La generación de imágenes por ordenador

 

Luís Gómez‑Cornejo Díaz

 

Antiguas aspiraciones artísticas resultan satisfechas ahora por la generación de imágenes por medio de los ordenadores. Pero la informática sirve no sólo para la realización de composicio­nes de alto valor plástico, sino también para multitud de aplicaciones de la imagen a la técnica, la ciencia y las artes.

 

Aunque la historia de la genera­ción de imágenes por ordena­dor es hasta cierto punto re­ciente, ya hace quinientos años se vislumbró que algo parecido revolucionaría nuestro sentido de percepción en muchos aspectos. Con la falta de medios inhe­rentes al Renacimiento, Leonardo da Vinci ya reflexionó sobre las grandes limitaciones de la pintura para satisfacer los impulsos creativos en el momento que se abalanzaban sobre sus ojos y su intelecto. De joven se inició en la pintura y con ella pudo legar a la humanidad una admira­ble obra artística y de anatomía, pero se dió perfecta cuenta de que sin importar la capaci­dad del artista o el científico, no podía plasmar la perfecta geometría de una pájaro en vuelo, en los medios estáticos de entonces. Probable­mente es por esto por lo que Leonardo enfocó su atención hacia las ciencias matemáticas, bus­cando en ellas una herramienta con la que un artista pudiese crear con las únicas limitaciones de la visión y el intelecto humano.

No hace ni treinta años que este medio ha podido ser vislumbrado en la forma de Genera­ción de Imágenes por Ordenador. A una escala que Leonardo nunca dejó plasmado en sus no­tas, la tecnología de la Generación de Imáge­nes por Ordenador permite, hoy, extender el sentido del arte visual hacia nuevas fronteras; nuevas pero anheladas desde hace años por ar­tistas y hombres de ciencia.

Los ordenadores no sólo nos sirven para rea­lizar composiciones visuales de alto valor plásti­co, sino que la captación y proceso de imáge­nes lo convierte en un instrumento impresionan­te para la investigación. Mundos enteros se nos han destapado, las distribuciones térmicas del cuerpo humano y la actividad del cerebro, el aspecto geológico y biológico de la tierra en su superficie desde nuevos puntos de vista, o la clasificación de las ondas radio de múltiples ob­jetos del Universo.

Además, hoy día, la tecnología de los ordena­dores ha ayudado a crear un vasto flujo de imá­genes para artistas, fotógrafos y cinematógrafos, pero lo que, en nuestra opinión, más aportará esta nueva técnica, es permitir al usuario indivi­dual interactivar con la imagen él mismo y en tiempo real.

El mundo de la simulación visual es sin duda, al menos para nosotros, la gran aportación veni­dera de la generación de imágenes por orde­nador que con los toques de irrealidad necesa­rios, serán al fin de la meta del sueño de Leo­nardo hace quinientos años.

De cualquier manera, acaba de nacer.

La pretensión de crear imágenes data desde los inicios del ordenador, cuando con impreso­ras se intentaba emular diversos tonos de grises con la superposición de caracteres, creando así dibujos en blanco y negro. Pero para todos los implicados en este campo, el punto de comien­zo lo situamos en 1951, en Cambridge (Massa­chusetts), donde se realiza, por primera vez, la conexión de un ordenador a una pantalla CRT (Tubo de rayos catódicos).

En el M.I.T. (Instituto Tecnológico de Massa­chusetts) se utiliza un ordenador, el Whirlwind, que con salidas de pantalla, soporta la primera aplicación de los ordenadores gráficos, el SADE Air Defense System de la Aviación esta­dounidense. Como en multitud de ocasiones es la Defensa la que impulsa las investigaciones.

Al inicio de los años 60, Ivan Sutherland abre una nueva vía en la utilización de los ordenado­res gráficos, la interactividad, con su sistema Sketchpad, que a su vez es la primera herra­mienta conocida de Diseño Asistido por Orde­nador. A Ivan Sutherland se le considera hoy en día el padre de los sistemas visuales interacti­vos.

