Historia del diseño asistido por computadora

Historia del diseño asistido por computadora

Los fabricantes del sector del diseño asistido por computadora (CAD) siempre han sido punteros en aprovechar la tecnología informática más avanzada. El diseño con modelos 3D, técnicas de diseño vectorial, la medición automatizada, el trabajo directo con objetos y procedimientos, la organización en capas de los proyectos o la ampliación de los programas con extensiones especializadas, tienen su origen en aplicaciones de CAD, aunque actualmente se pueden encontrar en otros tipos de programas.

Los avances en el sector informático siempre han estado muy relacionados con el desarrollo y evolución de las aplicaciones CAD. El génesis de los programas de diseño asistido por computadora lo podemos situar al final del periodo de los ordenadores de primera generación, pero adquiere su completo desarrollo a partir de la aparición de los ordenadores de cuarta generación, en que nacen los circuitos de alta escala de integración LSI (Large Scale Integration) y ya están desarrollados en su totalidad los lenguajes de alto nivel. Se encuentran desarrolladas: la segmentación con el propósito de permitir la ejecución simultánea de muchas partes del programa, la memoria virtual utilizando sistemas de memoria jerárquicamente estructurados y la multiprogramación.

A destacar el gran impacto en la productividad que supone para las empresas el emplear técnicas de CAD. Desde el inicio, las grandes empresas han apostado por el CAD y ello supone importantes inversiones que, como es lógico, potencian y convierten el CAD en un producto estratégico con un gran mercado.

Antecedentes

En 1955, el Lincoln Laboratory del Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT) desarrolla el primer sistema gráfico SAGE (Semi Automatic Ground Environment) de las Fuerzas Aéreas Norteamericanas (US Air Forces). Este procesaba datos de radar y otras informaciones de localizaciones de objetos mostrándolos a través de una pantalla CRT (Tubo de rayos catódicos).

En ese mismo lugar, en 1962 Ivan Sutherland desarrolla el sistema Sketchpad basado en su propia tesis doctoral “A Machines Graphics Comunications System”. Con ello establece las bases que conocemos hoy en día sobre los gráficos interactivos por ordenador. Sutherland propuso la idea de utilizar un teclado y un lápiz óptico para seleccionar situar y dibujar conjuntamente con una imagen representada en la pantalla.

Aunque la mayor innovación fue la estructura de datos utilizada por Sutherland. Estaba basada en la topología del objeto que iba a representar, es decir describía con toda exactitud las relaciones entre las diferentes partes que lo componía, introduciendo así, lo que se conoce como programación orientada a objetos, muy diferente a todo lo conocido hasta ahora. Antes de esto, las representaciones visuales de un objeto realizadas en el ordenador, se habían basado en un dibujo y no en el objeto en sí mismo. Con el sistema Sketchpad de Sutherland, se trazaba una clara distinción entre el modelo representado en la estructura de datos y el dibujo que se veía en la pantalla.

Se desarrollaron en ITEK y General Motors proyectos paralelos al Sketchpad. El proyecto de ITEK (conocido como "The Electronic Drafting Machine") utilizaba: una pantalla vectorial con memoria de refresco en disco duro, un ordenador PDP-1 de Digital Equipment Corp. y una tableta y lápiz electrónico para introducir los datos.

En 1963 causa un gran revuelo la implementación en universidades del sistema Sketchpad. Lo más interesante fue la demostración de que el ordenador era capaz de calcular que líneas eran las que definían la parte observable del objeto a la par que eliminaba de la pantalla el resto. Las líneas ocultas eran almacenadas en la memoria del ordenador, en la base de datos, y volvían a aparecer cuando se colocaba el cuerpo en una posición diferente respecto al observador. Las limitaciones del sistema procedían más de la capacidad del ordenador que del principio conceptual como tal.

