UNIDAD V

5.1 Procesamiento de imagenes
Tiene como objetivo mejorar el aspecto de las imagenes y hacer mas evidentes en ellas ciertos detalles que se desean hacer notar. La imagen puede haber sido generada de muchas maneras como fotograficamente o electronicamente por medio de television. El procesamiento de las imagenes se puede hacer por medio de metodos opticos, o bien por medio de metodos digitales, en una computadora.

PROCESO DE FILTRADO
Los principales objetivos son:

- Suavizar la imagen. reducir la cantidad de variaciones de intensidad entre pixeles vecinos.
- Eliminar ruido. Eliminar aquellos pixeles cuyo nivel de intensidad es muy diferente al de sus vecinos y cuyo origen puede estar tanto en el proceso de adquisicion de la imagen como en el de transmision.
- Realzar bordes. Destacar los bordes se localizan en una imagen.
- Detectar bordes. Detectar los pixeles donde se produce un cambio brusco en la funcion intensidad.


5.2 VISION POR COMPUTADORA
La vision por computadora es una rama de la inteligencia artificial que tiene por objetivo modelar matematicamente los procesos de percepcion visual en los seres vivos y generar programas que permitan simular estas capacidades visuales por computadora.

El proceso de vision por computadora puede subdividirse en sus areas principales:

- Sensado. Es el proceso que nos lleva a la obtencion de una imagen visual
- Preprocesamiento. Trata de las tecnicas de reduccion de ruido y enriquecimiento de detalles en la imagen
- Segmentacion. Es el proceso que particiona una imagen en objetos de interes
- Descripcion. Trata con el computo de caracteristicas utiles para diferenciar un tipo de objeto de otro.
- Reconocimiento. Es el proceso que identifica esos objetos
- Interpretacion. Asigna un significado a un conjunto de objetos reconocidos.

5.3 ANIMACION POR COMPUTADORA
La animacion es la simulacion de un movimiento, creada por la muestra de una serie de imagenes o cuadros. Un ejemplo sencillo de esto son las caricaturas, que pertenecen a la animacion tradicional. Hace algunos anos se debia de dibujar cada cuadro y se unian para formar una imagen animada. Ahora, el uso de la computadora permite crear escenas mucho mas reales.

La animacion por computadora se puede definir como un formato de presentacion de informacion digital en movimiento a traves de una secuencia de imagenes o cuadros creadas o generadas por la computadora se utiliza principalmente en videojuegos y peliculas.

Tecnicas de animacion:

- Animacion en acetatos. Los acetatos de animacion se colocan en capas, una encima de la otra, para producir un solo cuadro de animacion. Se utiliza un acetato separado para la capa del fondo y otro para cada objeto que se mueve independientemente sobre el fondo.

- Animacion basada en cuadros. Es el tipo mas simple de animacion. Quiza de nino tuvieron uno de esos libros que contenian una serie de dibujos al hojear rapidamente el libro, los dibujos de las paginas sucesivas aparentaban movimiento.

- Animacion en Sprite. Esta animacion es tambien llamada animacion basada en repartos cada un sprite puede ser un objeto, es sobrepuesto y animado sobre un fondo estatico. Esta animacion es muy comun en videojuegos.

ACTIVIDAD
Graficacion en medicina.
Uno de los precursores en el estudio cientifico y detallado del terreno de la medicina a traves de la imagen fue Andreas Vesalio. Pero vesalio y sus sucesores dibujaban a mano todos sus modelos, algo que desde una perspectiva moderna, es poco eficiente. No podrian haberse imaginado el desarrollo tan espectacular que iba a sufrir su campo tres siglos mas tarde.

La segunda gran revolucion fue el descubrimiento y desarrollo de los rayos X. El exito de esta tecnica viene de que una imagen obtenida en una CT consigue distinguir diferencias minimas de intensidad, hecho que permitio, por ejemplo, diferenciar a nivel cerebral, las sustancias gris y blanca.

La tercera gran revolucion fue La Resonancia Magnetica que permite desde el estudio del cerebro de enfermos de esquizofrenia hasta el de los ligamentos de los deportistas. La MR es un fenomeno fisico basado en las propiedades magneticas que poseen los nucleos atomicos.

La cuarta gran revolucion fue la ecografia, esta muy ligada a un instrumento belico, el sonar, desarrollado por cientificos en la SGM. Se trata de una tecnica no invasiva basada en la utilizacion de ultrasonidos para estudiar la estructura de los tejidos, diferenciando tejidos sanos de tejidos patologicos.



