Un monitor vectorial , pantalla vectorial o pantalla caligráfica es un dispositivo de visualización utilizado para gráficos de computadora hasta la década de 1970. Es un tipo de CRT , similar al de un osciloscopio primitivo . En una pantalla vectorial, la imagen está compuesta por líneas dibujadas en lugar de una cuadrícula de píxeles brillantes como en los gráficos rasterizados . El haz de electrones sigue una trayectoria arbitraria, trazando las líneas inclinadas conectadas en lugar de seguir la misma trayectoria rasterizada horizontal para todas las imágenes. El haz se salta las áreas oscuras de la imagen sin visitar sus puntos.
Algunas pantallas vectoriales de actualización utilizan un fósforo normal que se desvanece rápidamente y necesita una actualización constante de 30 a 40 veces por segundo para mostrar una imagen estable. Estas pantallas, como la Imlac PDS-1 , requieren cierta memoria de actualización local para almacenar los datos del punto final del vector. Otras pantallas de tubo de almacenamiento , como la popular Tektronix 4010 , utilizan un fósforo especial que continúa brillando durante muchos minutos. Las pantallas de almacenamiento no requieren ninguna memoria local. En la década de 1970, ambos tipos de pantallas vectoriales eran mucho más asequibles que las pantallas de gráficos rasterizados de mapa de bits cuando la memoria de computadora de megapíxeles todavía era muy cara. Hoy en día, las pantallas rasterizadas han reemplazado casi todos los usos de las pantallas vectoriales.
Las pantallas vectoriales no sufren los artefactos de visualización de aliasing y pixelación , especialmente las pantallas en blanco y negro; las pantallas en color mantienen algunos artefactos debido a su naturaleza discreta, pero están limitadas a mostrar solo el contorno de una forma (aunque los sistemas vectoriales avanzados pueden proporcionar una cantidad limitada de sombreado). El texto se dibuja de manera tosca a partir de trazos cortos. Las pantallas vectoriales de actualización están limitadas en la cantidad de líneas o la cantidad de texto que se puede mostrar sin parpadeo de actualización. El movimiento irregular del haz es más lento que el movimiento constante del haz de las pantallas rasterizadas. Las deflexiones del haz generalmente son impulsadas por bobinas magnéticas , y esas bobinas resisten cambios rápidos en su corriente .
La pantalla vectorial fue inventada por primera vez por Jonathan Zenneck mediante el uso de un tubo de rayos catódicos Braun. Su solución fue capaz de producir formas de onda fundamentales utilizando dos cubiertas de deflexión y un cátodo de alta potencia dentro del tubo para crear una imagen de barrido continuo. [1] Este dispositivo fue utilizado por los primeros ingenieros de radio, pero no fue práctico hasta que John Bertrand Johnson implementó el cátodo caliente para reducir drásticamente los requisitos de voltaje para el dispositivo. El oscilógrafo de rayos catódicos se comercializó posteriormente y se convirtió en la base del osciloscopio moderno. [2]
Los ingenieros eléctricos utilizaban osciloscopios para representar gráficamente las fuerzas físicas, y los ingenieros de grabación los utilizaban para comprender la naturaleza de las voces humanas. [3] Las pantallas también se convirtieron en un complemento frecuente de las computadoras analógicas electrónicas avanzadas para visualizar fuerzas complejas. Los primeros sistemas RADAR utilizaban osciloscopios gráficos vectoriales para representar gráficamente las posiciones de las aeronaves.
Los gráficos vectoriales en las computadoras surgieron por primera vez con el sistema Whirlwind construido por el Laboratorio Lincoln del Instituto Tecnológico de Massachusetts . Utilizando tubos de osciloscopio, las pantallas Whirlwind podían producir lecturas complejas de la trayectoria aérea, además de albergar la primera demostración gráfica, Bouncing Ball (1951). En 1956, se implementó el primer lápiz óptico en el sistema Whirlwind. Estas tecnologías luego se convirtieron en la base para el avanzado sistema de defensa aérea SAGE de EE. UU. que estuvo completamente activo en 1958. [4]
En 1963, Ivan Sutherland , del MIT, utilizó por primera vez una pantalla gráfica vectorial para Sketchpad , su programa pionero de CAD . En 1968, él y su equipo volvieron a utilizar un monitor vectorial para mostrar imágenes en alambre de modelos 3D. Esta vez, la pantalla estaba montada en la cabeza . El sistema, obviamente pesado, estaba sostenido por una estructura de brazo de soporte llamada La Espada de Damocles . El sistema se considera ampliamente como la primera realidad virtual basada en computadora . Ivan Sutherland más tarde cofundó la empresa Evans & Sutherland , que fabricaba pantallas vectoriales y simuladores de vuelo de alta gama.
