UNIDAD I - COMPUTACIÓN GRÁFICA


Una captura de pantalla de Blender.

Una proyección 2D de una proyección 3D de un Pentácoron (4D) haciendo doble rotación con dos de sus planos ortogonales.

  • Computación gráfica es el campo de la informática visual, donde se utilizan computadoras tanto para generar imágenes visuales sintéticamente como integrar o cambiar la información visual y espacial probada del mundo real.
El primer mayor avance en la gráfica realizada por computadora era el desarrollo de Sketchpad en 1962 por Ivan Sutherland.
Este campo puede ser dividido en varias áreas: Interpretado 3D en tiempo real (a menudo usado en videojuegos), animación de computadora, captura de vídeo y creación de vídeo interpretado, edición de efectos especiales (a menudo usado para películas y televisión), edición de imagen, y modelado (a menudo usado para ingeniería y objetivos médicos). El desarrollo en la gráfica realizada por computadora fue primero alimentado por intereses académicos y patrocinio del gobierno. Sin embargo, cuando las aplicaciones verdaderas mundiales de la gráfica realizada por computadora (CG) en televisión y películas demostraron una alternativa viable a efectos especiales más a las tradicionales y las técnicas de animación, los comerciales han financiado cada vez más el avance de este campo.
A menudo se piensa que la primera película para usar gráficos realizados por computadora era 2001: A Space Odyssey (1968), que intentó mostrar como las computadoras serían mucho más gráficas en el futuro. Sin embargo, todos los gráficos de computadora en aquella película eran la animación dibujada a mano (por ejemplo en las pantallas de televisión se simulaba el comportamiento de las computadoras con dibujos), y las secuencias de efectos especiales fue producida completamente con efectos ópticos y modelos convencionales.
Quizás el primer uso de la gráfica realizada por computadora expresamente para ilustrar gráfica realizada por computadora estaba en Futureworld (1976), que incluyó una animación de una cara humana y mano - producido por Ed Catmull y Fred Parke en la Universidad de Utah.


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Aplicaciones de la computación gráfica Lo que te puedas imaginar, podrá ser realizado con gráficas por computadora. Obviamente Hollywood lo sabe muy bien. Cada año, nos asombramos por los nuevos efectos especiales de las películas. Más y más de estas imágenes existen solamente dentro de la memoria de una computadora. Parece que no tienen fin. Pero no solo se está hablando de mega producciones de grandes presupuestos. Hay videos de música, televisión, noticias, etc.. La computación gráfica es ahora una parte importante de la industria del entretenimiento. La industria del entretenimiento juega muchos otros roles importantes en el campo de la computación gráfica. Liderazgo en calidad y arte No hay cadenas a un conceptopuro Grandes presupuestos y tiempos cortos Ellos definen nuestras espectativas 

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También está en el ámbito de los video-juegos. Los juegos son un esfuerzo importante en la computación gráfica. Se discutirá como trabajan. Vamos a cuestionarnos como es que obtienen tanto con solo un poco de trabajo. Como la industria impacta en la computación gráfica. 1. Se enfoca en la interactividad. 2. Soluciones de bajo costo. 3. Evitar la computación y otros trucos 4. Los juegos son el objetivo básico. 

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Imagenología Médica No hay esfuerzo más noble que la preservación de la vida. En nuestros días se puede decir que la computación gráfica juega un rol importante en la salvaguarda de la vida. El rango de aplicaciones se divide desde herramientas para la enseñanza y diagnóstico, hasta todo un tratamiento. La computación gráfica es una herramienta en la aplicación médica más que un mero artefacto. No hay posibilidad para errores. ¿Como las aplicaciones médicas influencían la tecnología de la computación gráfica? Nuevas formas de representación de datos Conduce a solución de problemasde precisión y corrección Se enfoca en la presentación e interpretación de datos Construccion de modelos de adquisición de datos. 

