Antecedentes
¡Una imagen vale más que mil palabras!, una frase que todos conocemos, y que describe cómo el lenguaje gráfico puede expresar un sin número de significados. Así es como una imagen podría mostrar emociones ambientes, lugares o un cuadro de mando estratégico, con lo que cada uno de los espectadores podrían visualizar mucho más que un simple grafico.
Introducción
Desde siempre el hombre ha tratado de mostrar su mundo a través de imágenes, un ejemplo de esto son las imágenes rupestres, o las innumerables muestras de arte del renacimiento y así hasta nuestros días, donde podemos encontrar a personas que se dedican plenamente a trabajar con gráficos o imágenes en un sin número de campos; es así que encontramos profesionales fotógrafos, diseñadores gráficos, pintores, dibujantes; en fin, todos ellos muestran un punto distinto del trabajo con imágenes. En mi campo de acción, la informática, las imágenes pasan a ser un material, las cuales pueden ser trabajadas con una gran variedad de programas para darle el fin que nosotros deseemos. La gran mayoría de estas imágenes son 2D es decir bidimensionales, son las que conocemos como una fotografía normal o un dibujo; este post se enfoca a las imágenes 2D.
Imágenes 2D
Una imagen en 2D se puede definir como una imagen expresada sobre los ejes X e Y del plano cartesiano, y que no permiten comportamientos propios de cuerpos en el espacio.
Imágenes Digitales
Una imagen digital, también llamada gráfico digital, es una representación bidimensional de una imagen utilizando bits. Dependiendo de si la resolución de la imagen es estática o dinámica, puede tratarse de un gráfico rasterizado o de un gráfico vectorial. A menos que se indique lo contrario en general por imagen digital se entiende gráfico raster o mapa de bits.
Obtención de Imágenes Digitales
Las imágenes digitales se pueden obtener de varias formas:
Por medio de dispositivos de conversión analógica-digital como los escáneres y las cámaras digitales
Directamente mediante programas informáticos, como por ejemplo realizando dibujos con el ratón (informática) o mediante un programa de renderización 2D.
Estructura
La mayoría de formatos de imágenes digitales están compuestos por una cabecera que contiene atributos: dimensiones de la imagen, tipo de codificación, etc., seguida de los datos de la imagen en sí misma. La estructura de los atributos y de los datos de la imagen es distinta en cada formato.
Además, los formatos actuales añaden a menudo una zona de metadatos que sirve para precisar información adicional sobre la imagen, como por ejemplo:
- la fecha, la hora y el lugar donde se tomó la imagen
las características físicas de la fotografía (fotosensibilidad ISO, velocidad de obturación, flash, etc.)
Estos metadatos se utilizan muy a menudo en el formato Exif (extensión del formato JPG), que es el formato más utilizado en las cámaras digitales.
Gráficos 2D de computadora.
La computación gráfica es el campo de la informática visual, donde se utilizan computadoras tanto para generar imágenes visuales sintéticamente como integrar o cambiar la información visual y espacial probada del mundo real. Hay dos acercamientos a la gráfica 2d: vector y gráficos raster.
La gráfica de vector almacena datos geométricos precisos, topología y estilo como posiciones de coordenada de puntos, las uniones entre puntos y el color, el grosor y posible relleno de las formas. La mayor parte de los sistemas de vectores gráficos también pueden usar primitivas geométricas de forma estándar como círculos y rectángulos etc. En la mayor parte de casos una imagen de vectores tiene que ser convertida a una imagen de trama o raster para ser vista.
Los gráficos de tramas o raster (llamados comúnmente Mapa de bits) es una rejilla bidimensional uniforme de pixeles. Cada píxel tiene un valor específico como por ejemplo brillo, transparencia en color o una combinación de tales valores. Una imagen de trama tiene una resolución finita de un número específico de filas y columnas. Las demostraciones de computadora estándares muestran una imagen de trama de resoluciones como 1280 (columnas) x 1024 (filas) pixeles. Hoy uno a menudo combina la trama y lo gráficos vectorizados en formatos de archivo compuestos (pdf, swf, svg).
