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5.59. Tópicos en Computación Gráfica (Electivo)

5.59.1. Justificación ↑ Volver arriba

Los gráficos por computadora modernos van más allá de la simple generación de imágenes, abarcando interacción en tiempo real, simulación física y entornos inmersivos. Este curso explora temas avanzados en la canalización de gráficos, enfocándose en sombreado programable, modelado geométrico complejo y animación por computadora. Además, aborda la intersección de los gráficos con la computación física y las implicaciones éticas de la generación de contenido sintético.

5.59.2. Objetivos Generales ↑ Volver arriba

1. Dominar la programación avanzada de sombreadores y el renderizado no fotorrealista.
2. Implementar simulaciones basadas en física y animaciones complejas.
3. Diseñar experiencias inmersivas e interactivas usando computación tangible.
4. Evaluar el impacto ético y social de las imágenes generadas por computadora.

5.59.3. Contribución a los resultados (Outcomes) ↑ Volver arriba

AG-C11) Uso de Herramientas: Aplica herramientas modernas de computación en la resolución de problemas. (Usage)

AG-C09) Diseño y Desarrollo de Soluciones: Diseña, implementa y evalúa soluciones para problemas complejos de computación. (Usage)

5.59.4. Contenido ↑ Volver arriba

5.59.4.1. Sombreado y Renderizado Avanzado (12 horas) [Habilidades AG-C09,AG-C11] ↑ Volver arriba

Referencias Bibliográficas: (Marschner and Shirley, 2021a; Marschner and Shirley, 2021b)

Temas

1. Sombreado avanzado: sombreado basado en física, dispersión subsuperficial (subsurface scattering)
2. Iluminación global (global illumination): radiosidad, mapeo de fotones (photon mapping), trazado de caminos (path tracing)
3. Técnicas de renderizado en tiempo real: nivel de detalle (level of detail), culling, oclusión
4. Programación GPU y sombreadores (shaders)

Aprendizaje esperado (Learning Outcomes)

1. Implementar modelos de sombreado avanzados para materiales realistas [Implementar]
2. Comparar algoritmos de iluminación global y sus compensaciones [Comparar]
3. Optimizar el renderizado en tiempo real usando técnicas como nivel de detalle y culling [Crear]
4. Desarrollar sombreadores GPU para efectos de renderizado personalizados [Crear]

5.59.4.2. Modelado Geométrico (10 horas) [Habilidades AG-C09,AG-C11] ↑ Volver arriba

Referencias Bibliográficas: (Marschner and Shirley, 2021a)

Temas

1. Representaciones geométricas: polígonos, curvas, superficies, formas implícitas
2. Técnicas de modelado: curvas spline, superficies de subdivisión, geometría sólida constructiva
3. Modelado procedural y generación
4. Algoritmos geométricos: intersección, distancia, descomposición

Aprendizaje esperado (Learning Outcomes)

1. Describir diferentes representaciones geométricas y sus compensaciones (trade-offs) [Describir]
2. Implementar técnicas de modelado como curvas spline o superficies de subdivisión [Implementar]
3. Crear modelos procedurales usando algoritmos o reglas [Crear]
4. Aplicar algoritmos geométricos para resolver problemas como pruebas de intersección o procesamiento de mallas (mesh) [Aplicar]

5.59.4.3. Animación por Computadora (8 horas) [Habilidades AG-C09,AG-C11] ↑ Volver arriba

Referencias Bibliográficas: (Parent, 2012)

Temas

1. Principios de animación: tiempo (timing), espaciado (spacing), anticipación, seguimiento (follow-through)
2. Animación por fotogramas clave (keyframe) e interpolación
3. Animación procedural: sistemas de partículas, comportamiento de bandadas (flocking), basada en física
4. Animación de personajes: animación esquelética, skinning, cinemática inversa
5. Captura de movimiento (motion capture) y retargeting

Aprendizaje esperado (Learning Outcomes)

1. Aplicar principios de animación para crear movimiento creíble [Aplicar]
2. Implementar animación por fotogramas clave con técnicas de interpolación [Implementar]
3. Crear animaciones procedurales como sistemas de partículas o simulaciones basadas en física [Crear]
4. Implementar animación de personajes usando sistemas esqueléticos y skinning [Implementar]
5. Procesar datos de captura de movimiento para retargeting de animación [Implementar]

5.59.4.4. Simulación (8 horas) [Habilidades AG-C09,AG-C11] ↑ Volver arriba

Referencias Bibliográficas: (Parent, 2012)

Temas

1. Simulación basada en física: cuerpos rígidos, fluidos, tela
2. Métodos numéricos para simulación: integración, detección de colisiones
3. Restricciones y optimizaciones de simulación en tiempo real
4. Aplicaciones en videojuegos, efectos visuales y visualización científica

