infografía i hardware gráfico visión visión. 2002 j.c.dürsteler - upf- iua hardware gráfico...

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Infografía IInfografía I

Hardware GráficoHardware Gráfico

VisiónVisión

Hardware GráficoHardware Gráfico

VisiónVisión

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Hardware gráficoHardware gráfico

• Empieza a surgir con la disponibilidad de los Empieza a surgir con la disponibilidad de los tubos de rayos catódicos (Cathodic Ray Tubes o tubos de rayos catódicos (Cathodic Ray Tubes o CRTs) entre los años 50 y 60 .CRTs) entre los años 50 y 60 .

– Los primeros operaban como simples Los primeros operaban como simples osciloscopios. (Storage Tube) osciloscopios. (Storage Tube)

– Desaparecen en los años 70, cuando los sistemas Desaparecen en los años 70, cuando los sistemas raster empezaron a imponerse.raster empezaron a imponerse.

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0000000000010000000000000

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0000000100000001000000000

0000001100000000110000000

0000110000000000001100000

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0000110001100110000110000

0000110001100110000110000

Move 10,10

Line 10,40

Line 40,40

Line 40,10

Line 20, 5

Line 10, 10

Move 20,20

….

Hardware gráficoHardware gráfico

• Barrido (raster)Barrido (raster)

– Lee o dibuja puntos Lee o dibuja puntos discretos de una malla.discretos de una malla.

– DigitalDigital

– AliasingAliasing

– La mayoría hoy.La mayoría hoy.

• Vectorial.Vectorial.

– Traza líneas entre Traza líneas entre dos puntosdos puntos

– AnalógicoAnalógico

– No padece de No padece de aliasingaliasing

– La mayoría de los La mayoría de los sistemas obsoletossistemas obsoletos

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Dispositivos Dispositivos vectorialesvectoriales

• Storage Tube.Storage Tube.

– Tubo de rayos catódicos con un fósforo de larga Tubo de rayos catódicos con un fósforo de larga persistenciapersistencia

– La imagen se almacenaba en el fósforoLa imagen se almacenaba en el fósforo

– Se borraba aplicando un voltaje determinando al Se borraba aplicando un voltaje determinando al tubotubo

– Traza líneas entre dos puntosTraza líneas entre dos puntos

– No permite el movimientoNo permite el movimiento

– Absolutamente obsoleto.Absolutamente obsoleto.

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Dispositivos Dispositivos vectorialesvectoriales

• Display Caligráfico (o aleatorio).Display Caligráfico (o aleatorio).

– Tubo de rayos catódicos con un fósforo de corta Tubo de rayos catódicos con un fósforo de corta persistenciapersistencia

– La imagen se almacenaba en una memoria que La imagen se almacenaba en una memoria que contenía la lista instruccionescontenía la lista instrucciones

– Permite el movimiento y la InteractividadPermite el movimiento y la Interactividad

– Obsoleto.Obsoleto.

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Arquitectura de un Arquitectura de un display vectorialdisplay vectorial

Move 10,10

Line 10,40

Line 40,40

Line 40,10

Line 20, 5

Line 10, 10

Move 20,20

….

Controlador de displayControlador de display

Memoria de refrescoMemoria de refresco

OrdenadorOrdenador

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Dispositivos de Dispositivos de barrido. CRTbarrido. CRT

• Se efectúa una Se efectúa una barrido con una barrido con una frecuenciafrecuencia

– HorizontalHorizontal

– VerticalVertical

• La modulación de la La modulación de la intensidad produce la intensidad produce la imagenimagen

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Arquitectura de un Arquitectura de un sistema rastersistema raster

Controlador de displayControlador de display

Memoria de refrescoMemoria de refresco

OrdenadorOrdenador0000000000010000000000000

0000000011000110000000000

0000000100000001000000000

0000001100000000110000000

0000110000000000001100000

0000110000000000000110000

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0000110001100110000110000

0000110001100110000110000 Controlador de videoControlador de video

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Arquitectura B/NArquitectura B/N