Gráficos matriciales o Mapas de Bits
Los bitmaps (o raster graphics) son imágenes compuestas de puntos discretos conocidos como píxeles (píxel o Picture elements), donde cada uno de estos pueden tomar cualquier valor dentro de un rango.
La resolución de un bitmap viene dada por sus dimensiones, en píxels, en horizontal y en vertical.
Así un bitmap de 640 por 480 visualizado sobre un monitor VGA se verá mejor que uno de 320 por 200 sobre el mismo monitor y pero que uno de 1024 por 768. Esto es, a mayor número de píxels por unidad de área, mayor será la resolución y menos imperfecciones se observarán en la imagen.
La profundidad de color de un bitmap viene determinada por la cantidad total de memoria reservada para cada pixel. Así, el número de colores posibles por pixel vendrá dado por 2 elevado al número de bits por píxel. Lógicamente, la correcta visualización de estos vendrá determinada por la capacidad del hardware: la memoria de vídeo.
Se podría resumir las principales características de los gráficos de mapas de bits como:
- Es simplemente un patrón de puntos de color suficientemente pequeños.
- Es lo que toman los escáneres (fotografías): no hace falta "inteligencia" para crearlos partiendo del mundo real o de un gráfico dado.
- Es muy difícil convertirlo a diseño (vectorizador), mientras que un diseño puede convertirse automáticamente a bitmap.
- El proceso de extracción de información partiendo de un bitmap suele ser complejo si no imposible (OCR, vectorizadores, reconocimiento de imagen...).
- No tiene sentido hablar de bitmap en 3-D.
- El escalado es complicado y pierde calidad, sobre cuando se quiere aumentar el dibujo.
Este tipo de gráficos es el utilizado para trabajar con fotografías, debido a que para representar estas imágenes se necesita gran cantidad de color y tener en cuenta las texturas y tramas de color que muestra un objeto como resultado del material que lo forma y la manera en que éste refleja la luz.
Adobe Photoshop o Corel PhotoPaint, son algunos de los programas más utilizados para trabajar con imágenes de mapa de bits.
Afortunadamente, ya hay sistemas que permiten la unión de estos dos soportes (dibujos compuestos), a través de:
- Capas, unas con bitmaps y otras con gráficos vectoriales.
- Inclusión del bitmap como un objeto más dentro de un programa de diseño.
Gráficos Vectoriales
Se componen de objetos. Todos los objetos se construyen a partir de primitivas (que son las instrucciones básicas de dibujo, como: líneas, rectángulos y elipses). Los objetos se pueden agrupar para formar otros más complejos (jerarquía de objetos).
Las principales propiedades de los gráficos vectoriales son:
- La imagen se compone de distintos segmentos o formas, llamados objetos de diseño
Los objetos clásicos son líneas, rectángulos, arcos y curvas (las curvas de Bezier son las más típicas), formas abiertas y formas cerradas, texto.
- Cada objeto tiene atributos propios: anchura de línea, color, patrón, relleno.
Lo fundamental es que estos objetos retienen su identidad separada del resto de objetos, por lo que pueden ser manipulados independientemente.
Si varios objetos se superponen (lo cual es perfectamente probable) existe una relación de profundidad que hace que no se vean las partes ocultas de los objetos que se encuentran "detrás". En algunos sistemas de diseño se puede además graduar el nivel de transparencia de los objetos que se encuentran "delante".
- Por este funcionamiento a veces se llaman a estos programas de diseño orientados a objetos.
Algunos sistemas operativos (Macintosh - QuickDraw) permiten trabajar con estos objetos a bajo nivel, lo que hace más estandarizado el proceso y más sencillo su trabajo e intercambio.
Como consecuencia de esto:
El gráfico se puede escalar sin ningún problema, quizás con excepción de la anchura de las líneas que en muchos sistemas tiende a ser fija y dependiente de la pantalla.
El trabajo de edición y modificación de un dibujo "orientado a entidades" es bastante sencillo; no así un dibujo artístico "orientado a color -o a sombras-".
