de métodos para brindar mayor realismo a las superficies mediante el manejo de luces; este tipo de técnicas incorporan el rastreo de rayos, mediante las cuales simplemente se trata de simular el comportamiento de estos en las superficies al tocar un píxel perteneciente a los objetos sólidos; en ese momento se calcula la intersección entre el rayo y la superficies.

Algoritmo PHONG

Puede producir cierto grado de realismo en objetos tridimensionales combinando tres elementos: luz difusa, especular y ambiental para cada punto en una superficie. Emplea muchas suposiciones, como por ejemplo que todas las luces son puntos, solo una superficie geométrica es considerado, solo modelos locales de difusa y especular. Colores especulares son los mismos que los colores de luz y el ambiente es constante y global.

Algoritmo  GOURAUD

 Es una técnica usada en gráficos 3D por ordenador que simula efectos de luz y color sobre superficies de objetos. Esta técnica de sombreado permite suavizar superficies con una carga computacional menor que con otros métodos basados en el cálculo píxel a píxel

PERSPECTIVA

es el arte de dibujar para recrear la profundidad y la posición relativa de los objetos. En un dibujo, la perspectiva simula la profundidad y los efectos de reducción.

Es también la ilusión visual que, percibida por el observador, ayuda a determinar la profundidad y situación de objetos a distintas distancias.

Por analogía, también se llama perspectiva al conjunto de circunstancias que rodean al observador, y que influyen en su percepción o en su juicio.

existen diferentes tipos de perspectiva como son la perspectiva tradicional, la perspectiva con un punto de fuga o cónica, la perspectiva con dos puntos de fuga a caballera,la perspectiva con tres puntos de fuga o isomètrica.

El horizonte hace parte importante ya que es el nivel de punto de observación. la transformaciones geométricas permiten componer una escena a partir de modelos de objetos. las principales transformaciones geométricas: traslación,rotación,cambio de escala(scaling)

perspectiva con un punto de fuga o cónica

La perspectiva tiene su mayor efecto en lineas paralelas y en este tipo de ángulos; por ello, es bastante común hablar de perspectiva en relación con un simple cubo.el punto de fuga reposa en esta linea y coincide con el centro de visión. 

perspectiva con dos puntos de fuga a caballera

Existirá un punto de fuga para cada una de las dos cara visibles. Estos se sitúan fuera del ángulo de visión, en la linea del horizonte,a izquierda y a derecha.

APPLET JAVA

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FUNDAMENTO DE LA COMPUTACION GRAFICA

En la actualidad, los gráficos por computador se emplean en una gran variedad de aplicaciones, como en interfaces gráficas de usuario, tipografía digital, paseos arquitectónicos virtuales, aplicaciones médicas y juegos de vídeo, entre otras. La computación gráfica comprende una gran variedad de técnicas que pueden ser agrupadas de acuerdo al número de dimensiones que se empleen en la representación del modelo geométrico a visualizar, en 2D y 3D: 


COMPUTACION GRAFICA 2D
La computación gráfica 2D corresponde al conjunto de técnicas que tienen como objeto la generación de una imagen digital a partir de modelos geométricos bidimensionales. Estas técnicas son principalmente empleadas en interfaces gráficas de usuario  y en aplicaciones desarrolladas a partir de tecnologías de impresión y dibujo, como tipografía, cartografía y dibujo técnico, entre otras. El origen de las mismas se remonta a la década de los 50's en la que aparecieron dispositivos con soporte para gráficos vectoriales. 

Los gráficos vectoriales y de rasterización conforman las principales categorías de la computación gráfica 2D. Aquellos emplean primitivas geométricas basadas en ecuaciones matemáticas (puntos, líneas, curvas y polígonos) para representar las imágenes; mientras que en éstos, la imagen se representa mediante una matriz rectangular de píxeles que puede ser desplegable en un dispositivo de salida cualquiera. 

Interfaces gráficas 

Una interfaz gráfica permite al usuario interactuar gráficamente (de modo visual) con distintos dispositivos electrónicos, como PCs, PDAs, etc. Las interfaces gráficas, en contraste con las textuales, ofrecen elementos gráficos (i.e., indicadores visuales) que sirven para representar las acciones de la aplicación disponibles al usuario. Dichas acciones son usualmente ejecutadas mediante la manipulación directa de los elementos gráficos presentes en la interfaz. Por razones históricas, el dominio de las interfaces gráficas se encuentra restringido al espacio bidimensional. 

Debido al advenimiento del software libre, en la última década se ha dado una gran proliferación y desarrollo de paquetes de interfaces gráficas. Entre los más destacados se tienen los siguientes: Qt, Wxwidgets, GTK+, Motif, XForms, FLTK. 

COMPUTACION GRAFICA 3D

La computación gráfica 3D trata acerca de la síntesis de una imagen bidimensional a partir de un modelo geométrico tridimensional. De acuerdo con la complejidad de los cálculos empleados en la generación de las imágenes, las técnicas se clasifican en prerendering y real-time rendering. Aquellas son típicamente empleadas en la creación de animaciones de tipo foto-realista; mientras que éstas se emplean en aplicaciones que requieren interactividad. En el último caso, es necesario el uso de un procesador de gráficos dedicado (en la actualidad, ampliamente disponibles para el usuario común). 