 GRAFICACION EN EDUCACION
 Se utilizan instrumentos a menudo como ayuda educativa, modelos de sistemas fisicos, financieros y economicos, los cuales se generan por computadora. Modelos de sistemas fisicos, sistemas fisiologicos, tendencias de poblacion o equipo, pueden ayudar a los estudiantes a comprender la operacion del sistema. En el caso de algunas aplicaciones de capacitacion, se disenan sistemas especiales, como los simuladores para sesiones de practica o capacitacion de capitanes de barco, pilotos de avion, operadores de equipo pesado y el personal de control de trafico aereo. Algunos simuladores no tiene pantallas de video, por ejemplo simulador de vuelo. No obstante, la mayor parte de los simuladores cuenta con pantallas graficas para la operacion visual.


GRAFICACION EN PUBLICIDAD

 La mejor publicidad grafica siempre ha sido venerada y elevada a la categoria de arte. Propuestas creativas, fotografia, tecnologia aplicada a la imagen, etc. todos son ingredientes de una formula donde existe un componente especial. El mensaje.

Sin duda el elemento quizas mas importantes en toda pieza artistica y creativa  y como no tambien de anuncios de la publicidad grafica donde el objetivo principal se fundamente en conseguir la forma mas eficaz de transmitirlo sin necesidad apenas de recurrir a las palabras.



GRAFICACION EN ENTRETENIMIENTO
Es muy comun utilizar metodos de graficos por computadora para producir peliculas, videos musicales y programas de television. En ocasiones, se despliegan solo imagenes graficas y otras veces, se combinan los objetos con los actores y escenas en vivo. Por ejemplo en una escena grafica para la pelicula Start Treck, se dibujan en forma de armazon el planeta y la nave espacial y se sombrean con metodos de presentacion para producir superficies solidas. Al igual que pueden aparecer personas en forma de armazon combinadas con actores y una escena en vivo. Los videos musicales aprovechan las graficas de muchas maneras, se pueden combinar objetos graficos con accion en vivo, o se pueden utilizar tecnicas de procesamiento de imagenes para producir una transformacion de una persona o un objeto en otro.

CRUCIGRAMA

1. Superficies DIFUSAS - se caracterizan por reflejar la luz en todas las direcciones. Paredes pintadas con mate.

2. La luz puede dejar una superficie mediante dos procesos fundamentales:

•  Emisión PROPIA

•   REFLEXION

3. Si la superficie es OPACA, reflexión y absorción significará de toda la luz que dé en la superficie

4. SPOTLIGHTS (Luces direccionales): se caracterizan por un rango delgado de ángulos por los cuales se emite luz

 Se describe una fuente mediante una función de 5. INTENSIDAD o 8.    LUMINANCIA de tres componentes.

6. Fuentes de PUNTO: emite luz de manera igual en todas las direcciones.

  

Luz 7. AMBIENTE:  lograr un nivel de luz uniforme en el cuarto. Esta iluminación uniforme se llama

Superficies 10. ESPECULARES - se ven relumbrantes porque la mayoría de la luz reflejada ocurre en un rango de ángulos cercanos al ángulo de reflexión.

Luces 11. DISTANTES:  si la fuente de luz está lejos de la superficie, el vector no cambiará mucho según se mueve de un punto a otro, al igual que la luz del sol da en todos los objetos cercanos entre si con el mismo ángulo.

Técnicas de Sombreado Clásicas y Avanzadas

Técnicas de sombreado clásicas y avanzadas

Clásicas: Iluminación local

Cálculos de iluminación por vértices: Es necesario que el cálculo del color se lleve a cabo según las luces encendidas por cada vértice y las propiedades de éste.

Posterior relleno de triángulos: Se llevan a cabo varias fases de procesamiento por pixel. Se comprueba cada pixel es visible o no.

Se modifica el color que corresponde, de acuerdo a la textura o transparencia existentes.

En la última fase, se asignan colores a cada pixel de cada triángulo. Dichos colores deben calcularse por el método de Gouraud, interpolando linealmente entre los colores de cada vértice del triángulo que se está visualizando.

Renderizado en tiempo real: La renderización consiste en generar imágenes a partir de un modelo, utilizando algún software de una computadora. Se utiliza en la producción de imágenes en tres dimensiones para video juegos, diseño computacional, efectos especiales del cine y la TV.

El renderizado en tiempo real es en donde todos los movimientos y cambios de escena se calculan en ese mismo instante, debido a que no son predecibles hasta haber tomado una decisión.