Los puntos de color sólo se producen para visualizar ese gráfico en la pantalla o en la impresora, y es un proceso que se realiza al final, con lo que la calidad siempre será la máxima posible.
Programas como CorelDraw, Adobe Ilustrator, están especializados en trabajar con gráficos vectoriales en 2D.
Compresión
Se utilizan técnicas de compresión para reducir de forma apreciable la cantidad de memoria necesaria para su almacenamiento.
La necesidad de métodos efectivos de compresión de datos es evidente en la mayoría de aplicaciones dirigidas a la transmisión y almacenamiento de información digital (imágenes y sonido).
Así, en un CD-ROM que dispone de aproximadamente 650 Mbytes, se almacenan unos 72 minutos de sonido de calidad CD estéreo y sin comprimir. Pero el mismo CD-ROM, sólo puede almacenar 30 segundos de video digital con calidad de estudio sin comprimir.
Respecto al caso particular de las imágenes, es posible obtener unos porcentajes altos de compresión sin pérdidas significativas de la calidad visual de la imagen, debido a que contienen un alto grado de redundancia:
Los tipos de redundancia que nos podemos encontrar en los elementos de una imagen son:
- Espacial: debido a la correlación existente entre los pixeles vecinos.
- Espectral: debido a la correlación entre las componentes de color.
- Psicovisual: debido a propiedades de la visión humana.
A mayor grado de redundancia, mayor será el grado de compresión que se pueda alcanzar.
o Sin compresión
o Con compresión
Sin pérdida
Con pérdida
- Formatos comprimidos: Eliminar información redundante o no relevante
• Compresión sin pérdida: GIF, TIFF, BMP
Detecta áreas de imagen con el mismo color. Al descomprimir, la imagen original se recupera exacta.
• Compresión con pérdida: JPEG
Elimina información gráfica poco relevante
Imagen guardada no es exactamente la original, pero las diferencias no son muy apreciables (salvo con zoom).
Adecuada para fotos por la variación continua, pero no adecuada para bordes definidos, zonas colon homogéneo.
Formatos Gráficos Vectoriales
AI (.ai)
El metaformato AI (Adobe Ilustrator) es el utilizado por el programa Adobe Ilustrator para guardar sus ficheros gráficos nativos.
Los ficheros AI admiten cabecera de previsualización y pueden trabajar con vectores y mapas de bits. Permiten texturas, degradados, fotos integradas o vinculadas a ficheros externos, textos trazados o con fuentes incluidas y manejo de capas y máscaras.
Suele producir ficheros de peso medio, dependiendo del contenido, pero se puede rebajar ya que admite algoritmos de compresión sin pérdidas.
Es un formato muy popular, válido para PC y MAC, apto para intercambiar gráficos entre diferentes aplicaciones, pero teniendo siempre en cuenta la versión de Ilustrator que creó el archivo original, ya que deben de ser versiones compatibles.
CDR (.cdr)
CDR (Corel Draw) es el formato nativo del programa de gráficos vectoriales Corel Draw, siendo válido para PC y MAC.
Es un formato vectorial, pero admite la inclusión de elementos de mapa de bits, pudiendo llevar además cabecera de previsualización (thumbnail). Junto a AI es uno de los formatos con más posibilidades con respecto al color, a la calidad de los diseños y al manejo de fuentes, pudiendo contener los textos trazados o con fuentes incluidas. Una de las principales desventajas de este formato es su falta de compatibilidad con el resto de aplicaciones gráficas, al ser éstas incapaces de almacenar imágenes bajo este formato.
DXF (.dxf)
El formato DXF (Drawing Interchange Format) es un formato vectorial que la empresa Autodesk lanzó para permitir el intercambio de archivos de dibujo entre los diferentes programas de CAD. Soporta hasta 256 colores (8 bits).
Los ficheros en formato DXF son reconocidos por la mayoría de sistemas CAD y por algunos programas de diseño gráfico vectorial, como Corel Draw y Adobe Ilustrator, que pueden manejarlo sin mayores dificultades.