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Diseño Asistido por Computadora La computación gráfica ha tenido un impacto dramático en el proceso de diseño. En nuestro días, la mayoría de los diseños mecanicos y electrónicos son ejecutados completamente en computadora. Cada vez más, el diseño arquitectónico y de producto están migrando a la computadora. Herramientas automatizadas también están disponibles para verificar la tolerancia y las restricciones de diseño directamente en los diseños CAD. Los diseños CAD tambien juegan un papel clave en el amplio rango de procesos desde el diseño de pequeñas herramientas hasta la manufactura CAD ha tenido el siguiente impacto en la computación gráfica. 1. Conduce el mercado de Hardware de punta 2. Integración de la computación y los recursos de desplegado (monitores) 3. Reduce los ciclos de diseño (sistemas más rápidos) 

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Visualización Científica La Computación Gráfica amplia la cantidad de datos accesibles. La simulación numérica frecuentemente produce millones de valores de datos. De manera similar, a los sensores satelitales amasan datos a velocidades más allá de nuestras habilidades para interpretarlos por otros medios que de forma visual. Los matemáticos emplean la computación gráfica para explorar funciones y espacios abstractos de altas dimensiones Los físicos pueden emplear la computación gráfica para traspasar los limites de la escala. Con esto ellos pueden explorar tanto los mundos microscópicos como macroscópicos. 

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Interfaces gráficas de usuario (GUI) La computación gráfica es una parte integral de la computación de todos los días. No hay mejor muestra de evidencia que el diseño de las interfaces de las computadoras modernas. Elementos gráficos tales como ventanas, cursores, menús, iconos ahora son tan comunes que es difícil imaginar la computación sin estos. En algún tiempo la programación gráfica fue considerada como una especialidad. Hoy día, casi todos los programadores profesionales deben tener un conocimiento de las gráficas para aceptar las entradas y presentar las salidas a los usuarios. 

 
Tecnología de Displays (Monitores) CRT, LCD, Plasma y Leds. 

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Tubos de rayos catódicos (CRT) Cathode Ray Tubes (CRTs) Es el dispositivo de salida más común Es un tubo de vidrio al vacío Elementos incandecentes (filamentos) Los electrones son atraídos hacia un cilindro de polaridad negativa (ánodo). Con platos de deflexión Vertical y Horizontal Hace brillar una capa de fósforo en la parte frontal del tubo 

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Monitores vectorizados Los Osciloscopios fueron algunos de los primeros displays de computadoras Utilizados tanto por las computadoras análogas como digitales La computación resulta utilizada para dirigir los ejes horizontal y vertical (X-Y) La intensidad podría ser también controlada por la Intensidad (eje Z) Utilizada mayormente para el dibujo de lineas Denominados displays vectorizados o caligraficos La lista de displays tienen que ser constantemente actualizados (excepto para tubos de almacenamiento

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Displays rasterizados La TV tuvo su auge en los 50s y 60s (estos se abarataron) Las TV B/N eran básicamente osciloscopios (con un patrón de escaneo alambrado) Toda la pantalla era actualizada 30 veces/seg. La pantalla era atravesada 60 veces /seg. Líneas pares y nones alternaban la actualización (denominados campos) El entrelazado – un truco para proporcionar movimientos más suaves en escenas dinámicas Alta resolución en escenas estáticas Ancho de banda optimizado 

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Simulación de un display tipo raster En un display tipo raster, la ruta del rayo electrón es dirigido. La computadora debe sincronizar su proceso de “pintado” de la pantalla con el del display. La computadora solamente controla la intensidad del color de cada punto en la pantalla. Normalmente una sección de memoria dedicada, denominada “frame buffer”, se utiliza para almacenar estas variaciones de intensidad. 

