Gràfics

• Professorat
• Hores setmanals
• Competències
• Objectius
• Continguts
• Activitats
• Metodologia docent
• Mètode d'avaluació
• Bibliografia
• Web links

Professorat

Responsable

• Carlos Andujar Gran ( )

Altres

• Alejandro Ríos Jerez ( )
• Alvaro Vinacua Pla ( )
• Antonio Chica Calaf ( )
• Imanol Muñoz Pandiella ( )
• Jose Luis Pontón Martinez ( )
• Marta Fairen Gonzalez ( )
• Oscar Argudo Medrano ( )

Hores setmanals

Competències

Competències Tècniques

Competències tècniques comunes

• CT1 - Demostrar coneixement i comprensió de fets essencials, conceptes, principis i teories relatives a la informàtica i a les seves disciplines de referència.
  • CT1.2A - Interpretar, seleccionar i valorar conceptes, teories, usos i desenvolupaments tecnològics relacionats amb la informàtica i la seva aplicació a partir dels fonaments matemàtics, estadístics i físics necessaris. CEFB1: capacitat per a resoldre els problemes matemàtics que es plantegin en la enginyeria. Aptitud per a aplicar els coneixements sobre: àlgebra, càlcul diferencial i integral i mètodes numèrics; estadística i optimització.
  • CT1.2C - Interpretar, seleccionar i valorar conceptes, teories, usos i desenvolupaments tecnològics relacionats amb la informàtica i la seva aplicació a partir dels fonaments matemàtics, estadístics i físics necessaris. CEFB3. Capacitat per a comprendre i dominar els conceptes bàsics de matemàtica discreta, lògica, algorísmica i complexitat computacional, i la seva aplicació per al tractament automàtic de la informació mitjançant sistemes computacionals i la seva aplicació per a la resolució de problemes propis de l'enginyeria.
• CT4 - Demostrar coneixement i capacitat d'aplicació dels procediments algorísmics bàsics de les tecnologies informàtiques per a dissenyar solucions a problemes, analitzant la idoneïtat i la complexitat dels algorismes
  • CT4.1 - Identificar les solucions algorísmiques més adequades per a resoldre problemes de dificultat mitjana.
• CT5 - Analitzar, dissenyar, construir i mantenir aplicacions de forma robusta, segura i eficient, triant el paradigma i els llenguatges de programació més adequats.
  • CT5.2 - Conèixer, dissenyar i utilitzar de forma eficient els tipus i les estructures de dades més adients per a la resolució d'un problema.
  • CT5.3 - Dissenyar, escriure, provar, depurar, documentar i mantenir codi en un llenguatge d'alt nivell per a resoldre problemes de programació aplicant esquemes algorísmics i utilitzant estructures de dades.
  • CT5.5 - Usar les eines d'un entorn de desenvolupament de software per a crear i desenvolupar aplicacions.

Competències Transversals

Actitud adequada davant el treball

• G8 [Avaluable] - Tenir motivació per a la realització professional i per a afrontar nous reptes, tenir una visió àmplia de les possibilitats de la carrera professional en l'àmbit de l'enginyeria en informàtica. Sentir-se motivat per la qualitat i la millora contínua, i actuar amb rigor en el desenvolupament professional. Capacitat d'adaptació als canvis organitzatius o tecnològics. Capacitat de treballar en situacions de carència d'informació i/o amb restriccions temporals i/o de recursos.
  • G8.3 - Estar motivat pel desenvolupament professional, per a afrontar nous reptes i per la millora contínua. Tenir capacitat de treball en situacions de falta d'informació.

Sostenibilitat i compromís social

• G2 [Avaluable] - Conèixer i comprendre la complexitat dels fenòmens econòmics i socials típics de la societat del benestar. Ser capaç d'analitzar i valorar l'impacte social i mediambiental.
  • G2.3 - Tenir en compte les dimensions social, econòmica i ambiental, i el dret a la privacitat a aplicar solucions i dur a terme projectes coherents amb el desenvolupament humà i la sostenibilitat.

