Monitor Vector

Un monitor vectorial , pantalla vectorial o pantalla caligráfica es un dispositivo de visualización utilizado para gráficos por computadora hasta la década de 1970. Es un tipo de tubo de rayos catódicos (CRT) , similar al de un osciloscopio antiguo . En una pantalla vectorial, la imagen se compone de 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 horizontal para todas las imágenes. El haz pasa por alto las áreas oscuras de la imagen sin visitar sus puntos.

Algunas pantallas vectoriales con frecuencia de actualización utilizan un fósforo normal que se desvanece rápidamente y requiere una actualización constante de 30 a 40 veces por segundo para mostrar una imagen estable. Estas pantallas, como la Imlac PDS-1 , requieren memoria de actualización local para almacenar los datos de los puntos finales vectoriales. Otras pantallas de tubo de almacenamiento , como la popular Tektronix 4010 , utilizan un fósforo especial que permanece brillante durante muchos minutos. Las pantallas de almacenamiento no requieren 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 aún era muy cara. Hoy en día, las pantallas rasterizadas han reemplazado casi por completo a 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 conservan 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 toscamente a partir de trazos cortos. Las pantallas vectoriales de refresco están limitadas en la cantidad de líneas o la cantidad de texto que se puede mostrar sin parpadeo de refresco. El movimiento irregular del haz es más lento que el movimiento constante del haz de las pantallas rasterizadas. Las deflexiones del haz suelen ser 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 permitía producir formas de onda fundamentales utilizando dos deflectores 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 resultó práctico hasta que John Bertrand Johnson implementó el cátodo caliente para reducir drásticamente los requisitos de voltaje del 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 fuerzas físicas, y los ingenieros de grabación los empleaban para comprender la naturaleza de la voz humana. ^{[ 3 ]} Estas pantallas también se convirtieron en un complemento frecuente de las computadoras analógicas electrónicas avanzadas para visualizar fuerzas complejas. Los primeros sistemas de radar utilizaban osciloscopios gráficos vectoriales para determinar la posición de las aeronaves.

Los gráficos vectoriales en computadoras surgieron por primera vez con el sistema Whirlwind , construido por el Laboratorio Lincoln del Instituto Tecnológico de Massachusetts ( MIT ). Utilizando tubos de osciloscopio, las pantallas Whirlwind podían producir lecturas complejas de la trayectoria aérea, y también albergaron la primera demostración gráfica, Bouncing Ball (1951). En 1956, se implementó el primer lápiz óptico en el sistema Whirlwind. Estas tecnologías se convirtieron posteriormente en la base del avanzado sistema de defensa aérea SAGE de EE. UU. , que entró en pleno funcionamiento en 1958. ^{[ 4 ]}

En 1963, Ivan Sutherland, del MIT, utilizó por primera vez una pantalla de gráficos vectoriales para Sketchpad , su innovador programa CAD . En 1968, él y su equipo volvieron a usar un monitor vectorial para mostrar imágenes alámbricas de modelos 3D. En esta ocasión, la pantalla se montaba en la cabeza . El sistema, obviamente pesado, se sostenía mediante una estructura de brazos de soporte llamada «La Espada de Damocles» . Este sistema es ampliamente considerado como la primera realidad virtual basada en computadora . Posteriormente, Ivan Sutherland cofundó la empresa Evans & Sutherland , que fabricaba pantallas vectoriales de alta gama y simuladores de vuelo.

En 1970, en el Salón Aeronáutico de Farnborough ( Reino Unido) , Sperry Gyroscope ( Bracknell , Inglaterra) presentó la primera pantalla de vídeo vectorial de una empresa británica. Contaba con una pantalla analógica monocromática con una electrónica especial, diseñada por John Atkins de Sperry, que permitía dibujar vectores en 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 de estructura alámbrica cuya velocidad podía controlarse en cualquiera de sus tres dimensiones. Esta demostración despertó un gran interés en el ordenador Sperry 1412, que posteriormente se convirtió en la pieza central de varios proyectos importantes para la Armada francesa y la Royal Navy entre 1972 y 1992.

Entre las pantallas vectoriales destacan los terminales de ordenador de gran formato de Tektronix, que utilizan tubos de rayos catódicos (CRT) de almacenamiento de visión directa. (El CRT cuenta con al menos un cañón de electrones y un tipo especial de pantalla, más compleja en principio que un simple fósforo). Sin embargo, esta imagen permanente no se puede modificar fácilmente. Al igual que en un Etch-a-Sketch , cualquier borrado o movimiento requiere borrar toda la pantalla con un destello verde brillante y, a continuación, volver a dibujar la imagen completa lentamente. La animación con este tipo de monitor no resulta práctica.

Las pantallas vectoriales se utilizaban en los sistemas de visualización frontal de los aviones de combate debido al mayor brillo que se conseguía al desplazar el haz de electrones más lentamente sobre los fósforos. El brillo era fundamental, ya que la pantalla debía ser claramente visible para el piloto incluso bajo la luz solar directa.

Los monitores Vector también fueron utilizados por algunos juegos arcade de finales de la década de 1970 a 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 formato, la primera de las cuales fue el  modelo 1300 de 20 MHz y 8x10 pulgadas. El tubo de rayos catódicos (CRT) tenía una malla interna muy fina, con un contorno especial, que funcionaba a bajo potencial y que estaba situada después de las placas deflectoras en la salida del cañón. El campo electrostático de 17 kV entre esta malla y el recubrimiento conductor separado cargado al potencial de aceleración final dentro del embudo del CRT, aceleró el haz de electrones axial y radialmente, expandiendo el tamaño de imagen posible 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 se desarrolló a principios de la década de 1960 ^{[ 7 ]} por la necesidad de accionar placas de deflexión a altas frecuencias en CRT compactos de alto brillo que operaban a altos voltajes de aceleración, para aprovechar la entonces nueva tecnología de transistores que estaba limitada solo a bajos voltajes. Los amplificadores de deflexión electrostáticos de tubo de vacío, mucho más voluminosos y menos eficientes, podían operar a cientos de voltios.

El sistema de proyección de planetario Digistar , fabricado por Evans & Sutherland , era originalmente una pantalla vectorial capaz de renderizar tanto estrellas como gráficos de estructura alámbrica. Las versiones posteriores utilizan proyección raster de alta resolución, pero el Digistar y el 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 renderizar campos estelares 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 varios colores, utilizando un tubo de rayos catódicos RGB con máscara de sombra o dos capas de fósforo (lo que se conoce como " color de penetración "). En los tubos de penetración, al controlar la intensidad del haz de electrones, estos pueden alcanzar (e iluminar) una o ambas capas de fósforo, produciendo normalmente una selección de verde, naranja o rojo. Tektronix fabricó osciloscopios a color durante algunos años utilizando tubos de rayos catódicos de penetración, pero la demanda fue baja.

Atari utilizó el término color quadrascan para describir la versión de máscara de sombra utilizada en sus juegos arcade. ^{[ 12 ] [ 13 ]}

Algunas pantallas vectoriales monocromáticas podían mostrar color utilizando periféricos como el Vectrex 3-D Imager.

• Gráficos vectoriales
• Vectrex
• escaneo raster

• Explicación de la mecánica de los videojuegos retro (27/01/2021). Explicación del Quadrascan de Atari (vídeo). Archivado del original el 15/12/2021.