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Color de Video Los CRT de color son mucho más complicados. Requieren precisión geométrica El fósforo debe ser aplicado en patrones sobre la superficie del CRT Requieren una malla de metal alineada Cuentan con tres disparadores de electrones Son menos brillantes que los CRT’s monocromáticos. Disparador de electrones en arreglo delta Disparador de electrones en arreglo entrelazado 

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Displays rasterizados Desventajas Requiere arreglos de memoria acordes al tamaño del monitor Muestreo espacial discreto (pixeles) Ocurren patrones Moire cuando las frecuencias de mascara y el grado de punto no coinciden Convergencia (variación en los ángulos para aprovechar la distancia del rayo de electrón sobre la superficie CRT) Se limita a un tamaño práctico (< 40 pulgadas) Falsa radiación de rayos X Ocupan mucho volumen Ventajas Permite que sean desplegados los sólidos Se poya en los CRT’s de bajo costo (TVs) Toda la pantalla es constantemente actualizada Tecnología de display de brillantes de la luz emitida. 

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Liquid Crystal Displays (LCD) Actualmente, la alternativa más popular de los CRT son los displays de cristal liquido (LCD). Los LCD son moléculas orgánicas que, en ausencia de fuerzas externas, tienden a autoalinearse en estructuras cristalinas. Pero cuando se aplica una fuerza externa se reacomodan como si fueran un líquido. Algunos cristales líquidos responden al calor, otros a fuerzas electromagnéticas. Cuando los LCDs son utilizados como moduladores ópticos están cambiando la polarización más que la transparencia (esto es al menos para la mayoría de los LCDs denominados “Super-twisted Nematic Liquid crystals”). En su estado pasivo o estado cristalino, el LCD rota 90 grados la polarización de la luz. En la presencia de un campo eléctrico, los LCDs se comportan como un líquido y alinean los cargos electrostáticos de las moléculas con el campo E. La transición entre los estados cristalino y líquido es un proceso lento. Esto tiene tanto efectos tanto buenos como malos. Los LCD’s así como los fósforos, permanecen “encendidos”, por algún tiempo después de que es aplicado el campo E. Así la imagen es persistente como en los CRT’s, pero este es más tardado hasta que los cristales se realinean, es por ello que deben ser actualizados más frecuentemente que un CRT 

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LCD’s reflectivos y retro-iluminados Mas que generar una luz como un CRT, los LCDs actúan como valores de luz. Por eso, son dependientes de una fuente de luz externa. En el caso de un display transmisivo, normalmente se utiliza una luz en la parte posterior. Los displays reflectivos toman ventaja de la luz ambiental. Así los displays transmisivos son difíciles de ver cuando son expuestos a fuentes de luz externa, y los displays reflectivos no pueden ser vistos en la oscuridad. Es notorio que la mitad de la luz se pierde en la mayoría de las configuraciones de LCD. 

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LCDs de Matriz Activa Los LCDs por si mismos tienen requerimientos de energía bastante bajos. Se requiere un campo eléctrico muy pequeño para excitar los cristales a su estado líquido. La mayoría de la energía utilizada por un display de sistema LCD es debido a la luz posterior. Como se mencionó anteriormente los LCDs tienen una lenta transición en retorno a su estado cristalino cuando el campo E es retirado. En displays, con un gran número de pixeles, el porcentaje del tiempo que los LCDs son excitados son muy pequeños. Así los cristales gastan la mayoría de su tiempo en estados intermedios, ni “ON” ni “OFF”. Este comportamiento es indicativo de displays pasivos. Se puede notar que estos displays no son muy nítidos y son propensos a generar imágenes fantasmas. Las celdas individuales son muy similares a los descritos anteriormente. La principal diferencia es que los campos eléctricos son retenidos por un capacitor, de tal manera que el cristal permanece en constante estado. Los switches de transistores son utilizados para transferir la carga a los capacitores durante el proceso de escaneo. Los capacitores pueden guardar la carga por un tiempo más largo que el periodo de actualización generando fácilmente un display sin sombras. Los displays activos, requieren del trabajo de un capacitor y un transistor para cada LCD o elemento pixel, es por ello que son más caros de producir. 

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Display de Paneles de Plasma Menos eficientes que los CRTs Nos son tan brillantes Requieren mas energía. Pixeles más grandes (~1 mm comparados a los .2mm de los CRT) El bombardeo de iones merman el fósforo Empleados para displays de grandes formatos . Son básicamente tubos fluorescentes. Descargas de alto voltaje excitan una mezcla de gas (He,Xe) Se emite luz UV La luz UV excita los fósforos Angulo de visión largo. 