No son soportados por ningún navegador web.
DRW (.drw)
Formato grafico vectorial usado por diferentes programas que funcionan bajo DOS y Windows, como Micrografx Designer o Windows Draw. Los gráficos .drw pueden ser incluidos en presentaciones creadas con PowerPoint, en diagramas de Microsoft Visio 2000 o en documentos de Microsoft Word.
EMF (.emf)
EMF (Enhanced MetaFile) es un metaformato gráfico vectorial de 32 bits, reconocido por casi todas las aplicaciones de diseño gráfico y compatible con los sistemas operativos Windows, pudiendo ser usado en las aplicaciones del paquete Office.
Junto a las características propias de los formatos vectoriales presenta la ventaja adicional de que sus ficheros pueden ser creados rápidamente, ya que lo que se encola en la impresora son comandos de dibujo, con lo que se puede evitar la sobrecarga en el caso de impresión remota de ficheros gráficos.
Además, este formato es más eficiente porque genera un archivo relativamente pequeño y genérico, que es compatible con todas las impresoras.
Como desventaja, los archivos de formato EMF no contienen la misma cantidad de detalles que los de otros tipos de formatos gráficos vectoriales, como los archivos DWF. Por lo que respecta a la web, es soportado por Internet Explorer, aunque hay algunos gráficos que no son interpretados correctamente.
FH10 (.fh10)
Formato nativo del programa de gráficos vectoriales Frenad 10, válido para PC y MAC. Puede llevar cabecera de previsualización (thumbnail) y se puede comprimir, dependiendo el tamaño final del contenido.
Puede llevar las fotos integradas o vinculadas a ficheros externos y textos trazados o con fuentes incluidas.
Es posible importarlo a diferentes programas gráficos, como Macromedia Flash o Adobe Ilustrator, pero no es soportado por ningún navegador web.
WMF (.wmf)
WMF (Windows MetaFile Format) es un metaformato de 16 bits de los sistemas operativos Windows, siendo un estándar de intercambio de gráficos entre las diferentes aplicaciones Microsoft (Word, Excel, Access, etc.).
WMF es un formato vectorial (aunque no basado en curvas de Bézier) y escalable, que funciona copiando en un archivo los comandos para realizar la imagen en cuestión, ahorrando con ello una cantidad considerable de espacio. Teóricamente puede almacenar cualquier elemento gráfico, ya sean imágenes bitmap, textos o gráficos vectoriales complejos.
Gracias a su facilidad de manejo, hay muchas aplicaciones que lo utilizan en la actualidad, siendo compatible con la mayoría de programas vectoriales. Con la aparición del sistema operativo Windows 95 se creó un nuevo formato, EMF, que ampliaba las capacidades del WMF.
SVG (.svg)
SVG (Scalable Vector Graphic) es un nuevo formato de gráficos vectoriales para la web desarrollado por el W3C con vistas a ofrecer a los desarrolladores un formato gráfico de alta calidad y totalmente integrado con los lenguajes HTML y XML.
SVG maneja gráficos vectoriales que almacena mediante un lenguaje de etiquetas propio, semejante a la que se utilizan en HTML, por lo que pueden ser editados y modificados con cualquier editor de texto simple.
Podemos pues definir el formato SVG como un puente entre diseño gráfico y programación, entre arte y tecnología. Efectivamente, debido a su naturaleza puramente matemática, un gráfico SVG es una sucesión de objetos y puntos posicionados y orientados en el lienzo de trabajo, elementos que son definidos por fórmulas matemáticas y que pueden ser accedidos por código de programación para modificar sus propiedades.
Conversión Entre Formatos
Conversión Vectorial –Matricial: Rasterización.
La rasterización es el proceso por el cual una imagen descrita en un formato gráfico vectorial se convierte en un conjunto de pixeles o puntos para ser desplegados en un medio de salida digital, como una pantalla de computadora, una impresora electrónica o una imagen de mapa de bits.
