5.59. CS351. Tópicos en Computación Gráfica (Electivo)

• Semestre: 9no Sem. Créditos: 3
• Horas del curso: Teoría: 2 horas; Laboratorio: 2 horas;

• Prerrequisitos:

  • CS251. Computación Gráfica (7mo Sem)

5.59.1. Justificación

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

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)

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

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

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]

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]

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]

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]

Referencias Bibliográficas: [LaValle, ]

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]

Referencias Bibliográficas: [LaValle, ]

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]

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]

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

[Marschner and Shirley, 2021a]

[Marschner and Shirley, 2021b]

[Parent, 2012]

[LaValle, ]

[Noble, 2012]