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Dispositivos de Emisión de Campos (FEDs) Funcionan como un CRT con múltiples disparadores de electrones en cada pixel. Utiliza voltajes modestos aplicados a puntos finos para producir fuertes campos E. De tamaño limitado Delgados y requieren de un vacío. 

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Digital Micromirror Devices (DMDs) Dispositivos microelectromecánicos (MEMs) Fabricados utilizando técnicas de procesamiento VLSI Arreglos de espejos 2-D Se inclinan +/- 10 grados Controlados electroestáticamente Pixeles realmente digiales. Se emplean solo para displays de proyección. Niveles de fris vía modulación de amplitud de pulso (PWM). Excelente resolución y factor de llenado. Luz eficiente Presenta problemas con algunas pérdidas de luz y parpadeo. 

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Arreglos de LEDs (Light Emitting Diode) Diodos orgánicos de emisión de luz (Organic Light Emitting Diodes - OLEDS) Funcionan de manera similar a un semiconductor LED Construidos sobre una fina capa de polímero. Procesamiento potencialmente simple. Transparente Flexible Pueden ser apilados verticalmente Excelente brillo Con un gran ángulo de visión Eficiente (baja energía / bajo voltaje) Pueden hacerse grandes o pequeños Tienden a romperse 



  • Los estándares de software hacen parte de la ingeniería de software, utilización de estándares y metodologías para el diseño, programación, prueba y análisis del software desarrollado, con el objetivo de ofrecer una mayor confiabilidad, mantenibilidad en concordancia con los requisitos exigidos, con esto se eleva la productividad y el control en la calidad de software, parte de la gestión de la calidad se establecen a mejorar su eficacia y eficiencia.



Los estándares definen un conjunto de criterios que guían la forma en que se aplican procedimientos y metodologías al software desarrollado, la certificación de calidad permite una valoración independiente de la organización, donde se demuestra la capacidad de desarrollar productos y servicios de calidad.


  • ISO 12207 – Modelos de Ciclos de Vida del Software.
    Estándar para los procesos de ciclo de vida del software de la organización, Este estándar se concibió para aquellos interesados en adquisición de software, así como desarrolladores y proveedores. El estándar indica una serie de procesos desde la recopilación de requisitos hasta la culminación del software.
    El estándar comprende 17 procesos lo cuales son agrupados en tres categorías:
    ·         Principales
    ·         de apoyo
    ·         de organización
    Este estándar agrupa las actividades que se pueden llevar a cabo durante el ciclo de vida del software en cinco procesos principales, ocho procesos de apoyo y cuatro procesos organizativos

    ISO-9000


    ISO 9000: Gestión y aseguramiento de calidad (conceptos y directrices generales).Recomendaciones externas para aseguramiento de la calidad (ISO 9001, ISO 9002, ISO 9003).
    ISO 9001: Sistema de calidad- Modelo de aseguramiento de la calidad en diseño/ desarrollo producción, instalación y servicio.

    Norma que se aplica a los sistemas de calidad (SGC), el cual se centra en todos los elementos de administración de calidad con los que una empresa debe contar, para tener un sistema efectivo que permita administrar y mejorar la calidad sus productos y servicios.
    La norma ISO 9001:2008 se basa en ocho principios de gestión de calidad: 

    • Enfoque al cliente
    • Liderazgo
    • Participación del personal
    • Enfoque basado en procesos
    • Enfoque de sistema para la gestión
    • Mejora continua
    • Enfoque basado en hechos para la toma de decisión
    • Relaciones mutuamente beneficiosas con el proveedor
    ISO 9002: Sistemas de calidad- Modelo de aseguramiento de la calidad en la producción e instalación.