Una imagen rasterizada, también llamada mapa de bits, imagen matricial o pixmap, es una estructura o fichero de datos que representa una rejilla rectangular de píxeles o puntos de color, denominada raster, que se puede visualizar en un monitor de ordenador, papel u otro dispositivo de representación.
El término Rasterización puede ser aplicado en general a cualquier proceso por el cual la información vectorial puede ser convertida en formato raster.
A las imágenes rasterizadas se las suele caracterizar técnicamente por su altura y anchura (en pixels) y por su profundidad de color (en bits por pixel), que determina el número de colores distintos que se pueden almacenar en cada pixel, y por lo tanto, en gran medida, la calidad del color de la imagen.
Los gráficos rasterizados se distinguen de los gráficos vectoriales en que estos últimos representan una imagen a través del uso de objetos geométricos como curvas de Bézier y polígonos, no del simple almacenamiento del color de cada pixel. El formato de imagen matricial está ampliamente extendido y es el que se suele emplear para tomar fotografías digitales y realizar capturas de vídeo. Para su obtención se usan dispositivos de conversión analógica-digital, tales como escáneres y cámaras digitales.
La palabra "raster" tiene su origen en el latín rastrum (rastrillo), que se deriva de radere (raspar).
Conversión Matricial -Vectorial: Vectorización
Es un proceso inteligente, típicamente humano, donde se hace énfasis del reconocimiento de formas, es un proceso lento para la optimización de las graficas e imágenes.
¿Por qué vectorizar?
Las imágenes de formato vectorial pueden ver modificadas sus dimensiones sin alterar su resolución; por el contrario, las imágenes en formatos rasterizados se distorsionan y pierden nitidez al modificar su tamaño.
Además, una imagen de formato vectorial es muy fácilmente editable, permitiendo, entre otras posibilidades, modificar sus colores y añadir o eliminar elementos de forma rápida y sencilla.
Vectorización manual vs. Vectorización automática.
Existen dos formas de vectorizar imágenes:
Manual
Un diseñador especializado, ayudándose de herramientas apropiadas, redibuja la imagen a mano. El resultado es una imagen vectorizada fiel al original con un reducido número de nodos.
Automática
La mayoría de los programas de diseño gráfico actuales ofrecen la posibilidad de trazar (vectorizar) imágenes de forma automática. El usuario especifica la imagen y una serie de parámetros y el programa genera una imagen vectorial del original. Sin embargo, el resultado depende mucho de la calidad de la imagen original y, en la mayoría de los casos, no presenta contornos suaves ni uniformes. Por lo general, suele requerir mucho tiempo de edición posterior para obtener un resultado similar al de una Vectorización manual.
El proceso de Vectorización proceso se realiza únicamente mediante software, no es un proceso implementado en hardware.
La principal ventaja de este proceso es la facilidad que encontramos para la edición de las imágenes.
Adobe PhotoShop.
Adobe Photoshop es una aplicación informática en forma de taller de pintura y fotografía que trabaja sobre un "lienzo" y que está destinado para la edición, retoque fotográfico y pintura a base de imágenes de mapa de bits (o gráficos rasterizados).
Es un producto elaborado por la compañía de software Adobe Systems.
A medida que ha ido evolucionando el software ha incluido diversas mejoras fundamentales, como la incorporación de un espacio de trabajo multicapa, inclusión de elementos vectoriales, gestión avanzada de color (ICM / ICC), tratamiento extensivo de tipografías, control y retoque de color, efectos creativos, posibilidad de incorporar plugins de terceras compañías, exportación para web entre otros.
Aplicaciones
Photoshop se ha convertido, casi desde sus comienzos, en el estándar de facto en retoque fotográfico, pero también se usa extensivamente en multitud de disciplinas del campo del diseño y fotografía, como diseño web, composición de imágenes bitmap, estilismo digital, fotocomposición, edición y grafismos de vídeo y básicamente en cualquier actividad que requiera el tratamiento de imágenes digitales.
