Visualización e Interacción Gráfica (2009)

Objetivos generales

• El objetivo general del curso es proporcionar al alumno/a 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.

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.

• Vídeo: 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.

• Vídeo: 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 vídeo:

  • MPEG1.

  • MPEG2.

  • MPEG4.

• Formato AVI.

• Formatos de compresión de audio: MP3.

• Compresión fractal.

• Formatos industriales:

  • IGES.

  • VDA.

  • CATIA.

• Práctica 12. Formatos MPEG y MP3.

• Vídeo: 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.