    La norma ISO 9002 evalúa todos los recursos humanos y técnicos y los procedimientos administrativos, que garantizan la operación continua y efectiva del sistema de calidad en una empresa. es necesaria la supervisión constante y el cumplimiento de especificaciones, las que servirán para documentar los procedimientos y aseguramiento que satisfacen los requisitos específicos del cliente. En el año 2000, ISO 9002 se unió a la norma ISO 9001, ya que eran similares. La norma ISO 9001 de aseguramiento de calidad estándar cubre tanto la producción, fabricación y partes de servicio de 9002, además de cubrir procesos de creación del diseño.

    ISO 9003: Sistemas de calidad- Modelo aseguramiento de la calidad

    Se enfatiza en los requisitos del sistema de calidad especificados en la ISO-9001 y en la ISO-9002 Son complementarios, Estas normas establecen requisitos que determinan que elementos tienen que comprender los sistemas de calidad, el deño de estas normas permiten que están sean genéricas.
    La norma ISO-9003 se dedica a inspeccionar el producto final terminado, esta norma fue anulada por la publicación del 2000 de la norma ISo-9001.

    ISO-9126


    ISO 9126 – Calidad del producto.


    El estándar ISO 9126 ha sido desarrollado en un intento de identificar los atributos clave de calidad para el software evalúa los productos de software, esta norma nos indica las características de la calidad y los lineamientos para su uso. El estándar identifica 6 atributos clave de calidad:



      Funcionalidad: el grado en que el software satisface las necesidades indicadas por los siguientes subatributos: idoneidad, corrección, interoperatividad, conformidad y seguridad.

    •  Confiabilidad: cantidad de tiempo que el software está disponible para su uso. Está referido por los siguientes subatributos: madurez, tolerancia a fallos y facilidad de recuperación.

    •  Usabilidad: grado en que el software es fácil de usar. Viene reflejado por los siguientes subatributos: facilidad de comprensión, facilidad de aprendizaje y operatividad.

    •  Eficiencia: grado en que el software hace óptimo el uso de los recursos del sistema. Está indicado por los siguientes subatributos: tiempo de uso y recursos utilizados.

    •  Facilidad de mantenimiento: la facilidad con que una modificación puede ser realizada. Está indicada por los siguientes subatributos: facilidad de análisis, facilidad de cambio, estabilidad y facilidad de prueba.

    •  Portabilidad: la facilidad con que el software puede ser llevado de un entorno a otro. Está referido por los siguientes subatributos: facilidad de instalación, facilidad de ajuste, facilidad de adaptación al cambio.

    ISO-14598


    ISO 14598 – Evaluación de productos de software

    La norma ISO/IEC 14598 es un estándar que proporciona un marco de trabajo para evaluar la calidad de todo tipo de producto software e indica los requisitos para los métodos de medición y el proceso de evaluación, proporcionando métricas y requisitos para los procesos de evaluación, a través de 6 etapas.


    ·         ISO/IEC 14598-1 Visión General: establece un resumen de las otras cinco etapas, explica la relación entre la evaluación del producto software y el modelo de calidad.

    Actividades: (Establecer los requerimientos de evaluación, Especificar la evaluación, Planear la evaluación, Ejecutar la evaluación).

    ·         ISO/IEC 14598-2 Planificación  y Gestión: contiene requisitos y guías para las funciones de soporte tales como la planificación y gestión de la evaluación del producto del software.

    Actividades: (Preparación de políticas, definición de objetivos, Identificación de la tecnología, Asignación de responsabilidades, Evaluación de software desarrollado y adquirido).

    ·         ISO/IEC 14598-3 Proceso de desarrolladores: Lo utiliza las organizaciones que planean desarrollar un producto o mejorar uno existente, realiza evaluaciones de producto utilizando indicadores que puede predecir la calidad de los productos finales.

    Actividades: (Organización, Planeamiento, Especificaciones, Diseño, Montaje)

    ·         ISO/IEC 14598-4 Proceso de comparadores: Lo utilizan las organizaciones que pretenden comparar o rehusar un producto de software existente, se aplica con el propósito de aceptación de un producto.

    Actividades: (Requerimientos, Especificación evaluación, Diseño evaluación, Ejecución evaluación).

