Introduccion

Modelado y Simulación
de Entornos Virtuales

2
Introducción
• Aplicaciones
• Historia
• Dispositivos
• Proceso de obtención de imágenes

3
Introducción: Aplicaciones
• Diseño asistido por computador CAD
(Computer Aided Design)
– Herramientas gráficas que permiten diseñar
prototipos y evaluarlos antes de construirlos
• Áreas importantes: Diseño industrial, Arquitectura,
Circuitería eléctrica,Circuitos impresos e integrados
• Técnica habitual: Diseño basado en primitivas
constructivas, superficies curvas, etc
• Otras posibilidades: Realidad virtual, presentación realista,
sugerencias constructivas, análisis del diseño, conexión
con el sistema de fabricación (CAM)

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CAD

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• Gráficos de presentación
– Uso de los gráficos para producción de
ilustraciones de soporte a informes y
trabajos
• Áreas de mayor uso: Economía, Estadística,
Matemáticas, Administración y gestión
• Técnicas principales: Gráficos de línea, Gráficos
de barra, Gráficos de tarta, Superficies 3D

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Gráficos de Presentación

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• Creaciones artísticas
– En este campo se producen imágenes con
un fin artístico o comercial: Diseño de
logotipos, Bellas Artes, Animaciones
publicitarias
• Técnicas y software: Programas tipo “paintbrush”,
Programas de soporte a la animación, Técnicas
de tratamiento de imagen, Técnicas de
“rendering”

8
Creaciones Artísticas

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• Entretenimiento
– Áreas: Cine: (Tron, Toy Story, etc.),
Televisión (Cortinillas, cabeceras, etc.),
Juegos por computador
– Técnicas: Animación, Visualización realista,
Efectos especiales (Ej.morphing),
Interactividad

10
Creaciones Artísticas

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• Simulación y entrenamiento
– Áreas: Simulación de conducción
(simuladores de vuelo, de automóviles),
Simulación de procesos (paneles de
procesos industriales), Entrenamiento
(montaje y operación de equipos, medicina),
Enseñanza (Infantil)
– Técnicas: Tiempo real, Interactividad
– Equipamiento: Equipamiento específico (Ej.
Simuladores de vuelo)
– Nuevas técnicas: realidad virtual

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Simulación y Entrenamiento

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• Visualización científica y médica.
Visualización gráfica de gran cantidad de
datos
– Áreas: Medicina (Ej. Resonancias),
Ingeniería (Ej. Esfuerzos en mecanismos),
Física (Ej. Campos), Química (Ej. Interacción
molecular), Matemáticas (Ej. Solución a
ecuaciones), Topografía y oceanografía (Ej.
Terrenos y corrientes)
– Técnicas: Codificación por color, Curvas de
nivel, Visualización de volúmenes

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Visualización científica y médica

15
Nuevo OCIO

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Introducción: Historia
• Los comienzos (50)
– Whirlwind y SAGE
(1951)

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• Los 60
– Sketchpad: El primer
programa gráfico
interactivo
• Ph.D. Thesis, 1963.
MIT, "Sketchpad: A
Man-machine
Graphical
Communications
System"
Ivan Sutherland en la
consola del TX-2 (320Kb)

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• Los 60
– Russell estudiante del
MIT desarrolla el
primer videojuego
para ordenador
“Spacewar”
• 200 horas-hombre
• En un PDP-1
– El primer juego
“Tennis for two”
(1958) Whiginbotham
se jugaba en un
osciloscopio

19
• Los 60
– Primeros cortos de animación para simulación de
efectos físicos (gravedad, movimiento, etc.) (1963)
– Sutherland (MIT) inventa el primer casco de
visualización estereoscópica (1966)
– Primer algoritmo de superficies ocultas, Catmull y
otros en la Universidad de Utah Finales de los 60
– El mismo equipo empieza a interesarse por el
realismo mediante sombreado de superficies con
color