Más tarde, tanto en la Universidad de Utah como en el M.I.T. o en el Instituto Tecnológico de Nueva York, hombres como Jim Blinn, Mar­tin Newell etc., algunos de ellos alumnos de Sutherland, hacen avanzar enormemente esta técnica, paralelamente al crecimiento en capa­cidad y velocidad de las máquinas que debían soportarlas y de los equipos que debían realizar el Arte Final.

En la mitad de los años 80 la generación de imágenes por ordenador se ha generalizado, ha dejado de ser materia exclusiva de estudio de Universidades y Laboratorios, y somos muchos los que trabajamos con ella y la acercamos a la sociedad, integrándose totalmente en ella, aun­que aún, ‑al menos en nuestro país si realizáse­mos una encuesta por la calle sobre las utilida­des de los ordenadores‑, difícilmente nadie, o un número insignificante de consultados, nos haría mención de que un ordenador sirve, tam­bién, para generar imágenes.

Sin embargo, todos los encuestados están viendo imágenes generadas por ordenador dia­riamente en su receptor de televisión.

Naturalmente, no todos los ordenadores son capaces de realizar imágenes. Han de tener ciertas habilidades muy particulares, que les di­ferencian de los demás:

 

Han de ser veloces, por el gran número de datos y parámetros que han de manejar y calcular.

Han de presentar el resultado de una ma­nera fácilmente perceptible para el ojo hu­mano y para los equipos de copiado de las imágenes.

Deben de tener ciertos órganos que facili­ten la adquisición de datos, tanto numéri­cos como procedentes de la interacción del hombre.

 

La generación de imágenes por ordenador es una de las aplicaciones más retrasadas y desconocidas pero, ¿Cuál es la razón?

Alguna de las reflexiones anteriores nos des­cubre la respuesta. El ojo es el medio de capta­ción más perfecto que tenemos los hombres, su poder de percepción es tal que es casi imposi­ble engañarlo con algo burdo o mal resuelto. El ojo siempre distinguirá las imperfecciones y dará al cerebro perfecta cuenta de ellas para, al comparar con el mundo real, descubrir las enormes limitaciones de la generación de imá­genes.

Podemos recalcarlo con un ejemplo compa­rativo:

Cualquiera de nosotros ha visto y oído un ór­gano electrónico, y puede haberse sorprendido de la excelente simulación del sonido del piano que realiza al seleccionar cierto registro, Tan buena es la simulación del piano que se cons­truyen y comercializan “pianos” que no son en realidad pianos, sino “simuladores de pianos” electrónicos.

Nuestro oído difícilmente nos revelará la dife­rencia. Ha sido engañado por una serie de cir­cuitos electrónicos, generalmente digitales, que vale unos escasos miles de pesetas, y del que disponíamos desde hace varios años.

Las áreas de aplicación de la generación y proceso de imagen por ordenador no están aún más que difusamente dibujadas. Aún así intenta­remos dar un repaso a las más adelantadas:

 

-          Simulación visual.

-          Diseño industrial.

-          Arte Visual.

-          Proceso de Imágenes.

-          Animación por Ordenador.

-          Videojuegos.

 

En el futuro, probablemente no serán éstas las áreas de aplicación más significativas, pero seguro que estarán alrededor de tres concep­tos definitivos: Simulación, Interactividad y Co­municación.

Para adquirir un conocimiento previo de este campo vamos a considerar brevemente las apli­caciones más importantes en este momento.

 

1. Simulación Visual

 

La introducción del ordenador, ha permitido utilizarlo como un instrumento que nos ha brin­dado la potencia de un telescopio y la defini­ción de un microscopio para aumentar el rango de nuestro conocimiento tanto a escalas galácti­cas como a niveles moleculares.

El ordenador gráfico ha permitido realizar si­mulaciones visuales de los diferentes ángulos de enlace de macromoléculas, ha facilitado el aspecto de la estructura del ‑ADN, de las co­rrientes de aire inducidas alrededor de la tobe­ra de un motor cohete del Space Shuttle, del comportamiento de fluidos en condiciones im­posibles de lograr naturalmente.

Además, nos ha enseñado el aspecto final de la urbanización de un área de terreno, de los efectos de una autopista sobre un ecosistema, de los anillos de Saturno al cruzarlos la nave Voyager, de un edificio y hasta de una habita­ción, mucho antes de que se construyeran o vi­sitaran. Aunque quizá sean los ejemplos de si­mulación en tiempo real los procesos más lla­mativos.