El profesor Charles Eastman de la Universidad Carnegie Mellon desarrolla BDS (Building Description System). Este sistema estaba basado en una librería que incluía muchos elementos arquitectónicos que pueden ser ensamblados y mostrar sobre la pantalla un diseño arquitectónico al completo.

Tipos de de formato de imágenes:

GIF - Graphical interchange format ó  Formato de intercambio gráfico.

El formato GIF utiliza dos técnicas para comprimir, una de ellas conocida como CLUT (Color look-up table ó Tabla de consulta de colores) y la otra es la LZW que se explica más adelante.

El formato GIF es uno de los más utilizados sobre todo para imágenes Web; esto es debido a que es uno de los que nos ofrecen más posibilidades y más alto nivel de compresión.

El mecanismo de la “Tabla de consulta de colores” (CULT) es el siguiente: Para cada píxel hay una información de 24 bits de color, esto nos puede llegar a proporcionar una imagen de 16 millones de colores, ya que no es necesario tanto número de color para ver una imagen con calidad, la técnica CLUT se encarga de reducir los 16 millones a 256 colores; esto tiene como consecuencia que en vez de guardar 24 bits de información para cada píxel sean solo necesarios 8 bits por píxel, ya que para definir cada píxel solo tendremos que hacer referencia a una posición dentro de la tabla de Las imágenes que se tratan con esta técnica se denominan indexadas. La relación de compresión de una fotografía que se pasa a GIF es de 4 a 1.

Imagen comprimida en formato GIF, como se puede observar el texto se lee perfectamente y la calidad de la imagen es buena.

·        LZW (Lemple-Zif-Welch)

No tiene traducción al español ya que se estas siglas, son las iniciales de los apellidos de los creadores de esta técnica de compresión sin pérdidas. Su funcionamiento es muy similar al RLE.

RLE (Run Length Encoding)

Técnica de compresión sin pérdidas. El RLE se encarga de analizar la imagen para localizar a los píxeles que son del mismo color, lo que se consigue con este análisis es que al guardar la imagen, se registre un único valor de color para un conjunto de píxeles, en vez de que cada uno tenga su propio registro. Esta técnica funciona muy bien para bitmaps que se compongan de una gran cantidad de colores iguales ya que se ahorra mucho peso y la calidad de la imagen sigue manteniéndose.

JPEG (Join photographic expert group)

Si el formato GIF  es uno de los más adecuados para la compresión en 256 colores, el JPEG lo es para las imágenes que contienen más de 256.

JPEG no es un formato de imagen propiamente dicho si no de compresión; en contraste con GIF, JPEG guarda toda la información referente al color en millones de colores y sin que por ello el archivo resultante sea demasiado grande, eso si, a mayor nivel de compresión mayor pérdida de la imagen.

La técnica de compresión que utiliza el JPEG se llama DCT (Discrete cosine transform ó transformación discreta de coseno), Esta compresión está basada en la idea de que el ojo humano percibe peor los cambios de color que las variaciones de brillo. JPEG no guarda el valor RGB para cada píxel si no que lo que hace es dividir la información en dos partes, por una el color y por otra el brillo, y además, las comprime por separado. Esto hace que JPEG no sea el formato adecuado para imágenes con contrastes de color altos. A mayor suavidad en los cambios de color mejor nivel de compresión. Y a mayor contraste peor, en las siguientes fotos podemos ver como el texto de un único color y contrastado con la foto queda muy borroso.

JPEG no es el formato adecuado para utilizar con texto e imagen.

Imagen comprimida en formato JPEG, la compresión de la imagen sin el texto si tiene muy buena calidad.

Uno de los inconvenientes que tiene el formato JPEG es que es un formato con pérdidas (si no se utiliza adecuadamente). JPEG realiza cambios en la imagen y en el color cada vez que se guarda, es decir, si por ejemplo abrimos una imagen JPEG en la que no realizamos ningún cambio y la volvemos a guardar perderemos calidad en la imagen.