Realistas: Iluminación global

Trazado de rayos: Algoritmo para sintetizar imágenes en 3D. Se basa en el algoritmo de determinación de superficies visibles de Arthur Appel denominado Ray Casting, el cual consiste en determinar las superficies que son visibles en la escena que se quiere sintetizar trazando rayos desde la cámara hasta la  escena a través del plano de la imagen.

Este algoritmo, extiende la idea de trazar rayos para determinar las superficies visibles con un proceso de sombreado que tiene en cuenta efectos globales de iluminación.

Radiosidad: Técnica que calcula el intercambio de luz entre superficies difusas, lo cual se consigue subdividiendo el modelo en pequeñas unidades que se denominan parches, los cuales a su vez, se subdividen en unidades más pequeñas, elementos, los cuales serán la base de la distribución de luz final.

Cálculos de iluminación por pixel: Tecnología ofrecida por primera vez por NVIDIA Shading Rasterizer. Este tipo de iluminación libera a los desarrolladores de restricciones y pone efectos sofisticados al alcance. Antes de asignar un color por pixel, se realiza un cálculo de iluminación mediante un ordenador para sombrear los pixeles basándose en alguna luz presente en la escena.

Alto acabado: Se obtiene una intensidad que es aplicada al conjunto de puntos del objeto, el cual representa una superficie plana del objeto modelado  y no de un objeto curvo.

Sombreado Constante o Plano

Un cálculo para todo el polígono:

El sombreado constante aplica un modelo de iluminación sólo una vez y permite determinar un valor de Iλ , para un polígono.

En el sombreado Interpolado, la información de sombreado se interpola linealmente sobre un triángulo, a partir del valor de sus vértices.

Interpolación de Intensidades (Gouraud).

Este método calcula la intensidad de los pixeles a lo largo de la línea de escaneo por interpolación. Elimina la discontinuidad de la intensidad entre los polígonos que se presenta en el método de sombreado con intensidad constante.

Se requiere hacer los siguientes cálculos por cada polígono:

·         Determinar el vector unitario normal de los vértices, el cual es el promedio de las normales de las caras que comparten el vértice.

·         Calcular la intensidad de cada vértice aplicando el modelo de iluminación.

·         Interpolar linealmente las intensidades sobre las aristas del polígono.

·         Interpolar las intensidades de los pixeles entre las aristas.

Interpolación de Normales (Phong).

Este método  interpola las normales para cada punto de la superficie. Consiste en:

·         Determinar el vector unitario de la normal de los vértices, el cual es el promedio de las normales de las caras que comparten el vértice.

·         Interpolar linealmente las normales sobre las aristas del polígono.

·         Interpolar linealmente las normales de los pixeles entre las aristas.

·         Aplicar el modelo de iluminación a lo largo de cada línea de escaneo para calcular las intensidades de cada pixel.

Ray-Tracing

Recortado de caras traseras

Buffer de profundidad: Mantiene valores de distancia para cada pixel. Cada valor representa la distancia existente al pixel desde la posición de la cámara y se escala para quedar dentro del volumen de trabajo actual. Se utiliza para ejecutar la eliminación de caras ocultas y otros efectos especiales.

Buffer de Stencil: Proporciona funciones para restringir el dibujo en pantalla. Puede usarse para cerrar ciertas áreas de la  pantalla. Una de las aplicaciones más interesante es el sombreado.

Buffer de acumulación: proporciona soporte para muchos efectos especiales como difuminado dinámico y profundidad de campo. Soporta antiescalonado a pantalla completa y menos complejo que los otros buffers.

Fuentes de color: Es posible modelar fuentes de luz, para muchas aplicaciones, en  base a los componentes RGB y puede usarse cada uno de los colores fuentes para obtener el componente de color correspondiente.

Luz ambiente: Proviene de una fuente que ha sido disipada por el entorno y no se puede determinar su dirección. Cuando una luz ambiente golpea una superficie, se disipa en todas direcciones.

Spotlights (direccionales): Se caracterizan por un rango de ángulos por los que se emite luz. Puede construirse un spotlight sencillo de una fuente de punto limitando los ángulos de donde la luz fuente se puede ver.

Fuentes de luz distantes: Simula una luz situada a gran distancia del objeto iluminado, Sus parámetros son:

·         Acimut que  es donde se define el ángulo de la dirección de la fuente de luz.

·         Elevación que define el ángulo en grados de la dirección de la fuente de luz por encima del plano.