Hoy son pocas las tripulaciones de aeronaves civiles de pasajeros que no ven los Aeropuertos en los que operan normalmente a la vez que realizan sus prácticas en un simulador de ins­trucción, o los operadores de tiro, o los astro­nautas, o los marinos, o los comandantes de Ca­rros de Combate, o un sin número de otros pro­fesionales que realizan sus entrenamientos sin necesidad de exponer sus vidas, ni el material, a riesgos innecesarios.

La simulación visual en tiempo real se nutre de las experiencias que en la creación de imá­genes, en cuanto a emulación de la realidad, y se enfrenta al gran reto de reproducirlas a la velocidad de 25 imágenes por segundo.

No les extrañe que en no muchos años cual­quier persona pueda pasear por las calles de una ciudad lejana, admirando sus monumentos, sentado cómodamente en una butaca de su casa, frente a un ordenador.

Simulación e interactividad unidas son el gran secreto de estas aplicaciones.

 

2. Diseño Industrial

 

Es este, el campo de aplicación más antiguo y probablemente el más desarrollado en la ac­tualidad.

El ordenador es una herramienta perfecta para la realización de diseños de prototipos, confección de planos y vistas, etc. en campos tan diversos como:

 

Arquitectura.

Obras civiles.

Industria Aeroespacial.

Industria de Automoción.

Electrónica.

Etc...

 

Conocido universalmente como CAD/CAM (Diseño asistido por ordenador, manufactura asistida por ordenador y Delineación asistida por ordenador) se sirve de técnicas numéricas para crear piezas en tres dimensiones, averi­guando sus características de peso, situando su centro de gravedad, estudiando su encaje den­tro de un conjunto, optimizando su sistema de ensamblaje y fabricación, etc., y permite a los profesionales no especializados en Informática utilizar los sistemas de diseño mejorando su ca­lidad y abaratando su costo.

El CAD/CAM ha prestado muchas de sus téc­nicas a otras aplicaciones tales como transfor­maciones 3‑D, suavización de superficies, análi­sis de elementos finitos, organización de bases de datos gráficos, y a su vez ha recibido de otras, simulación y arte visual, las técnicas de texturas, luces, animación, optimización en tiem­po real, etc.

Valga como ejemplo de CAD/CAM que las estimaciones de las características de una aero­nave se saben hoy por adelantado, aún antes de realizar el prototipo, con errores menores a un 3%, a la vez que se diseñan las máquinas he­rramientas para su realización real.

 

3. Arte Visual

 

Es numerosísimo el grupo de artistas gráficos que en los últimos años se han interesado por sistemas de ordenadores gráficos para la crea­ción, primero de bocetos y luego de Artes Fina­les.

La llegada de este tipo de profesionales, por las características de su formación, general­mente poco científica, fue una gran revolución en la generación de imágenes. A ellos no les importaban las fórmulas, ni los números ni los programas. Ellos querían pintar, seleccionar, componer, borrar. Eran el usuario perfecto para la “Interactividad” con el ordenador.

Para ellos nació un grupo completo de apli­caciones específicas que se denominaron “Computer Art” y que agrupaba campos de aplicación dentro de la pintura, la fotografía, el diseño gráfico, la rotulación, la publicidad, etc., que les permitirán sustituir desde el pincel a las transparencias con acetato, pasando por aeró­grafos, letras transferibles, procesos fotográfi­cos, por tabletas gráficas, ratones, menús, tecla­dos, pantallas, digitalizadores, etc.

Las imágenes que soportan estas aplicacio­nes son generalmente de tipo medio, con artes finales muy pefeccionados en Copia Fotográfica de Alta Resolución. Pero no podemos prever el valor que estas obras tendrán artísticamente en el futuro, cuando el tiempo decante las noveda­des, los ensayos, y nos perpetúe las genialida­des de estos nuevos artistas.

El Arte Visual, a su vez se ha beneficiado de los otros campos de aplicación, pero quizá la que más se ha popularizado sea la generación de imagen.