DACDAC

PantallaPantalla

1

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Arquitectura Grises Arquitectura Grises (2(2nn))

DACDAC

PantallaPantalla

9

1 0 0 11 0 0 1

22nn grises grises n=4 => 2n=4 => 244 =16 =16

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Arquitectura Grises con Arquitectura Grises con LUTLUT

DACDAC

PantallaPantalla

1

2233 entradas de 4 bits entradas de 4 bits n=3 => 2n=3 => 233 =8 grises de =8 grises de una paleta de 2una paleta de 24 4 =16=16

0 0 10 0 1

1 0 0 11 0 0 1

LUTLUT

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Arquitectura Color Arquitectura Color elementalelemental

DACDAC

PantallaPantalla

2233 = 8 colores = 8 colores

R

G

B

DACDAC

DACDAC1

0

0

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Colores posibles con 3 Colores posibles con 3 bitsbits

Color Rojo Verde AzulNegro 0 0 0Azul 0 0 1Verde 0 1 0Rojo 1 0 0Añil 0 1 1Magenta 1 0 1Amarillo 1 1 0Blanco 1 1 1

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Arquitectura Color 24 Arquitectura Color 24 bitsbits

PantallaPantalla

2288 = 256 grados de color = 256 grados de color

8

DACDAC

1 0 1 01 0 1 0 1 0 0 11 0 0 1

B

8

DACDAC

1 0 0 01 0 0 0 1 0 0 11 0 0 1

G

8

DACDAC

0 1 1 00 1 1 0 1 0 0 11 0 0 1

R

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Arquitectura de color Arquitectura de color de 32 bitsde 32 bits

• 3 planos de 8 bits3 planos de 8 bits

• 222424 colores =16.777.216 colores =16.777.216

• 8 bits por pixel para calculo de transparencias. 8 bits por pixel para calculo de transparencias.

• Sólo se representan 16.777.216Sólo se representan 16.777.216

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Sistemas de EntradaSistemas de Entrada

• Lapiz óptico (light pen)Lapiz óptico (light pen)

• Tableta digitalizadoraTableta digitalizadora

• EscánerEscáner

• Ratón (mouse)Ratón (mouse)

• TecladoTeclado

• Cámaras digitalesCámaras digitales

• JoystickJoystick

• Volante y pedalesVolante y pedales

• Guantes digitales (Data Guantes digitales (Data Glove)Glove)

• Trajes de datosTrajes de datos

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Lapiz óptico (light pen)Lapiz óptico (light pen)

• En un display raster la En un display raster la imagen se genera en una imagen se genera en una secuencia determinada.secuencia determinada.

• Capta la luz de la pantalla Capta la luz de la pantalla cuando el haz pasa por élcuando el haz pasa por él

• Envía un pulso que Envía un pulso que permite calcular la x y la y.permite calcular la x y la y.

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Tableta digitalizadoraTableta digitalizadora

• Un apuntador sobre Un apuntador sobre una superficie planauna superficie plana

• PrincipiosPrincipios

– ElectromagnéticaElectromagnética

– UltrasonidosUltrasonidos

– CapacitivaCapacitiva

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EscánerEscáner

• Permite la copia digitalPermite la copia digital

• Una microcámara CCD barre la pantalla de Una microcámara CCD barre la pantalla de vidrio, fuertemente iluminada.vidrio, fuertemente iluminada.

• CIS Contact Image SensorCIS Contact Image Sensor

– Permite la portabilidadPermite la portabilidad

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Ratón (mouse)Ratón (mouse)

• Una bola mueve dos actuadores (x, y)Una bola mueve dos actuadores (x, y)– PotenciómetrosPotenciómetros

– Encoders digitales.Encoders digitales.

• ÓpticoÓptico– Dos celulas leen líneas de dos colores Dos celulas leen líneas de dos colores

sobre una alfombrilla plateadasobre una alfombrilla plateada

• MagnéticoMagnético

• No tienen una gran precisión.No tienen una gran precisión.