Photoshop ha dejado de ser una herramienta únicamente usada por diseñadores / maquetadores, ahora Photoshop es una herramienta muy usada también por fotógrafos profesionales de todo el mundo, que lo usan para realizar el proceso de "positivado y ampliación" digital, no teniendo que pasar ya por un laboratorio más que para la impresión del material.
Aunque el propósito principal de Photoshop es la edición fotográfica, este también puede ser usado para crear imágenes, efectos, gráficos y más en muy buena calidad. Aunque para determinados trabajos que requieren el uso de gráficos vectoriales es más aconsejable utilizar Adobe Illustrator.
Alternativas
Entre las alternativas a este programa, existen algunos programas libres como GIMP, orientada a la edición fotográfica en general, o propietarios como PhotoPaint de Corel, capaz de trabajar con cualquier característica de los archivos de Photoshop, y también con sus filtros plugin.
Notas
El procesamiento de Imágenes encierra una gran cantidad de conceptos, tanto a nivel matemático como a nivel informático, sin dejar de lado conceptos propios de Imágenes 2D.
Capas (layers) y máscaras (masks)
Las capas son una de las maneras más interesantes de trabajar con gráficos. Antiguamente al ir dibujando unos elementos encima de otros se perdía el elemento situado "debajo" del nuevo, con lo que cualquier retoque posterior más allá de los undo era imposible, y la información tapada desaparecía realmente de la imagen.
Las capas permiten evitar eso, mediante la manipulación de dibujos distintos e independientes en la misma pantalla. La metáfora de la capa es una especie de dibujo hecho en papel transparente, de modo que deja ver con todo detalle los dibujos situados detrás en otras capas (transparentes a su vez), salvo debajo de los dibujos.
De este modo, las capas se organizan en una especie de "niveles", desde el más cercano al usuario (y esa capa se verá por completo) hasta el más lejano (que se verá parcial o totalmente tapado por las capas superiores). Pero si en un momento cambiamos algún dibujo de una de las capas, las partes tapadas de las capas inferiores no han desaparecido, de hecho se mantienen todas las capas intactas e indiferentes a la manipulación que se haga con los demás.
Los programas permiten además ocultar temporalmente algunas capas para posibilitar el trabajo sin considerar los objetos que se sitúan encima. También puede cambiarse el orden de superposición de las capas.
Los programas más avanzados de proceso de imagen permiten combinar de modos más complejos las capas, utilizando máscaras (masks).
Estas máscaras permiten definir qué parte de una imagen es transparente a las demás, e incluso un grado de transparencia. Por ejemplo se pueden definir máscaras usando canal alfa (alpha channel), una máscara graduada que indica en cada píxel qué porcentaje x de la imagen RGB se muestra y qué porcentaje 100-x deja ver lo que haya detrás. Cada una de las capas debe tener su propia definición de alpha channel (como si tuviera una información más que R-G-B, codificada en otro rango de bits).
Fuentes de información
[1] Glosario
www.ehu.es/netart/textos/TERMINOS-tabla.htm
[2] Imagen Digital
http://es.wikipedia.org/wiki/Imagen_digital#Obtenci.C3.B3n
[3] Computación Grafica
http://es.wikipedia.org/wiki/Computación_gráfica#Gr.C3.A1ficos_2D_de_computadora
[4] Formatos nativos de aplicaciones de diseño
http://www.desarrolloweb.com/articulos/1950.php
[5] Formatos de archivos gráficos
http://es.wikipedia.org/wiki/Anexo:Formatos_de_archivo_de_gráficos
[6] Rasterización
http://es.wikipedia.org/wiki/Rasterización
[7] Procesamiento de Imágenes 2D
http://www.investigacion.frc.utn.edu.ar/labsis/index.html
[8] Formatos de Archivos de Gráficos
http://es.kioskea.net/contents/video/formats.php3
[9] Vectorizar
http://www.vectoriza.com/index.php
[10] Imágenes
http://www.unach.edu.ec/Virtualizacion/Sis_Multimedia/imagen.htm#Capas (layers) y máscaras (masks).
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