Grficas Interactivas

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Gráficas Interactivas

• Isaac Rudomín (Instructor)
• rudomin_at_itesm.mx
• Erik Millán (asistente)
• emillan_at_itesm.mx

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Introducción

• Introducción al curso
• Introducción a Gráficas Interactivas
• Dispositivos de entrada y salida

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Introducción al curso
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Objetivos del Curso

• El estudiante que haya llevado este curso será
  capaz de hacer programas gráficos
  tridimensionales interactivos. Específicamente
  podrá
• Escribir programas en OpenGL y utilizar OGLSL
• Usar poligonos y otras técnicas de modelado para
  construir escenas interactivas utilizando
  programas de modelado
• Crear animaciones sencillas
• Comprender las matemáticas utilizadas en gráficas
  computacionales
• Comprender los métodos de síntesis de imagen

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Estructura y políticas del curso

• Ver página del curso para detalles
• En cuanto a programacion
• Se utilizará OpenGL/GLUT con C bajo Visual
  Studio 6 o .net
• Se podrá utilizar Direct3D como alternativa

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Introducción a Gráficas Interactivas
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Definiciones

• Gráficas Computacionales síntesis de imagenes a
  partir de modelos computacionales de objetos
  reales o virtuales
• Modelado crear y representar la geometría de los
  objetos en el mundo 3D
• Síntesis de Imagen generar imagenes 2D a partir
  de los objetos
• Animación representar como cambian los objetos
  en el tiempo
• Procesamiento de Imágenes análisis o
  reconstrucción de objetos a partir de imagenes.

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Porque estudiar Gráficas?

• Es padre
• Es interesante
• Es importante
• Es divertido

DL
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Historia
El término Computer Graphics lo inventó de
William Fetter of Boeing in 1960
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Antes TEXTO
Manchester Mark I
Display
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Primeros GUIs

• Inventado en PARC alrededor de 1975. Usado en la
  Apple Macintosh, y ahora en todos lados.

Xerox Star
Windows 1.0
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Dibujo Sketchpad (1963)

• Sketchpad (Sutherland, MIT 1963)
• Primer sistema gráfico interactivo
• De aqui salen los conceptos Many of concepts for
  drawing in current systems
• Menús Pop up
• Dibujo con restricciones
• Modelado Jerárquico

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Sistemas de Pintado

• SuperPaint Richard Shoup, Alvy Ray Smith (PARC,
  1973-79)
• Actualmente Photoshop y similares dibuja, pinta,
  edita,

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Procesamiento de Imagenes

• Alterar digitalmente imagenes

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Gráficas 3D
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Gráficas 3D
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Aplicaciones

• Cine

DL
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Aplicaciones

• Videojuegos

DL
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Aplicaciones

• Visualización médica

The Visible Human Project
DL
MIT Image-Guided Surgery Project
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Aplicaciones

• Computer Aided Design (CAD)

DL
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Aplicaciones

• Visualización científica

DL
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Sistemas de Cómputo Gráfico
Modelo Gráfico
Parámetros de síntesis
Síntesis
Dispositivo de salida
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Modelos Gráficos

• Objetos 2D y 3D
• Triánglulos, cuadriláteros, poligonos
• Esferas, Cubos, Conos
• Características de superficie
• Color, reacción a la luz
• Textura
• Objetos compuestos
• Otros objetos y su relación entre si
• Iluminación, niebla, etc.
• Mucho, mucho mas

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Síntesis de Imagen

• Conversión de modelo 3D a imagen 2D
• Determina donde se proyectan sus superficies.
• Determina que ve cada pixel.
• Determina el color de cada superficie

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Parámetros de Síntesis

• Cámara
• Locación
• Orientación
• Longitud focal

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Dispositivos de entrada y salida
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Dispositivos de entrada

• Ratón
• Teclados
• Plumas
• Tabletas

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Dispositivos de entrada

• Palmtops
• Dialboxes
• Joysticks
• Cámaras

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Dispositivos de entrada

• Trackers
• Guantes

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Dispositivos de entrada

• 3D mouse
• Wand
• Traje de Motion Capture

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Dispositivos de salida

• Vectoriales
• Lasers
• Raster
• CRT, LCD, etc.
• La mayoría de los dispositivos de salida son 2D
• Puedes nombrar uno en 3D?