• Su origen de coordenadas es relativo.Su origen de coordenadas es relativo.

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Ratón (mouse)Ratón (mouse)

• Dos LEDs y sus Dos LEDs y sus detectores registran el detectores registran el movimientomovimiento

• Ambos LEDs están Ambos LEDs están ligeramente ligeramente desalineados para desalineados para detectar el sentido en detectar el sentido en que gira.que gira.

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TrackballTrackball

• Básicamente un mouse del revésBásicamente un mouse del revés

– No se desplazaNo se desplaza

– La bola la mueve el dedoLa bola la mueve el dedo

– Se ensucia menosSe ensucia menos

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TecladoTeclado

• Una serie de teclas, similar a una máquina de Una serie de teclas, similar a una máquina de escribir.escribir.

• Tecnología Tecnología

– de membranade membrana

– BurbujaBurbuja

– MecánicoMecánico

– Algunos inalámbricos.Algunos inalámbricos.• RadiofrecuenciaRadiofrecuencia

• InfrarrojosInfrarrojos

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Cámaras digitalesCámaras digitales

• Tecnología CCDTecnología CCD

– Una matriz de fotosensores. Una matriz de fotosensores.

– Resolución Resolución • 320x240320x240

• 640x480640x480

• ……

• 2048x15362048x1536

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JoystickJoystick

• Palanca de controlPalanca de control

– PotenciometrosPotenciometros

– Encoders digitalesEncoders digitales

– Sistemas magnéticosSistemas magnéticos

• Algunos poseen “force feedback”Algunos poseen “force feedback”

• Se usan básicamente en juegosSe usan básicamente en juegos

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Volante y pedalesVolante y pedales

• Básicamente paraBásicamente para

– Simulación de conducción.Simulación de conducción.

– Simulación de vuelo.Simulación de vuelo.

– Tecnología convencional.Tecnología convencional.

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Guantes digitales (Data Guantes digitales (Data Glove)Glove)

• Determina:Determina:

– Posicion X,Y,Z de la Posicion X,Y,Z de la manomano

– Angulo de la muñeca.Angulo de la muñeca.• BalanceoBalanceo

• AlabeoAlabeo

• TorsiónTorsión

– Flexión o extensiónFlexión o extensión• cada dedocada dedo

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Trajes de datosTrajes de datos

• Vestido con sensores de posiciónVestido con sensores de posición

–   CabezaCabeza

– TroncoTronco

– ArticulacionesArticulaciones

• TecnologíaTecnología

– Fibra ópticaFibra óptica

– Sensores Sensores • magneticosmagneticos

• giroscópicosgiroscópicos

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Sistemas de salidaSistemas de salida

• PantallasPantallas

– CRTCRT

– LCD-TFTLCD-TFT

– PlasmaPlasma

• PlottersPlotters

• ImpresorasImpresoras

– AgujasAgujas

– LaserLaser

– Chorro de tintaChorro de tinta

• Sistemas Sistemas estereoscópicosestereoscópicos

– DisplayDisplay

– Gafas PolarizadasGafas Polarizadas

– Obturadores Obturadores sincronizados con el sincronizados con el displaydisplay

• CavasCavas

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PantallasPantallas

• Tubo de rayos Tubo de rayos catódicos.catódicos.

– Cañón de electronesCañón de electrones

– Deflector horizontalDeflector horizontal

– Deflector verticalDeflector vertical

– Pantalla de fósforoPantalla de fósforo

– Electrónica de controlElectrónica de control

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PantallasPantallas

• LCD-TFTLCD-TFT

– Cristal LíquidoCristal Líquido

– TN: Twisted NematicTN: Twisted Nematic

– TFT: Thin Film TFT: Thin Film Transistor.Transistor.

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PlottersPlotters

• Una o varias plumillas se mueven Una o varias plumillas se mueven siguiendo trazos rectilíneos. siguiendo trazos rectilíneos.