Aprendizaje esperado (Learning Outcomes)

1. Implementar simulaciones basadas en física para cuerpos rígidos o fluidos [Implementar]
2. Aplicar métodos de integración numérica para simulaciones dinámicas [Aplicar]
3. Optimizar simulaciones para rendimiento en tiempo real [Crear]
4. Desarrollar simulaciones para aplicaciones específicas como videojuegos o visualización científica [Crear]

5.59.4.5. Inmersión (5 horas) [Habilidades AG-C09,AG-C11] ↑ Volver arriba

Referencias Bibliográficas: (LaValle, 2023)

Temas

1. Conceptos de realidad virtual (VR) y realidad aumentada (AR)
2. Tecnologías de visualización inmersiva: pantallas montadas en la cabeza (head-mounted displays), CAVEs
3. Seguimiento (tracking) y entrada para entornos inmersivos
4. Presencia y comodidad en sistemas inmersivos

Aprendizaje esperado (Learning Outcomes)

1. Explicar los conceptos centrales y diferencias entre VR y AR [Explicar]
2. Evaluar tecnologías de visualización inmersiva y sus aplicaciones [Evaluar]
3. Implementar soluciones de seguimiento y entrada para entornos inmersivos [Implementar]
4. Diseñar experiencias inmersivas que maximicen la presencia y minimicen la incomodidad [Diseñar]

5.59.4.6. Interacción (5 horas) [Habilidades AG-C09,AG-C11] ↑ Volver arriba

Referencias Bibliográficas: (LaValle, 2023)

Temas

1. Paradigmas de interacción: manipulación directa, basada en gestos, tangible
2. Diseño de interfaz de usuario para aplicaciones gráficas
3. Interacción multimodal: combinando retroalimentación visual, auditiva, háptica
4. Evaluación de técnicas de interacción: usabilidad, experiencia de usuario

Aprendizaje esperado (Learning Outcomes)

1. Comparar diferentes paradigmas de interacción y su idoneidad para varias tareas [Comparar]
2. Diseñar interfaces de usuario para aplicaciones intensivas en gráficos [Diseñar]
3. Implementar sistemas de interacción multimodal incorporando múltiples canales de retroalimentación [Implementar]
4. Realizar evaluaciones de usabilidad de técnicas de interacción [Evaluar]

5.59.4.7. Computación Tangible/Física (8 horas) [Habilidades AG-C09,AG-C11] ↑ Volver arriba

Referencias Bibliográficas: (Noble, 2012)

Temas

1. Interfaces tangibles y computación física
2. Sensores y actuadores para sistemas interactivos
3. Sistemas embebidos para arte y diseño interactivo
4. Instalaciones y entornos interactivos

Aprendizaje esperado (Learning Outcomes)

1. Diseñar interfaces tangibles que unan interacciones físicas y digitales [Diseñar]
2. Integrar sensores y actuadores para crear sistemas responsivos [Integrar]
3. Desarrollar sistemas embebidos para proyectos de arte o diseño interactivo [Crear]
4. Crear instalaciones interactivas que involucren a los usuarios en espacios físicos [Crear]

5.59.4.8. Sociedad, ética y Profesión (8 horas) [Habilidades AG-C09,AG-C11] ↑ Volver arriba

Referencias Bibliográficas: (Marschner and Shirley, 2021a)

Temas

1. Consideraciones éticas en gráficos e interacción: representación, accesibilidad, privacidad
2. Impacto social de las tecnologías inmersivas y la visualización
3. Práctica profesional en industrias de gráficos e interactivas

Aprendizaje esperado (Learning Outcomes)

1. Analizar problemas éticos relacionados con representación, accesibilidad y privacidad en gráficos e interacción [Analizar]
2. Discutir las implicaciones sociales de las tecnologías inmersivas y la visualización de datos [Debatir]
3. Describir prácticas y estándares profesionales en industrias de gráficos e interactivas [Describir]

5.59.5. Referencias Bibliográficas ↑ Volver arriba

Marschner, S. and Shirley, P. (2021a). Fundamentals of Computer Graphics. A K Peters/CRC Press, 5th edition.

Marschner, S. and Shirley, P. (2021b). Fundamentals of Computer Graphics. CRC Press, 5th edition. Same book as Marschner2021; alternate citation key using lead author Shirley.

Parent, R. (2012). Computer Animation: Algorithms and Techniques. Morgan Kaufmann, 3rd edition.

LaValle, S. M. (2023). Virtual Reality. Cambridge University Press.

Noble, J. (2012). Programming Interactivity: A Designer's Guide to Processing, Arduino, and OpenFrameworks. O'Reilly Media, 2nd edition.