Competències Tècniques de cada especialitat

Especialitat computació

• CCO2 - Desenvolupar de forma efectiva i eficient els algorismes i el software apropiats per a resoldre problemes complexos de computació.
  • CCO2.3 - Desenvolupar i avaluar sistemes interactius i de presentació d'informació complexa, i la seva aplicació a la resolució de problemes de disseny d'interacció persona computador.
  • CCO2.6 - Dissenyar i implementar aplicacions gràfiques, de realitat virtual, de realitat augmentada i videojocs.

Objectius

1. Comprendre en profunditat les diferents etapes del procés de visualització projectiu
   Competències relacionades: CT1.2A, CT1.2C, CCO2.6,
2. Ser capaç d'implementar els algorismes associats a les diferents etapes del procés de visualització
   Competències relacionades: CT1.2A, CT1.2C, CCO2.6, CT4.1, CT5.5,
3. Comprendre els fonaments, equacions i limitacions dels models d'il•luminació local
   Competències relacionades: CCO2.6,
4. Assimilar la funcionalitat, model d'execució i programació de shaders en GLSL
   Competències relacionades: CT1.2C, CCO2.6,
5. Comprendre i tenir destresa implementant tècniques d'interacció amb escenes 3D (selecció, manipulació i navegació).
   Competències relacionades: CCO2.3, CCO2.6, CT5.5, CT5.3,
6. Conèixer en profunditat els conceptes, tècniques i algorismes relacionats amb la texturació de superfícies
   Competències relacionades: CT1.2A, CT1.2C, CCO2.6,
7. Comprendre i ser capaç de desenvolupar algorismes per la simulació d'ombres
   Competències relacionades: CT1.2A, CT1.2C, CCO2.6,
8. Comprendre i ser capaç de desenvolupar algorismes per la simulació de reflexions especulars
   Competències relacionades: CT1.2A, CT1.2C, CCO2.6,
9. Comprendre i ser capaç de desenvolupar algorismes per la simulació d'objectes transparents
   Competències relacionades: CT1.2A, CT1.2C, CCO2.6,
10. Assimilar els principals conceptes, equacions i algorismes d'il·luminació global
    Competències relacionades: CT1.2A, CT1.2C, CCO2.6, CT4.1,
11. Conèixer l'algorisme de ray-tracing i les seves variants
    Competències relacionades: CT1.2A, CT1.2C, CCO2.6, CT4.1,
12. Ser capaç d'implementar funcions eficients per la intersecció raig-geometria
    Competències relacionades: CT1.2A, CT1.2C, CCO2.6, CT4.1, CT5.2,
13. Identificar els avantatges i inconvenients de les diferents estructures de dades espacials
    Competències relacionades: CCO2.6, CT5.2,
14. Ser capaç de desenvolupar aplicacions gràfiques interactives per la visualització realista d'escenes 3D
    Competències relacionades: CCO2.3, CCO2.6, CT4.1, CT5.2, CT5.5, CT5.3,
15. Comprendre els elements que integren la visualització realista i les diferències entre els models d'il·luminació locals i globals
    Competències relacionades: CCO2.3, CCO2.6,
16. Conèixer les possibilitats dels gràfics per computador a la carrera professional, desenvolupar una actitud proactiva envers la qualitat, i ser capaç d'implementar noves funcionalitats en situacions de manca d'informació.
    
    Competències relacionades: G8.3, G2.3,
17. Comprendre el paper de la informàtica gràfica en el desenvolupament de software amb una clara repercussió social, econòmica i/o ambiental, en àrees d'especial rellevància com ara la medicina, el disseny industrial i el patrimoni cultural.
    