 

4. Proceso de imágenes

 

Es quizá la aplicación con menos personali­dad propia, pero que más aporta a otras.

El proceso de una imagen se suele realizar de una forma numérica, es decir, contando con una imagen mapeada en píxeles, y cada uno de ellos con un valor dentro de una escala (color, grises, etc.) es una matriz de puntos. Esta matriz de puntos se obtiene de la digitalización de una imagen real, ya sea tomada por una cámara de televisión, por un microdensitómetro o por un sensor a bordo de un satélite artificial.

Con la imagen digitalizada se puede acome­ter una serie de procesos estadísticos, geomé­tricos, etc., para obtener una imagen procesada de cierto valor en la aplicación.

Las áreas más normales son:

 

Imágenes de recursos terrestres tomadas por satélites en órbita baja, del tipo LAND­SAT.

Imágenes creadas a partir de las señales recopiladas por radiotelescopios y espec­troscopios.

Imágenes de radiografías, tanto en Medici­na como en Metalurgia.

Y muchas más relacionadas directamente con otras aplicaciones de generación de imagen.

 

La típica aplicación de proceso de imagen es la de aprovechamiento de las fotografías trans­mitidas por el MSS (Multiespectral Scanning System) a bordo de los satélites LANDSAT o de la matriz de puntos del TM (Thematic Mapper), que nos brindan la oportunidad de descubrir interesantes aspectos en Agricultura, como la aparición de plagas, evaluación de cosechas, optimización del suelo, estadística, descubri­miento de yacimientos, etc.

 

5. Animación por Ordenador

 

La animación por ordenador era el desarrollo natural del Arte Visual. Una vez que las imáge­nes se consiguieron producir con una calidad aceptable, el hecho de realizar secuencias ani­madas estaba con un medio de copiado idóneo, la cámara de cine, paso a paso, abriendo uno de los hechos que dentro del campo de la ge­neración de imágenes llama más la atención del público por su aplicación en grandes produc­ciones cinematográficas y de televisión.

Como animación por ordenador se entiende en los medios profesionales dos diferentes apli­caciones:

 

La utilización del ordenador como herra­mienta de almacenaje y la presentación de dibujos animados.

La realización de imágenes por ordenador por medio de métodos numéricos o afines, basados en CAD ‑ CAM o de simulación.

 

De la primera hemos visto multitud de aplica­ciones en series de dibujos animados en la tele­visión. En realidad se aparta un poco de nues­tro artículo.

De la segunda, las películas como TRON, THE LAST STARFIGHTER, etc. y varias cabe­ceras de televisión y spots de publicidad han sido las realizaciones más características hasta ahora.

El futuro de la animación por ordenador se acerca mucho al de la simulación, y esperamos que en no mucho tiempo, la calidad de la ima­gen de la animación por ordenador se comple­mentará con la velocidad y la interactividad de la simulación visual, aunando probablemente ambas técnicas.

¿No han pasado nunca una buena tarde ju­gando contra una horda de marcianos en un or­denador personal, en una máquina de un bar, etc.?

La aplicación de video‑juegos es un área in­termedia entre Simulación y Generación, pero basado totalmente en programas especializa­dos, en máquinas dedicadas producidas en grandes tiradas millonarias y distribuidas por todo el mundo, sin contar con los juegos que se venden para ordenadores personales que son innumerables.

Como hemos apuntado al principio, Simula­ción, Interacción y Comunicación, son las pala­bras clave.

La generación de imágenes por ordenador nos brinda la posibilidad de “ver” escenas a las que de otra manera nunca podríamos acceder. Lo cual ayuda enormemente a comprenderlas mejor, emulando la realidad en todos los deta­lles, o adaptándose en tiempo real a nuestras órdenes. Nos ayudan a perfeccionarnos y a per­feccionar nuestro entorno, así como a compartir nuestros conocimientos con nuestros semejantes.

Nunca un mundo tan irreal ha ayudado tanto a entender la realidad que nos rodea. Y ade­más es divertido!!!

 

BIBLIOGRAFIA

 

Fundamentals of Interactive Computer Graphics. FOLEY Y ADAMS. Addison.

Computer Images. Joseph Deken.

Computer Graphics. 18 ACM SIGGRAPH. STOP NY.