En 1970, en el Salón Aeronáutico de Farnborough , Sperry Gyroscope ( Bracknell , Inglaterra) exhibió la primera pantalla gráfica vectorial jamás fabricada por una empresa británica. Presentaba una pantalla analógica monocromática con electrónica especial, diseñada por John Atkins de Sperry, que le permitía dibujar vectores en la pantalla entre dos pares de coordenadas. En Farnborough, la pantalla se utilizó para demostrar las capacidades del nuevo ordenador militar Sperry 1412: se mostró ejecutando un software que dibujaba, en tiempo real, un cubo giratorio con estructura de alambre cuya velocidad podía controlarse en cualquiera de sus tres dimensiones. Esa demostración generó un interés significativo en el ordenador Sperry 1412, que luego pasó a estar en el centro de una serie de proyectos importantes para la Armada francesa y la Marina Real durante el período de 1972 a 1992.
Entre las pantallas vectoriales destacan las terminales de ordenador de pantalla grande de Tektronix que utilizan tubos de rayos catódicos de almacenamiento de visión directa (los tubos de rayos catódicos tienen al menos un cañón de luz y un tipo especial de pantalla de visualización, más complicado en principio que un simple fósforo). Pero esa imagen permanente no se puede cambiar fácilmente. Como en un Etch-a-Sketch , cualquier eliminación o movimiento requiere borrar toda la pantalla con un destello verde brillante y luego volver a dibujar lentamente toda la imagen. La animación con este tipo de monitor no es práctica.
Las pantallas vectoriales se utilizaban para las pantallas de visualización frontal de los aviones de combate debido a que se podían lograr pantallas más brillantes moviendo el haz de electrones más lentamente a través de los fósforos. El brillo era fundamental porque la pantalla debía ser claramente visible para el piloto bajo la luz solar directa.
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Los monitores vectoriales también se utilizaron en algunos juegos arcade de finales de la década de 1970 y mediados de la década de 1980, como Armor Attack , Asteroids , Omega Race , Tempest y Star Wars , [5] y en la consola de videojuegos doméstica Vectrex .
Hewlett-Packard fabricó una serie de pantallas XY (vectoriales) de gran tamaño, la primera de las cuales fue el modelo 1300 de 20 MHz y 8x10 pulgadas. El CRT tenía una malla interna, especialmente contorneada y muy fina que operaba a bajo potencial, que se colocaba después de las placas de deflexión en la salida del cañón. El campo electrostático de 17 KV entre esta malla y el revestimiento conductor separado cargado al potencial de aceleración final dentro del embudo del CRT, aceleró el haz de electrones axialmente así como radialmente, expandiendo el tamaño posible de la imagen para cubrir la pantalla de 8x10" del CRT de 17,75 pulgadas de largo. Sin la malla, el CRT de 8x10 pulgadas habría tenido que ser casi tres veces más largo. [6] La tecnología de malla de expansión fue desarrollada a principios de la década de 1960 [7] por la necesidad de impulsar placas de deflexión a altas frecuencias en CRT compactos de alto brillo que operaban a altos voltajes de aceleración, para aprovechar la tecnología de transistores, entonces nueva, que estaba limitada solo a voltajes bajos. Los amplificadores de deflexión electrostática de tubo de vacío, mucho más voluminosos y menos eficientes, podían operar a cientos de voltios.
El sistema de proyección planetaria Digistar , fabricado por Evans & Sutherland , era originalmente una pantalla vectorial que podía reproducir tanto estrellas como gráficos de estructura alámbrica. Las versiones posteriores utilizan proyección raster de alta resolución, pero los Digistar y Digistar II basados en vectores se instalaron en muchos planetarios, y es posible que algunos aún estén en funcionamiento. [8] [9] [10] Se utilizó un prototipo de Digistar para reproducir campos de estrellas en 3D para la película Star Trek II: La ira de Khan . Otra pantalla vectorial de E&S, el Picture System II, posiblemente también se utilizó para la película. [11]
Algunos monitores vectoriales son capaces de mostrar múltiples colores, utilizando una máscara de sombra típica CRT RGB o dos capas de fósforo (el llamado " color de penetración ").
Atari utilizó el término quadrascan de color para describir la versión de máscara de sombra utilizada en sus juegos de arcade de video. [12] [13]
En los tubos de penetración, al controlar la fuerza del haz de electrones, se puede hacer que los electrones alcancen (e iluminen) una o ambas capas de fósforo, produciendo típicamente una opción de color verde, naranja o rojo.
Tektronix fabricó osciloscopios en color durante algunos años utilizando CRT de penetración, pero la demanda de estos era baja. [ cita requerida ]
Algunas pantallas vectoriales monocromáticas podían mostrar color utilizando periféricos como el Vectrex 3-D Imager.