• Han tenido una gran aceptación en Han tenido una gran aceptación en las oficinas técnicas y de las oficinas técnicas y de arquitecturaarquitectura

• Producen gráficos sin el problema Producen gráficos sin el problema del aliasing de que adolecen los del aliasing de que adolecen los gráficos raster. gráficos raster. 

• Han ido cediendo el puesto a las Han ido cediendo el puesto a las impresoras raster de gran formato.impresoras raster de gran formato.

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Impresoras LaserImpresoras Laser

• La unidad de barrido La unidad de barrido láser impresiona un láser impresiona un rodillo fotosensiblerodillo fotosensible

• Este atrae el tóner Este atrae el tóner (microesferas de (microesferas de plástico) a las zonas plástico) a las zonas cargadas cargadas electrostáticamente por electrostáticamente por el láserel láser

• Al calentarse el plástico Al calentarse el plástico se funde sobre el papel.se funde sobre el papel.

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Impresoras Chorro de Impresoras Chorro de TintaTinta

• La cabeza de escritura está compuesta por La cabeza de escritura está compuesta por multiples inyectoresmultiples inyectores

• Cada inyector tiene un calentador (1)Cada inyector tiene un calentador (1)

• Cuando éste actúa vaporiza una burbuja de Cuando éste actúa vaporiza una burbuja de tinta (2)tinta (2)

• La burbuja deplaza una gota de tinta y la La burbuja deplaza una gota de tinta y la proyecta contra el papel (3)proyecta contra el papel (3)

• La emisión sincronizada de gotas de tinta La emisión sincronizada de gotas de tinta crea las imágenes o caracteres.crea las imágenes o caracteres.

1

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Sistemas de Realidad Sistemas de Realidad VirtualVirtual

• InmersivoInmersivo

– Realidad virtual auténticaRealidad virtual auténtica

• No inmersivoNo inmersivo

– Realidad aumentadaRealidad aumentada

– Visión estereoscópicaVisión estereoscópica

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Sistemas Sistemas estereoscópicosestereoscópicos

• DisplayDisplay

• Gafas PolarizadasGafas Polarizadas

• Obturadores Obturadores sincronizados con el sincronizados con el displaydisplay

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Sistemas de InmersiónSistemas de Inmersión

• CavaCava

– Habitación sobre la Habitación sobre la que se proyectan las que se proyectan las imágenes imágenes sincronizadas con el sincronizadas con el movimiento del movimiento del usuario.usuario.

– El usuario lleva El usuario lleva detectores que detectores que permiten modificar la permiten modificar la escenaescena

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Infografía 1Infografía 1

Implementación en distintas arquitecturasImplementación en distintas arquitecturasImplementación en distintas arquitecturasImplementación en distintas arquitecturas

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Implementación Implementación

• Diferencias principales: Diferencias principales: La existencia o ausencia de una interfaz gráfica de La existencia o ausencia de una interfaz gráfica de

usuario usuario

La forma en que procede la secuencia de ejecución La forma en que procede la secuencia de ejecución soportada por el sistema en concreto soportada por el sistema en concreto

Los dispositivos de entrada y salida y su Los dispositivos de entrada y salida y su accesibilidad desde los programas accesibilidad desde los programas

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ImplementaciónImplementación

• Compiladores Compiladores

– típicamente en lenguaje C, típicamente en lenguaje C,

– principal problema: almacenamiento de los tipos principal problema: almacenamiento de los tipos fundamentales. fundamentales.

– Algunos compiladores consideran que un entero se Algunos compiladores consideran que un entero se debe almacenar con 32 bits. Otros lodebe almacenar con 32 bits. Otros lo guardan en guardan en dieciséis bitsdieciséis bits

– Alineación Byte más significativo 1º o 2ºAlineación Byte más significativo 1º o 2º

– Arquitectura plana o base + desplazamientoArquitectura plana o base + desplazamiento

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UNIXUNIX

• Bell Labs años 70 => Lenguaje CBell Labs años 70 => Lenguaje C

• 1973 UNIX reescrito en C1973 UNIX reescrito en C

• X-Window MIT proyecto AthenaX-Window MIT proyecto Athena

– X Server Interpreta peticiones, mantiene la cola de X Server Interpreta peticiones, mantiene la cola de sucesos event queue. Librería X.sucesos event queue. Librería X.

