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Datos generales
Asignatura: Visualización e Interacción Gráfica
Código: 5466
Carácter: Optativa
Ciclo: Primero
Plan de Estudios: Ingeniería Informática (2005)
Área de conocimiento: Matemática Aplicada
Curso: Tercer Curso
Cuatrimestre: Primero
Créditos totales BOE: 7.5 (4.5 teóricos + 3 prácticos)
Horas ETCS: 120 horas de trabajo de alumno
Universidad: Universidad de Cantabria
Centro: Facultad de Ciencias
Departamento: Matemática Aplicada y Ciencias de la Computación
Profesor responsable: Andrés Iglesias Prieto
Otro profesorado: Akemi Gálvez Tomida
Objetivos
Objetivos generales
El objetivo general del curso es proporcionar al alumno una visión general de las
técnicas y métodos que se aplican en la generación y manipulación de gráficos por
computador, desde las Interfaces Gráficas de usuario disponibles en los sistemas
operativos actuales hasta los modelos más avanzados de renderizado y animación
por computador. Dicha visión incluye la comprensión de los fundamentos de
dichos métodos, y posibles formas de implementación, así como de sus efectos
sobre las escenas virtuales
Objetivos específicos: aptitudes/destrezas
Entender los fundamentos básicos de los gráficos por computador, su esquema
básico de funcionamiento y el uso del software y hardware aplicado a este campo.
Conocer la historia de los gráficos por computador desde sus orígenes, así como la
evolución histórica de los distintos métodos en este campo en función del software
y hardware disponible en cada momento.
Implementar los métodos más usuales de renderizado, iluminación, texturizado y
efectos avanzados de los gráficos por computador.
Entender el uso de las Interfaces Gráficas de Usuario presentes hoy día en muchos
programas y sistemas operativos desde la óptica de los gráficos por computador.
Adquirir conocimientos suficientes para que pueda diseñar los algoritmos sobre
las entidades geométricas más usuales en los gráficos por computador y realizar su
implementación en cualquier lenguaje de programación.
Conocer el mundo de los entornos multimedia, la realidad virtual y la realidad
aumentada.
Conocer las técnicas básicas de animación por computador.
Conocer las técnicas básicas de la simulación y animación de los fenómenos
naturales.
Conocer y entender los fundamentos de la animación de seres humanos virtuales y
su comportamiento y evolución en mundos virtuales, así como de fenómenos de
aparición reciente como “Los Sims” y “Second Life”.
Entender la interacción de estas técnicas con otros campos de la computación,
como la inteligencia artificial y la visualización científica.
Conocer los principales formatos gráficos, su campo de aplicación así como sus
principales ventajas e inconvenientes.
Programa
Tema 1. Introducción a los Gráficos por Computador. Bibliografía Básica.
- Aplicaciones y usos de los Gráficos por Computador.
- Ejemplos relevantes y ámbito de aplicación.
- Historia de los Gráficos por Computador.
- Fuentes de información: revistas, libros, CDs, sitios web. Software gratuito y
comercial.
- Enfoque del curso.
Video: Ilusiones virtuales (1.5 horas)
Tema 2. Hardware y Software para Gráficos por Computador.
- Tarjetas gráficas.
- Software gratuito:
- visores web y de VRML (CosmoPlayer, AppletViewer)
- APIs gráficas (OpenGL, DirectX, Java3D),
- ray tracing (POVray, ray-tracer).
- Software comercial: Maya, RenderMan, 3D Studio Max, LightWave).
Tema 3. Algoritmos básicos para Gráficos por Computador.
- Transformaciones 2D y 3D.
- Matrices de transformación.
- Algoritmos de línea: DDA, algoritmo de Bresenham.
- Algoritmos de clipping.
- Algoritmos de líneas y superficies ocultas. Algoritmo del pintor, Z-buffer.
Práctica 1: Matrices de transformación.
Práctica 2: Algoritmo de Bresenham.
Tema 4. Modelado Geométrico: Curvas y superficies.
- Sistemas de representación: implícitas, explícitas y paramétricas.
- Curvas y superficies de forma libre: de Bézier, Bsplines y NURBS.
- Algoritmos básicos:
- subdivisión
- elevación de grado
- elección de nodos
- refinamiento
- eliminación de nodos
- Algoritmos avanzados:
- intersección
- blending
- offset
- Ultimas tendencias: T-NURBS, T-NURCCS.
Práctica 3: Curvas y superficies de Bézier.
Práctica 4: Curvas y superficies Bspline.
Práctica 5: GUI avanzada en Matlab para curvas y superficies de forma libre.
Video: Curvas y superficies de forma libre.
Tema 5. Renderizado: modelos de iluminación.
- Fundamentos del renderizado.
- Modelos de polígonos:
- alambres
- de caras y vértices
- planos
- otros modelos
- Modelos básicos de iluminación.
- Iluminación ambiente
- Iluminación difusa
- Iluminación especular
- Efectos de distancia.
- Algoritmos básicos:
- flat
- gouraud
- phong
- Ray tracing.
- Radiosidad.
Práctica 6: GUI avanzada en Matlab para modelos de iluminación.
Tema 6. Texturizado.
- Conceptos básicos de texturizado.
- Texture mapping
- Bump mapping
- Environment mapping
- Fractales.
- Sistemas de funciones iteradas.
- L-sistemas.
- Otros métodos.
- Ejemplos avanzados.
Práctica 7: Fractales: sistemas de funciones iteradas.
Práctica 8: Texturizado.
Tema 7. Gráficos por Computador avanzados.
- Transparencia.
- Multiresolución.
- Niebla.
- Reflexiones.
- Simulación de fenómenos naturales: agua, fuego, etc.
Práctica 9: Simulación del agua.
Tema 8. Animación por computador.
- Fundamentos de la animación por computador.
- Animación geométrica.
- Key framing.
- Cinemática directa e inversa.
- Animación basada en scripts.
Práctica 10: Sistemas de partículas.
Tema 9. Humanos virtuales.
- Modelado de humanos virtuales.
- pelo
- piel
- articulaciones
- Animación del comportamiento.
- Inteligencia artificial.
- Modelos cognitivos.
- Ultimas tendencias
- Los Sims
- Second Life
- Animación de multitudes
Tema 10. Interfaces Gráficas de Usuario. Multimedia. Realidad Virtual.
- Interfaces Gráficas de Usuario (GUIs).
- Ejemplos en Matlab.
- Entornos multimedia.
- Creación de una GUI.
- Realidad Virtual
- entornos inmersivos
- entornos proyectivos
- entornos híbridos
- Aplicaciones de la Realidad Virtual
- Realidad Aumentada
Práctica 11: Creación de una GUI.
Tema 11. Formatos gráficos.
- Gráficos vectoriales.
- Gráficos de mapa de bits.
- Formatos:
- BMP
- JPEG
- Metafiles
- Formatos de compresión de video:
- MPEG1
- MPEG2
- MPEG4
- Formato AVI
- Formatos de compresión de audio: MP3.
- Compresión fractal.
- Formatos industriales:
- IGES
- VDA
- CATIA
Práctica 12: Formatos MPEG y MP3.
Video: Formatos industriales.
Tema 12. Gráficos para la Web.
- Formatos GIF y JPEG.
- Librerías gráficas para la Web.
- Web 3D
- Visualización de datos mediante gráficos por computador.
- Últimas tendencias.
Práctica 13: Creación de una página web con contenido gráfico.
Práctica 14: Realidad virtual. Creación y navegación por una escena en VRML.