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Dispositivos de Salida

• Tubos de rayos catódicos (CRTs)
• El mas común
• El último bulbo
• Filamento
• Electrones jalados hacia ánodo anode focusing
  cylinder
• Placas de deflección vertical y horizontal
• Rayo sobre capa de fósforo en frente del tubo

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CRTs

• Vectoriales
• Básicamente un osciloscopio
• Controla X,Y con voltaje de placas with
  vertical/horizontal plate voltage
• Intensidad era a veces Z
• Ver http//graphics.lcs.mit.edu/classes/6.837/F98
  /Lecture1/Slide11.html
• Dos desventajas
• Solo wireframe
• Escenas complejas ? flicker visible

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CRTs

• Raster
• Televisión Blanco y negro osciloscopio con
  patrón fijo izquierda a derecha, arriba a abajo
• Dibuja pantalla completa 30 veces por segundo
• De hecho se hacen campos nones y pares
  alternando, a 60 cuadros por segundo. Por que?
• Para pintar la pantalla, la computadora debe
  sincronizarse.
• Solución memoria especial llamada framebuffer.

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CRTs a Color

• Mucho mas complicados
• Requieren alta presición de un patrón de fósforo
  en la pantalla
• Por que rojo, verde y azul?

Delta electron gun arrangement
In-line electron gun arrangement
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CRTs a Color

• tienen
• 3 cañones de electrones
• shadow mask metálica para diferenciar los rayos

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Raster CRT

• Pros
• Permite solidos, no solo wireframe
• Utiliza tecnología de bajo costo, TV
• Brillante! emite luz
• Cons
• Requiere memoria de tamaño de la pantalla
• Muestreo discreto (pixeles)
• Tamaño limitado (40 pulgadas)
• Estorboso
• Problemático (convergencia, warp, etc)

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LCDs

• Displays de Cristal Líquido
• LCDs moléculas orgánicas, naturalmente en estado
  cristalino, que se licuan al ser excitados por
  calor o campo eléctrico
• Estado cristaliza tuerce la luz polarizada 90º.

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LCDs

• Transmisivos reflectivos
• LCDs son válvulas de luz, no emisores, por lo que
  requieren fuente externa de luz.
• Laptop luz por detrás, transmisivo
• Palm Pilot/Game Boy reflectivo

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Plasma

• Son como luces fluorescentes
• Capsulas pequeñas llenas de gas emiten luz UV al
  ser excitadas por campo eléctrico
• UV excita al fósforo
• Al relajarse el fósforo emite otro color

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Plasma

• Pros
• Grán ángulo de vista
• Grandes formatos
• Bastante brillantes
• Cons
• Caros
• Pixeles grandes (1 mm versus 0.2 mm)
• Fósforos se desgastan gradualmente
• Menos brillo que CRT pero gastan mas potencia

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DMDs

• Digital Micromirror Devices (proyectores)
• Microelectromechanical (MEM) fabricados con
  técnicas VLSI

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DMDs

• DMDs son pixeles digitales verdaderos
• Varía nivel de grís modulando longitud de pulso
• Color multiples chips, o color-wheel
• Muy buena resolución
• Muy brillante
• Flicker causa problemas

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Organic LED Arrays

• Organic Light-Emitting Diode (OLED) Arrays
• El futuro? Muchos lo creen.
• OLEDs funcionan como LEDs normales
• Pero tienen construcción de polímero delgado
• Proceso de fabricación mucho mas fácil que LCD
  (variación de ink-jet) permite fácil uso en areas
  grandes

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Organic LED Arrays

• OLED pros
• Transparentes
• Flexibles
• Emiten luz, son bastante brillantes (se ven de
  día)
• Ángulo de vista grande
• Rápidos (lt 1 microsegundo off-on-off)
• Grandes o pequeños
• OLED cons
• No están listos aun (hasta ahora solo 96x64)
• No muy robustos, problema con tiempo de vida del
  dispositivo

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Dispositivos Inmersivos

• Estereoscopia
• Realidad Aumentada
• Inmersadesk
• Cave

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Framebuffers

• framebuffer true-color (aka 24-bit or 32-bit)
  guarda un byte para cada uno de rojo, verde,
  azul
• Cada pixel puede tener uno de 224 colores

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Framebuffers

• Un framebuffer indexed-color (8-bit or
  PseudoColor) guarda un byte por pixel
• Este byte indexa a un mapa de color

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