Una Humilde Introduccióna la Graficación por Computadora y Otras Yerbas

ISBN 978-99923-73-36-1

Descripción general

Este libro está siendo desarrollado con el propósito de ser libro de texto para diversas materias impartidas y a impartir para la carrera de Licenciatura en Ciencias de la Computación y otras carreras de grado y postgrado en la Universidad Centroamericana “José Simeón Cañas” en El Salvador. Está pensado para estudiantes que ya han aprobado los cursos en los que se estudia cálculo infinitesimal, geometría analítica vectorial, estructura de datos y programación orientada a objetos.

La graficación por computadora es una de las principales áreas de estudio de las ciencias de la computación, con aplicación en todos los ámbitos de la computación; desde la necesidad de representar medianas o grandes cantidades de datos numéricos que serían ilegibles en texto, hasta el desarrollo de sofisticadas aplicaciones científicas de simulación de modelos matemáticos del clima; desde el uso de software de edición de fotografías, hasta el desarrollo de videojuegos. En todos los ámbitos, surge la necesidad de tener conocimientos elementales de graficación por computadora.

El contendio del libro comienza con una breve introducción a SDL (y PyGame) que es la biblioteca gráfica base a ser usada en los primeros capítulos del libro. Se sigue con una introducción teórica a la graficación por computador, en la que se presentan algunos conceptos elementales que son imprescindibles para la programación de aplicaciones gráficas interactivas.

En el capítulo siguiente se aborda ámpliamente el tema de la discretización de líneas rectas y circunferencias de un pixel de grosor. Se aborda también el tema de relleno de circunferencias. Luego se procede a hacer un riguroso análisis vectorial del tema de cambio de coordenadas o cambio de marco de referencia. Allí se incluye una aplicación de ejemplo en la que se pone en práctica la teoría presentada.

Después, se describe la teoría matemática matricial relacionada con las transformaciones geométricas bidimensionales y tridimensionales. Se incluye entonces una aplicación de corte pedagógico que permite practicar transformaciones geométricas tridimensionales y permite ver en tiempo real sus efectos sobre un conjunto de objetos geométricamente sencillos.

El siguiente capítulo, muestra la teoría necesaria para comprender cómo transformar un objeto de tres dimensiones a una imagen bidimensional y cómo implementar tal transformación.

A continuación, se incluye una reflexión sobre el diseño de la interacción entre el humano y las aplicaciones gráficas.

Una vez hecha dicha reflexión, se procede al estudio de la aproximación de curvas arbitrarias por medio de segmentos cúbicos paramétricos. Y luego de la presentación de la teoría matemática implicada, se presentan cinco implementaciones sencillas. Después se hace una breve mención de superficies paramétricas.

Hacia el final del contenido principal del libro, se presenta una descripción de las estructuras de datos utilizables para representar mallas poligonales, que representan la técnica usada para modelar superficies arbitrarias en todo el software de modelación tridimensional.

Finalmente se hace una introducción a la graficación por medio de técnicas fractales que incluye implementación de aplicaciones de dibujo fractal.

Por último, pero no menos importante, se incluyen algunos temas no relacionados directamente con la graficación por computadora, pero sí relevantes para facilitar la lectura y comprensión de algunos temas y códigos fuente incluídos. Entre ellos, instrucciones sencillas y concisas para compilar proyectos en lenguaje C estándar distribuidos en varios archivos fuente; y un brevísimo resumen de notación UML para diagramas de clases y diagramas de objeto.

Lo que queda fuera

Como se dijo antes, la graficación por computadora es una de las grandes áreas de las ciencias de la computación, razón por la cual, cualquier obra que pretenda cubrirla toda, se quedará corta. En el caso de este libro, estos son los temas que no se cubren en la versión actual de la obra:

• Temas avanzados de SDL

• Interfaces gráficas de usuario (GUI)

• Modelado de sólidos

• Renderización de texto

• Operaciones de bajo nivel (en ensamblador, por ejemplo)

• Manipulación de mapas de bits

• Hardware gráfico

• Iluminación, sombreado y texturas

• Detalles de instalación de las herramientas en ambientes Windows

Esto no significa que no sean temas interesantes para un computólogo, o para un científico. Pero esta edición simplemente no los contempla.

Lo que conviene saber

Antes de escrutar este libro, es recomendable tener una base aceptable en los siguientes temas:

• Operaciones básicas con matrices

• Álgebra vectorial y nociones de cálculo vectorial

• Operaciones básicas con números complejos

• Parametrización de curvas

• Sistemas de coordenadas rectangulares, cilíndricas y esféricas

• Estructuras de datos básicas (listas, pilas, colas, árboles, directorios de nodos, grafos, etc.)

• Nociones claras de Programación Estructurada y Programación Orientada a Objetos

• Conocimientos sólidos del lenguaje C estándar en ambiente GNU/Linux

• Conocimientos intermedios en lenguaje Python en ambiente GNU/Linux

• Conocimientos intermedios del lenguaje Java

• Destrezas elementales del uso de sistemas operativos GNU/Linux

Motivación al lector

En general, el autor desea expresar su deseo de seguir mejorando y ampliando, en la medida de lo posible, esta obra para beneficio de la sociedad salvadoreña. Y también desea invitar al apreciable lector a que le saque todo el provecho posible, que aplique sus aportes en todas las áreas posibles de su trayectoria profesional; y también que no lo considere una serie de afirmaciones incuestionables, sino una contribución al desarrollo tecnológico salvadoreño y a la independencia tecnológica de la región centroamericana.

Como toda obra académica de programación, o como la mayoría, los códigos (y programas) incluídos pretenden mantener simplicidad y claridad para no dificultar innecesariamente la comprensión, pero se recomienda hacer el ejercicio de optimizarlos.

Cambios en esta versión

En esta nueva versión (que se corresponde con la segunda edición), se han hecho muchos cambios a lo largo de todo el texto. Se han corregido diversos errores tipográficos en todos los capítulos, se han revisado todos los códigos fuente que ya estaban y las imágenes se han revisado en su resolución y distribución. El tamaño de las páginas también se ha cambiado al tamaño carta, que es el estándar de facto en El Salvador.

Todos los bloques de código fuente se han resaltado para su más cómoda y más fácil lectura.

El capítulo 1 se ha ampliado en el tema de la instalación de SDL. Los ejemplos básicos fueron revisados y reordendados.

El capítulo 2 incluye ahora una sección especial sobre el ciclo de interacción de aplicaciones gráficas interactivas.

El capítulo 9 incluye mucho nuevo material, incluyendo nuevas imágenes, más algoritmos, más profundidad y nuevos programas de ejemplo.

El capítulo 10 también cuenta con nuevas imágenes, hechas con Maxima. El contenido del 12 fue revisado y cuenta con nuevas imágenes.

Y finalmente, se ha integrado la biblioteca pygame para Python en la primera parte del texto, en paralelo con SDL para C.

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