2.6. Gráficos y Técnicas Interactivas (GIT)

Los Gráficos y Técnicas Interactivas (GIT) engloban los principios, algoritmos y tecnologías involucrados en el renderizado, modelado, animación e interacción con contenido visual e interactivo. Esta área de conocimiento integra conceptos de gráficos por computadora, interacción humano-computadora, visualización y procesamiento de imágenes para crear experiencias digitales inmersivas y efectivas. Con la proliferación de aplicaciones interactivas en entretenimiento, educación, visualización científica e interfaces de usuario, GIT juega un papel crucial en la computación moderna. Los estudiantes que estudian GIT aprenden a diseñar, implementar y evaluar sistemas que generan contenido visual, facilitan la interacción del usuario y aprovechan tecnologías emergentes como la realidad virtual, la realidad aumentada y la computación tangible. El área enfatiza tanto los fundamentos teóricos como las habilidades prácticas, preparando a los graduados para contribuir en diversos campos, incluyendo el desarrollo de videojuegos, simulación, visualización de datos y medios interactivos.

2.6.1. GIT/Conceptos Fundamentales de Gráficos y Técnicas Interactivas

Temas:
Core

• Descripción general del pipeline de gráficos por computadora y sistemas interactivos
• Conceptos básicos de renderizado: rasterización, trazado de rayos (ray tracing), modelos de sombreado
• Teoría del color y espacios de color
• Sistemas de coordenadas y transformaciones
• Técnicas básicas de interacción: dispositivos de entrada, manejo de eventos
• Conceptos avanzados de renderizado: iluminación global (global illumination), renderizado basado en física
• Hardware gráfico y técnicas de aceleración
• Percepción humana y cognición visual

Aprendizaje esperado (Learning Outcomes):
Core:

1.

Explicar las etapas básicas del pipeline de gráficos por computadora [Explicar]

2.

Describir técnicas básicas de renderizado como rasterización y trazado de rayos [Describir]

3.

Aplicar teoría del color para diseñar gráficos visualmente efectivos [Aplicar]

4.

Implementar transformaciones de coordenadas para gráficos 2D y 3D [Implementar]

5.

Diseñar aplicaciones interactivas básicas utilizando dispositivos de entrada comunes y manejo de eventos [Diseñar]

6.

Comparar técnicas avanzadas de renderizado como iluminación global y renderizado basado en física [Comparar]

7.

Analizar el rol del hardware gráfico en acelerar tareas de renderizado [Analizar]

8.

Explicar cómo la percepción humana influye en el diseño de gráficos e interacción [Explicar]

2.6.2. GIT/Visualización

Temas:
Core

• Principios de visualización de datos: percepción, cognición y codificación efectiva
• Tipos de visualizaciones: científicas, de información, geográficas
• Técnicas de visualización para datos multivariados, temporales y jerárquicos
• Visualización interactiva y exploración
• Evaluación de la efectividad de la visualización

Aprendizaje esperado (Learning Outcomes):
Core:

1.

Aplicar principios de percepción y cognición para diseñar visualizaciones efectivas [Aplicar]

2.

Seleccionar técnicas de visualización apropiadas para diferentes tipos de datos y tareas [Evaluar]

3.

Implementar visualizaciones interactivas para exploración de datos [Implementar]

4.

Evaluar la efectividad de una visualización usando métodos empíricos [Evaluar]

2.6.3. GIT/Renderizado Aplicado y Técnicas

Temas:
Core

• Algoritmos de rasterización: conversión por barrido (scan conversion), antialiasing
• Trazado de rayos (ray tracing): estructuras de aceleración, muestreo (sampling), sombreado
• Mapeo de texturas (texture mapping) y filtrado
• Modelos de sombreado: Lambertiano, Phong, BRDF
• Técnicas avanzadas: mapeo de sombras (shadow mapping), mapeo ambiental (environment mapping), renderizado diferido (deferred rendering)

Aprendizaje esperado (Learning Outcomes):
Core:

1.

Implementar algoritmos de rasterización para renderizado de primitivas [Implementar]

2.

Implementar trazado de rayos básico con estructuras de aceleración [Implementar]

3.

Aplicar técnicas de mapeo de texturas y filtrado para mejorar el realismo visual [Aplicar]

4.

Comparar diferentes modelos de sombreado y sus aplicaciones [Comparar]

5.

Implementar técnicas avanzadas de renderizado como mapeo de sombras o renderizado diferido [Implementar]

2.6.4. GIT/Modelado Geométrico

Temas:
Core

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

Aprendizaje esperado (Learning Outcomes):
Core:

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]

2.6.5. GIT/Sombreado y Renderizado Avanzado

Temas:
Core

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

Aprendizaje esperado (Learning Outcomes):
Core:

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]

2.6.6. GIT/Animación por Computadora

Temas:
Core

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

Aprendizaje esperado (Learning Outcomes):
Core:

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]

2.6.7. GIT/Simulación

Temas:
Core

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

Aprendizaje esperado (Learning Outcomes):
Core:

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]

2.6.8. GIT/Inmersión

Temas:
Core

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

Aprendizaje esperado (Learning Outcomes):
Core:

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]

2.6.9. GIT/Interacción

Temas:
Core

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

Aprendizaje esperado (Learning Outcomes):
Core:

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]

2.6.10. GIT/Procesamiento de Imágenes

Temas:
Core

• Representación y formatos de imagen
• Filtrado y mejora: convolución, dominio de frecuencia
• Segmentación de imágenes y detección de características
• Operaciones morfológicas
• Aplicaciones en gráficos, visión y multimedia

Aprendizaje esperado (Learning Outcomes):
Core:

1.

Manipular imágenes usando diferentes representaciones y formatos [Procesar]

2.

Aplicar técnicas de filtrado para mejora y análisis de imágenes [Aplicar]

3.

Implementar algoritmos de segmentación de imágenes para extracción de características [Implementar]

4.

Usar operaciones morfológicas para tareas de procesamiento de imágenes [Usar]

5.

Desarrollar aplicaciones que integren procesamiento de imágenes con sistemas de gráficos o visión [Crear]

2.6.11. GIT/Computación Tangible/Física

Temas:
Core

• Interfaces tangibles y computación física
• Sensores y actuadores para sistemas interactivos
• Sistemas embebidos para arte y diseño interactivo
• Instalaciones y entornos interactivos

Aprendizaje esperado (Learning Outcomes):
Core:

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]

2.6.12. GIT/Sociedad, ética y Profesión

Temas:
Core

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

Aprendizaje esperado (Learning Outcomes):
Core:

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]