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• Los 70
– Gouraud presenta su
famoso método para el
suavizado de superficies
poligonales (1971)
– Comercialización del
microprocesador (1971)
– Fundación de Atari,
empresa impulsora de los
videojuegos (1972)
– Primeros intentos de
introducción de la
Informática Gráfica en el
cine

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• Los 70
– Newell en la U. de
Utah crea la famosa
tetera, banco de
pruebas hasta
nuestros días
– Comienzo de las
texturas y Z-Buffer:
tesis de Catmull en el
74

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• Los 70
– Phong desarrolla su
método de suavizado de
superficies poligonales
(1974)
– 1975 Baum y Wozniak
crean Apple en un garaje
– Gates funda Microsoft
(1975)
– Lucasfilm crea la división
de gráficos por
computador con los
mejores talentos del
momento (1979)

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• Los 70
– Westworld (1973)
– La primera película
que utilizó gráficos
generador por
ordenador
– La primera vez que se
utilizó el término
“virus informático”

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• Los 70
– Star Wars (1977)

26
• Los 80
– Popularización del
SIGGRAPH como el evento
anual más importante en el
área
– Whitted publica un articulo
sobre la técnica del trazado
de rayos. 'Spheres' Bell
Laboratories,
Communications of the
Association for Computing
Machinery (ACM), June
1980, vol. 23, no. 6, 1980
– Carpenter, en Lucasfilm,
construye el primer motor de
rendering el REYES,
precursor del
Renderman.(1981)
– Kajiya (1986). La ecuación de
“rendering”

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• Los 80
– Realización de la película
TRON de Lisberger y
Kushner en la Disney
(principios de los 80)
– Venta masiva de terminales
gráficas: IBM, Tektronix
– Aparece el primer estándar
ISO y ANSI como norma de
construcción de librerías
gráficas: el GKS
– IBM crea el Personal
Computer PC
– Goral, Torrance et al. (1984),
Cohen (1985). Radiosidad

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Informática Gráfica
Juegos de ordenador
Animación
Visualización
Modelado
Render
Lenguajes
GUI
Compresión
Visión por ordenador
Medios Digitales
Gestión del color
VR/AR
Sistemas
Modelado matemático
Arquitectura de ordenadores
Impresión

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Informática Gráfica
• Materia interdisciplinar
– Física, Matemáticas y otras Ciencias Naturales
• Simulación
• Modelado
• Análisis numérico
– Ingeniería
• Sistemas de Software y Hardware
• Dispositivos de Entrada/Salida
• Infraestructura e integración en los entornos existentes
– Arte, Psicología, Medicina…
• Percepción
• Cuenta cuentos
• Diseño y composición

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Disciplinas relacionadas
Gráficos por
Ordenador
Visión por
Ordenador
Procesado
de Datos
Datos
Imágenes
Procesado
de Imagen

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Proceso Gráfico
• Ejecución secuencial de procesos
• Dos “pipelines” gráficas
– Geométrica o 3D “pipeline”
– Imaginería o 2D “pipeline”

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“Pipeline” 3D
Animación/Interacción: tiempo
Modelado: formas
Sombreado: reflexión y luces
Transformaciones: visionado

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“Pipeline” 2D
Rasterization and Sampling
Texture Mapping
Image Composition
Intensity and Colour Quantization
Framebuffer/Display

34
Ejemplo de Proceso Gráfico
– Modelo de alambre, con vistas ortográficas

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• Vista en perspectiva

36
• Marcar profundidad

37
• Eliminar líneas ocultas y colorear

38
• Sombreado constante, ambiente

39
• Sombreado de facetas

40
– Sombreado Gouraud, sin reflejo especular

41
• Brillos especulares

42
• Sombreado Phong

43
• “Mapeo” de texturas

44
• Reflexiones, sombras y mapeo de bultos

45
Ejemplo: Disney y TSL
Modelo de alambre Modelo de esqueleto Modelo de músculos
Piel Pelo Render y retoque

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