Graficación


Semestre:

Fecha de elaboración:

Agosto de 2013

Fecha de revisión:

Septiembre de 2013

Elaborado por:

Juan Manuel Rendón

Ciclo de formación:

Profesional

Área curricular:

Ciencias de la Disciplina

Tipo de unidad:

Teórica

Carácter de unidad:

Obligatoria

Clave:

GR01FP050010

Créditos:

10

Semestre:

Horas Teoría:

5

Horas Práctica:

0

Programas académicos en los que se imparte:

Licenciatura en Ciencias Áreas terminales en Matemáticas, Física, Bioquímica y Biología Molecular, y Ciencias Computacionales y Computación Científica

Prerrequisitos:

Identificar la estructura de los espacios vectoriales como una generalización de los espacios Euclidianos. Analizar las funciones entre espacios vectoriales que preservan esta estructura, llamadas transformaciones lineales. Resolver sistemas de ecuaciones homogéneos y no homogéneos, utilizando la teoría de espacios vectoriales y transformaciones lineales.

Antecedentes Recomendadas:

Ninguna

Consecuentes Recomendadas:

  • Ninguna

Presentación de la unidad de aprendizaje:

La graficación por computadora es un área de la computación con mucho auge e innumerables aplicaciones en todas las áreas del conocimiento. Cualquier modelo computacional que se visualice en la pantalla de una computadora, una televisión o una pantalla de cine, utiliza técnicas de graficación. Esta unidad de aprendizaje presenta tanto la base teórica como la parte de implementación de los métodos de base usados para la graficación por computadora. El conjunto de métodos presentados constituyen una panorámica de los métodos presentes en todo sistema de graficación bidimensional o tridimensional.


Propósito de la unidad de aprendizaje:

Comprender algunas técnicas básicas de graficación y visualización por computadora. Familiarizar al estudiante con las técnicas de base para graficación por computadora e implementación en un programa de computadora.


Competencias profesionales:

Contribuye en la construcción de modelos computacionales, a partir de situaciones reales.Construye modelos computacionales simplificados que describan una situación compleja, identifica sus elementos esenciales y efectúa las aproximaciones necesarias.

Contribución al perfil de egreso:

Se aportan competencias académicas y profesionales en el área terminal de su elección, que posibiliten el adecuado desempeño para seleccionar, movilizar y gestionar las disposiciones y los recursos disponibles para resolver problemas en un campo determinado de situaciones de acción, así como la capacidad para el aprendizaje de forma autónoma.


Secuencia temática:

  1. I Introducción.
    1. Historia y aplicaciones. Historia de la graficación y la visualización por computadora. Aplicaciones de la graficación por computadora: visualización de datos científicos, animación por computadora, diseño asistido por computadora, realidad virtual y aumentada.
    2. Hardware. Gráficos vectoriales. Descripción de los gráficos vectoriales. Ventajas y desventajas con respecto a los gráficos vectoriales. Hardware de gráficos vectoriales: tubo. Gráficos rasterizados (con pixeles) de rayos catódicos, plotter. Hardware de gráficos rasterizados: monitores digitales, impresora láser. Tarjetas gráficas actuales.
    3. Introducción a OpenGL. ¿Qué es OpenGL? Historia y breve introducción al lenguage OpenGL. Rendering pipline. Sintaxis de OpenGL. Librerías de OpenGL. Programas de ejemplo simples.
  2. II Líneas, círculos, polígonos y recorte en 2D.
    1. Líneas rectas y círculos en 2D. Algoritmo de Bresenham para dibujar líneas rectas y círculos. Antialiasing de área ponderado y no ponderado.
    2. Introducción a polígonos. Dibujo del contorno de un polígono. Dibujo de polígonos “sólidos” (scan-conversion) con tabla de bordes activos. Algoritmo de relleno (flood fill).
    3. Recorte. Recorte de líneas de Cohen-Sutherland. Recorte de polígonos de Sutherland-Hodgman.
  3. III Curvas y superficies.
    1. Modelado de curvas. Introducción a curvas cúbicas. Curvas de Hermite. Curvas de Bézier. B-splines. NURBS. Programas de ejemplo.
    2. Modelado de superficies El parche bicúbico, Superficies de Bézier, Superficies B-splines. Programas de ejemplo.
  4. IV Transformaciones geométricas.
    1. Transformaciones en 2D. Repaso de álgebra lineal. Matrices de rotación, traslación y cambio de escala. Coordenadas homogéneas y representación matricial de transformaciones en 2D. Composición de transformaciones en 2D. Programas de ejemplo.
    2. Transformaciones en 3D. Rotación, traslación, cambio de escala. Composición de transformaciones en 3D. Cambio de sistema coordenado (marco de referencia). Programas de ejemplo.
    3. Proyecciones. Representación matricial de transformaciones en 3D. Proyecciones perspectivas. Proyecciones paralelas. Marcos de referencia. Marco de referencia del objeto. Marco de referencia del mundo. Marco de referencia de la cámara. Volumen de vista (frustrum). La transformación Ventana-a-Viewport. Proyecciones en OpenGL. Programas de ejemplo.
  5. V Iluminación y sombreado.
    1. Modelos de color. Percepción del color. Elementos de biología de la visión humana (sensibilidad de conos y bastones). Colorimetría. Modelado del color. Diferentes modelos de color: RGB, HSV, HSL, CMYK, CIE XYZ.
    2. Modelos de Iluminación y sombreado. Fuente de luz y propiedades de materiales. Reflexiones ambientales, difusas y especulares. Modelo de reflexión de Phong. Render de una superficie poligonal: sobreado plano, de Gouraud y de Phong. Ejemplo de la esfera (programa). Transparencia (Refracción). Antialiasing: sobremuestreo.
    3. Textura proyección (directa) de textura. Proyección de entorno (o por reflexión). Proyección de rugosidad.
    4. Detección de superficies visibles. Algoritmo del pintor. Algoritmo de Z-Buffer.
    5. Métodos globales de iluminación y sombreado Ray Tracing no recursivo, técnicas de antialiasing: sobremuestreo, muestreo adaptativo y estocástico. Fórmulas de intersección de rayos: con esferas, cilindros, polígonos. Ray tracing recursivo. Radiosidad: ecuación de radiosidad, Refinamiento progresivo. Factores de forma (el método del semicubo).
  6. VI Modelado de sólidos y visualización.
    1. Modelado de sólidos. Representaciones de bordes (B-reps). Geometría sólida constructiva (CSG). Representaciones de descomposición espacial.
    2. Visualización. Visualización de campos vectoriales. Visualización de campos escalares (método de marching cubes).
  7. VII Localización de cámara.
    1. Modelo de cámara pinhole. Matriz de cámara asociada al modelo pinhole. Localización tridimensional basada en marcas de referencia.

Criterios de Evaluación:

  • Exámenes parciales: 30%
  • Examen final: 30%
  • Participación en clase: 10%
  • Búsqueda de información: 10%
  • Otra (especifique): Tareas: 20%


Bibliografía básica:

  • Agoston, Max K. Computer graphics and geometric modeling implementations and algorithms. Ed. Springer.
  • Foley, James D., Van Dam, Andries, Feiner, Steven K. John, Hughes, F. y Philips, Richard L. Introduction to computer graphics. Ed. Addison-Wesley.
  • Shreiner, David, Neider, Jackie, Davis, Tom y Woo, Mason. OpenGL architecture review board, OpenGL programming guide. Ed. Addison-Wesley.

Bibliografía complementaria:

  • Shreiner, Dave. OpenGL architecture review board. OpenGL reference manual. Ed. Addison- Wesley.
  • Hearn, Dolald y Baker, M. Pauline. Gráficos por computadora con OpenGL. 2a edición. Ed. Pearson Prentice Hall.