    ·         ISO/IEC 14598-5 Proceso evaluadores: este proceso es utilizado por organizaciones encargadas de evaluar, provee los requisitos y guías para la evaluación del producto software. Promueve las siguientes características de proceso (repetible, Reproducible; Imparcial, Objetivo)

    Actividades: (Trazabilidad, Resultados, Problemas, Mejoras, Conclusiones)

    ·         ISO/IEC 14598-6 Modulo evaluación: Especifica las mediciones que van a ser tomadas sobre los atributos de calidad que se definieron en la etapa anterior, provee las guías para la documentación de la  evaluación. 

    Actividades: (Introducción, Alcance, Entradas, Resultados)

    La Norma ISO-14598 proporciona un marco de trabajo para evaluar la calidad de todos los tipos de software, indicando los requisitos que serán medidos, y analizados en este proceso. Implementar estándares que garanticen una correcta evaluación al software y mitigar los errores que pueda presentar cundo se esté ejecutando. 

    ISO-25000


    ISO/IEC 25000

    Esta proporciona una guía para el uso de las nuevas series de estándares internacionales, llamados Requisitos y Evaluación de Calidad de Productos de Software (SQuaRE). Es una norma que se basa en la ISO 9126 y 14598 y su principal objetivo es determinar una guía para el desarrollo de los productos de software con la especificación y evaluación de requisitos de calidad. Establece criterios para la especificación de requisitos de calidad de productos software, sus métricas y su evaluación. El producto de software debe incorporar unas características, de tal manera que se garantice su eficiencia de uso a los requerimientos de los clientes. Se recomienda que los requisitos de calidad deban ser proporcionales a las necesidades de la aplicación y lo crítico que sea el correcto funcionamiento del sistema implementado.

    La norma se compone  por las siguientes divisiones:

    ·       SO/IEC 2500n. División de gestión de calidad. esta división definen todos los modelos comunes, términos y referencias a los que se alude en las demás divisiones de SQuaRE

    ·       ISO/IEC 2501n. División del modelo de calidad. presenta un modelo de calidad detallado, incluyendo características para la calidad interna, externa y en uso.

    ·       ISO/IEC 2502n. División de mediciones de calidad. Presenta un modelo de referencia de calidad del producto software, definiciones matemáticas de las métricas de calidad y una guía práctica para su aplicación. Presenta aplicaciones de métricas para la calidad de software interna, externa y en uso.

    ·        ISO/IEC 2503n. División de requisitos de calidad. ayuda a especificar los requisitos de calidad. Estos requisitos pueden ser usados en el proceso de especificación de requisitos de calidad para un producto software que va a ser desarrollado ó como entrada para un proceso de evaluación. El proceso de definición de requisitos se guía por el establecido en la norma ISO/IEC 15288 (ISO, 2003).  

    ·       ISO/IEC 2504n. División de evaluación de la calidad. proporciona requisitos, recomendaciones y guías para la evaluación de un producto software, tanto si la llevan a cabo evaluadores, como clientes o desarrolladores.

    ·       ISO/IEC 25050–25099Estándares de extensión SQuaRE. Incluyen requisitos para la calidad de productos de software “Off-The-Self” y para el formato común de la industria (CIF) para informes de usabilidad. 

    Esta norma define tres vistas diferentes respecto al  estudio de la calidad de un producto software:

    ü  Vista interna: se ocupa de las propiedades del software como: el tamaño, la complejidad o la conformidad con las normas de orientación a objetos. Esta vista puede utilizarse desde las primeras fases del desarrollo para detectar deficiencia del software.

    ü  Vista externa: analiza el comportamiento del software en producción y estudia sus atributos, por ejemplo: el rendimiento de un software en una máquina determinada, el uso de memoria de un programa o el tiempo de funcionamiento entre fallos. Esta vista se utiliza una vez el software este completo y listo para producción.

    ü  Vista en uso: mide la productividad y efectividad del usuario final al utilizar el software. Esta vista se utiliza una vez el software esté listo y será evaluado por el cliente y dependerá de los factores determinantes del mismo.



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