    Competències relacionades: G2.3,

Continguts

1. Introducció als gràfics
   Paradigmes de visualització. Elements que defineixen la visualització realista. Emissió, reflexió i transmissió de la llum. Comportament difós i especular. Models d'il·luminació global i local.
2. Àrees d'aplicació dels gràfics
   Paper de la informàtica gràfica a la societat. Principals aplicacions dels gràfics.
   Aplicacions amb clara repercussió social, econòmica i/o ambiental. Aplicacions en medicina, indústria i patrimoni cultural.
3. Procés de visualització projectiu
   Transformacions geomètriques i sistemes de coordenades. Enviament de geometria. Processament de vèrtexs. Composició de primitives i retallat. Rasterització i interpolació. Processament de fragments. Operacions per fragment. Actualització del frame buffer.
4. Desenvolupament de shaders
   Vertex shaders. Geometry Shaders. Fragment shaders. Llenguatge GLSL. API per al desenvolupament de shaders.
5. Interacció amb escenes 3D
   Selecció d'objectes. Manipulació d'objectes. Manipulació de la càmera i navegació per l'escena.
6. Textures 2D
   Espai de textura. Mapping invers. Generació, transformació, i interpolació de coordenades de textura. Projective texture mapping. Mostrejat de textures. Mipmapping. Samplers en GLSL.
7. Simulació d'ombres
   Conceptes. Ombra i penombra. Propietats. Ombres per projecció sobre un o més plans. Shadow mapping.
8. Simulació de reflexions especulars
   Conceptes. Reflexió directa (amb objectes virtuals). Simulació amb textures dinàmiques. Environment mapping
9. Simulació d'objectes transparents
   Introducció. Dispersió. Refracció. Llei de Snell. Angle crític. Equacions de Fresnel. Alpha blending.
10. Il·luminació global
    Magnituds bàsiques de radiometria. BSDF. Equació general del rendering. Mecanismes de transport de la llum. Classificació dels algorismes d'il·luminació global.
11. Ray-tracing
    Ray-tracing clàssic. Oclusió ambient
12. Intersecció Raig-Geometria
    Algorismes d'intersecció raig-geometria. Estructures de dades espacials. Subdivisió de l'espai. Subdivisió de l'escena.

Activitats

Activitat Acte avaluatiu

Metodologia docent

Mètode d'avaluació

Bibliografia

Bàsica:

• Informàtica gràfica: un enfocament multimèdia - Andújar, C.; Brunet, P.; Fairen, M.; Monclús, E.; Navazo, I.; Vàzquez, P.P.; Vinacua, A, CPET, 2008.
  
• Interactive computer graphics : a top-down approach with WebGL - Angel, E.; Shreiner, D, Pearson, 2015. ISBN: 9781292019345
  https://discovery.upc.edu/discovery/fulldisplay?docid=alma991004030149706711&context=L&vid=34CSUC_UPC:VU1&lang=ca
• Real-time rendering - Akenine-Moller, T. [et al.], CRC Press, 2018. ISBN: 9781138627000
  https://discovery.upc.edu/discovery/fulldisplay?docid=alma991004153129706711&context=L&vid=34CSUC_UPC:VU1&lang=ca
• OpenGL shading language - Rost, R.J.; Licea-Kane, B, Addison-Wesley, 2010. ISBN: 9780321637635
  https://discovery.upc.edu/discovery/fulldisplay?docid=alma991003760359706711&context=L&vid=34CSUC_UPC:VU1&lang=ca
• 3D computer graphics - Watt, A.H, Addison-Wesley, 2000. ISBN: 0201398559
  https://discovery.upc.edu/discovery/fulldisplay?docid=alma991002227789706711&context=L&vid=34CSUC_UPC:VU1&lang=ca

Complementaria:

• Physically based rendering: from theory to implementation - Pharr, M.; Jakob, W.; Humphreys, G, Morgan Kaufmann Publisher , 2016. ISBN: 9780128007099
  https://discovery.upc.edu/discovery/fulldisplay?docid=alma991001589029706711&context=L&vid=34CSUC_UPC:VU1&lang=ca
• OpenGL programming guide: the official guide to learning OpenGL, version 4.5 with SPIR-V - Kessenich, J.; Sellers, G.; Shreiner, D, Addison-Wesley , 2017. ISBN: 9780134495491
  https://discovery.upc.edu/discovery/fulldisplay?docid=alma991004095509706711&context=L&vid=34CSUC_UPC:VU1&lang=ca
• Geometric data structures for computer graphics - Langetepe, E.; Zachmann, G, AK Peters , 2006. ISBN: 9781568812359
  https://discovery.upc.edu/discovery/fulldisplay?docid=alma991003279129706711&context=L&vid=34CSUC_UPC:VU1&lang=ca

Web links

• Web oficial de Qt http://qt.nokia.com/
• Especificació de les diferentes versions d'OpenGL. http://www.opengl.org/documentation/specs/