Técnicas de rendering 
De acuerdo al modo en el que la luz se modele, las técnicas de rendering se clasifican en las siguientes categorías: 

Rasterización: Este método consiste en iterar en cada cuadro a través de todas las primitivas geométricas que conforman la escena para determinar, a partir del punto de vista del usuario, cuales píxeles de la imagen se ven afectados. Por ser el método de rendering más ampliamente empleado por la mayoría de GPUs en la actualidad, este método es el más eficiente y por ello es el predilecto cuando la aplicación requiere interactividad. 

Ray-tracing: El ray tracing es una extensión del ray-casting. Mientras que en el ray-casting el color de cada píxel de la imagen se calcula como el color del primer objeto intersecado por un rayo imaginario que se lanza desde el punto de vista, al píxel en cuestión; en el ray-tracing se emplea esta técnica de modo recursivo, i.e., empleando rayos de refracción y reflexión a partir del punto en la superficie del objeto intersecado por el rayo inicial. Usualmente este cómputo se realiza promediando un número aleatorio de muestras (rayos de luz emanados de la superficie de los objetos que intersecan el punto de vista) mediante técnicas de Monte Carlo. 

Métodos de iluminación global: En estas técnicas se emplea la teoría de elementos finitos para simular el modo en que las superficies iluminadas actúan a su vez como fuentes de iluminación de otras superficies, produciendo una efecto más realista en el que el ambiente de la escena parece ser mejor captado. 
Gracias al gran avance que recientemente ha tenido la tecnología presente en las GPUs, en la actualidad han surgido aplicaciones gráficas mediante las cuales es posible interactuar en tiempo real con una escena sintetizada mediante algún modelo de iluminación complejo, como el ray-tracing. Lo anterior es particularmente posible gracias al advenimiento de los shaders que permiten combinar algunos modelos de iluminación complejos, con los algoritmos básicos de rasterización. 

APLICACIONES

Está rama de computación es utilizada en: 
• Ingeniería.- Las actividades de ingeniería pueden dividirse en cinco áreas: diseño, análisis, dibujo, fabricación/construcción/procesamiento y control de calidad. 
• Ciencias.- Los científicos pueden emplear las gráficas por computadora de muchas maneras. 
• Arte.- El artista siempre ha podido escoger los medios de expresión adecuados para su talento. Las gráficas por computadora son otro medio del que dispone para ampliar su libertad de expresión. 
• Educación.- El beneficio más grande que a aporta las computadoras y las grizan en un ambiente educativo. En cuanto a capacitación se diseñan sistemas especiales.

 

Términos comunes 

Bit: Unidad de medida elemental de la memoria. Puede tener dos valores: cero y uno. 

Píxel: Contracción de picture element, unidad de medida elemental de una imagen. 

Resolución: Tamaño de una imagen, expresado en cantidad de píxeles horizontales por cantidad de píxeles verticales. Ejemplos de resoluciones de pantalla comunes: 640x480; 800x600; 1024x768. 

Profundidad de color: Cantidad de colores que pueden ser usados en una imagen. Depende de la cantidad de bits por píxel; cuantos más se utilicen, mayor será la cantidad de combinaciones de valores binarios (ceros y unos) que forman la paleta de colores posibles. Profundidades de color comunes: 1 bit, 8 bits, 16 bits, 24 bits y 32 bits por píxel. 

 

computacion grafica

En los últimos treinta años, las técnicas de modelaje en computación gráfica han evolucionado significativamente. Se han utilizado modelos basados en polígonos, superficies, líneas y puntos, sin embargo no han sido suficiente para representar las características tan complejas de los objetos y fenómenos naturales, ya que los modelos matemáticos utilizados a veces son poco manejables o controlables. Por eso se han desarrollado unas técnicas avanzadas de modelaje, con la finalidad de proveer mecanismos concisos, eficientes, flexibles y controlables para especificar y animar los objetos naturales. Desde hace varios años con el gran avance de la informática se han desarrollado en todo el mundo diversos paquetes y programas graficadores que están a la disposición de todos los usuarios. 

Concepto

La computación gráfica es la rama de las ciencias de la computación que se encarga del estudio, diseño y trabajo del despliegue de imágenes en la pantalla de un computador a través de las herramientas proporcionadas por la física, la óptica, la térmica, la geometría, etc.

En el cual es un   estudio de métodos para crear, manipular y utilizar contenido visual digitalmente. Aunque el término se refiere a menudo a computación gráfica 3D también abarca la computación gráfica en 2D

Antecedentes históricos 

La Computación Gráfica nace en 1955 con SAGE (Semi-Automatic Ground Environment), una máquina creada durante la Guerra Fría por el ejército de los Estados Unidos para rastrear a las naves aéreas que ingresaban al espacio aéreo norteamericano. Esta máquina se integró a los sistemas de radar de la época para proveer la primera aplicación de computación gráfica interactiva. 

En 1963, en el MIT (Massachussets Institute of Technology) Ivan Sutherland presentó su programa Sketchpad (“Tablero de dibujo”) inspirado en la idea de “integrar la representación numérica de un objeto con su representación gráfica, para que al manipular la representación gráfica se pudiera manipular al mismo tiempo la representación numérica.”