Una imagen que guardemos veinte veces ira perdiendo calidad cada vez que la guardemos. Por tanto el guardar la imagen en JPEG se debe de convertir en el último paso después de haber realizado en ella todas las modificaciones que queramos.

Pese a esto, JPEG es uno de los formatos que mejor comprime, mientras que otro formato comprime en una relación de  2:1, el JPEG puede llegar a comprimir en una relación de 10:1 y 20:1 (para imágenes de calidad alta) sin  que las mismas tengan una perdida visible. Por este motivo JPEG es uno de los mejores formatos para comprimir fotografías de alta calidad, ya que es capaz de convertir una imagen de 20MB en 2 MB sin que la resolución se vea afectada. Sólo con ajuste de muy baja calidad se notaría una perdida visual en la imagen, (hablamos de una compresión de 100:1).

JPEG es por tanto, un formato muy adecuado para la compresión de fotografías en color y para imágenes Web, ya que aunque la compresión sea muy elevada la perdida visible es aceptable.

PNG – Portable networkgraphic format.

PNG es el formato que esta empezando a cobrar protagonismo en la Web, ya que une las ventajas del JPEG y del GIF.

PNG permite a compresión sin pérdidas con una profundidad de color de 24 bits y además tiene 256 niveles de transaparencias, esto permite que cualquier borde de la imagen se funda perfectamente con el fondo. Aparentemente PNG es mejor formato que JPEG O GIF, sin embargo no es capaz de producir imágenes animadas (GIF sí) y las imágenes de PNG son siempre de mayor peso que las de JPEG.

CCITT - Consultivo Internacional de Telégrafos y Tele codificación. Comité

Técnicas de compresión sin pérdidas. Esta especialmente diseñada para imágenes en blanco y negro. También se utiliza para los formatos de archivo PDF y de lenguaje PostScript.

ZIP

Compresión sin pérdidas. Es una de las más conocidas ya que se puede usar en todo tipo de archivos, admitida también por los formatos de archivo PDF y TIFF.

PackBits (ImageReady)

Compresión sin pérdidas. Admitida por el formato de archivo TIFF sólo en ImageReady.

BMP BIT MAP

Es el formato de Windows para bitmaps, es un formato muy conocido aunque su compresión comparada con gif o jpeg es muy pobre.

PSD - Adobe photoshop

Es el formato del programa, es muy utilizado ya que gráficamente es uno de los programas de fotografía más potentes.

TIFF – Tag image file format

Es uno de los formatos más utilizados ya que es admitida prácticamente por todas las aplicaciones de edición e imagen. Es un formato que permite muchas posibilidades y que es compatible tanto para Mac como Pc

Hay muchos más formatos de imagen pero los nombrados aquí son los más comunes, sobre todo el formato GIF el JPEG y el PSD.

Las imágenes vectoriales ó gráficos orientados a objetos:

Las imágenes vectoriales se construyen a partir de vectores. Los vectores son objetos formados matemáticamente. Un vector se define por una serie de puntos que tienen unas manecillas con las que se puede controlar la forma de la línea que crean al estar unidos entre sí. Los principales elementos de un vector son las curvas Béizer (curvas representadas matemáticamente).

Estas líneas o curvas béizer son muy manejables ya que permiten muchas posibilidades por su plasticidad. Estas características las convierten en la manera ideal de trabajar cuando se trata de diseño gráfico, (como creación de logotipos o dibujos). La versatilidad de las mismas las convierten en una manera muy útil para trabajar también con textos ya que se pueden modificar y deformar sin límite, a cada letra se le pueden asignar contornos editables además de poder descomponer la misma en varios objetos.

Imagen vectorial. Curva de Béizer. La curva queda definida por los nodos o puntos de anclaje y por las manecillas de control que definen y modelan su forma. Para modificarlas simplemente hay que mover las manecillas hasta que consigamos la curva deseada.