Este documento trata sobre modelado y simulación de entornos virtuales. Explica las aplicaciones de la informática gráfica como diseño asistido por computadora, gráficos de presentación, creaciones artísticas, entretenimiento, simulación y entrenamiento, y visualización científica y médica. También resume brevemente la historia de la informática gráfica y los procesos gráficos involucrados en la creación de imágenes virtuales 3D.

1. Modelado y Simulación
de Entornos Virtuales

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

3. 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)

4. 4
Introducción: Aplicaciones
CAD

5. 5
Introducción: Aplicaciones
• 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

6. 6
Introducción: Aplicaciones
Gráficos de Presentación

7. 7
Introducción: Aplicaciones
• 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. 8
Introducción: Aplicaciones
Creaciones Artísticas

9. 9
Introducción: Aplicaciones
• Entretenimiento
– Áreas: Cine: (Tron, Toy Story, etc.),
Televisión (Cortinillas, cabeceras, etc.),
Juegos por computador
– Técnicas: Animación, Visualización realista,
Efectos especiales (Ej.morphing),
Interactividad

10. 10
Introducción: Aplicaciones
Creaciones Artísticas

11. 11
Introducción: Aplicaciones
• 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

12. 12
Introducción: Aplicaciones
Simulación y Entrenamiento

13. 13
Introducción: Aplicaciones
• 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

14. 14
Introducción: Aplicaciones
Visualización científica y médica

15. Introducción: Aplicaciones
15
Nuevo OCIO

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

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Introducción: Historia
• 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)

18. 18
Introducción: Historia
• 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. 19
Introducción: Historia
• 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

20. 20
Introducción: Historia
• 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

21. 21
Introducción: Historia
• 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

22. 22
Introducción: Historia

23. 23
Introducción: Historia
• 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)

24. 24
Introducción: Historia
• Los 70
– Westworld (1973)
– La primera película
que utilizó gráficos
generador por
ordenador
– La primera vez que se
utilizó el término
“virus informático”

25. 25
Introducción: Historia
• Los 70
– Star Wars (1977)

26. 26
Introducción: Historia
• 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”

27. 27
Introducción: Historia
• 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

28. 28
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

29. 29
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

30. 30
Disciplinas relacionadas
Gráficos por
Ordenador
Visión por
Ordenador
Procesado
de Datos
Datos
Imágenes
Procesado
de Imagen

31. 31
Proceso Gráfico
• Ejecución secuencial de procesos
• Dos “pipelines” gráficas
– Geométrica o 3D “pipeline”
– Imaginería o 2D “pipeline”

32. 32
“Pipeline” 3D
Animación/Interacción: tiempo
Modelado: formas
Sombreado: reflexión y luces
Transformaciones: visionado

33. 33
“Pipeline” 2D
Rasterization and Sampling
Texture Mapping
Image Composition
Intensity and Colour Quantization
Framebuffer/Display

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

35. 35
Ejemplo de Proceso Gráfico
• Vista en perspectiva

36. 36
Ejemplo de Proceso Gráfico
• Marcar profundidad

37. 37
Ejemplo de Proceso Gráfico
• Eliminar líneas ocultas y colorear

38. 38
Ejemplo de Proceso Gráfico
• Sombreado constante, ambiente

39. 39
Ejemplo de Proceso Gráfico
• Sombreado de facetas

40. 40
Ejemplo de Proceso Gráfico
– Sombreado Gouraud, sin reflejo especular

41. 41
Ejemplo de Proceso Gráfico
• Brillos especulares

42. 42
Ejemplo de Proceso Gráfico
• Sombreado Phong

43. 43
Ejemplo de Proceso Gráfico
• “Mapeo” de texturas

44. 44
Ejemplo de Proceso Gráfico
• Reflexiones, sombras y mapeo de bultos

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

46. 46
Ejemplo: Disney y TSL

47. 47
“Cornell Box”