– X client Envía las peticiones y actúa sobre el X client Envía las peticiones y actúa sobre el hardware concreto.hardware concreto.

– XopenDisplay()XopenDisplay()

– Event LoopEvent Loop

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Windows y MS-DOSWindows y MS-DOS

• Predominantes en máquinas IntelPredominantes en máquinas Intel

– Complejidad elevadaComplejidad elevada

• En Windows, prácticamente imposible hasta En Windows, prácticamente imposible hasta DirectXDirectX

– Capa por encima de los driversCapa por encima de los drivers

– Permite aceleración por hardwarePermite aceleración por hardware

• MS-DOS estructura muy diferenteMS-DOS estructura muy diferente

– El sistema operativo no proporciona El sistema operativo no proporciona independencia de dispositivo (Salvese quien independencia de dispositivo (Salvese quien pueda)pueda)

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WindowsWindows

• Windows abre una o más ventanas y entra en el Windows abre una o más ventanas y entra en el bucle de sucesos (event loop)bucle de sucesos (event loop)

– Los dispositivos envian mensajesLos dispositivos envian mensajes

– La función PeekMessage() La función PeekMessage() • Procesa mensajesProcesa mensajes

• Los envía a la función correspondienteLos envía a la función correspondiente

• Se basa en una estructura (msg)Se basa en una estructura (msg)

• La aplicación es responsable de avisar al sistema de La aplicación es responsable de avisar al sistema de que partes de sus ventanas se han de actualizar.que partes de sus ventanas se han de actualizar.

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Mac OSMac OS

• Apple (Jobs & Wozniak)Apple (Jobs & Wozniak)

• ManagersManagers

– Device ManagerDevice Manager

– File ManagerFile Manager

– Windows ManagerWindows Manager

– Event Manager…Event Manager…

• Las aplicaciones responsables de inicializar los Las aplicaciones responsables de inicializar los managers necesariosmanagers necesarios

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Mac OSMac OS

• Una vez inicializados se puede empezar a abrir Una vez inicializados se puede empezar a abrir ventanasventanas

• Hard gráfico a traves de servicios de QuickDrawHard gráfico a traves de servicios de QuickDraw

– Gworld: estructura importanteGworld: estructura importante

– Funciones asociadas para la manipulación de Funciones asociadas para la manipulación de mapas de bits.mapas de bits.

• Bucle de sucesos equivalente a otros sistemas.Bucle de sucesos equivalente a otros sistemas.

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Mac OSMac OS

• Antes de MacOS X no había protección de Antes de MacOS X no había protección de memoriamemoria

– Una aplicación puede colgar toda la máquina.Una aplicación puede colgar toda la máquina.

• MacOS XMacOS X

– Resuelve los problemas de protección de memoria. Resuelve los problemas de protección de memoria.

– Multitarea muy mejoradaMultitarea muy mejorada

– El kernel es UNIX.El kernel es UNIX.

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Consolas de Consolas de videojuegosvideojuegos

• Generación 16 bitsGeneración 16 bits

– Sega MegadriveSega Megadrive

– SuperNintendoSuperNintendo

• Ultimos avances Ultimos avances

– Plastation y Playstation Plastation y Playstation IIII

– Sega DreamcastSega Dreamcast

• Arquitectura RISCArquitectura RISC

– MIPS R3000…MIPS R3000…

– CoprocesadoresCoprocesadores

• ProgramaciónProgramación

– Compiladores cruzadosCompiladores cruzados

– Herramientas Herramientas específicas de específicas de desarrollodesarrollo

– Muy costosasMuy costosas• En dineroEn dinero

• En curva de En curva de aprendizajeaprendizaje