Sistemes Gràfics Interactius

Esteu aquí

Crèdits
6
Tipus
Obligatòria
Requisits
Aquesta assignatura no té requisits, però té capacitats prèvies
Departament
CS
En aquesta assignatura l'estudiant adquirirà els coneixements fonamentals tant per al disseny i l'avaluació d'aplicacions de visualització d'informació, multimèdia o realitat virtual, com per adaptar-se als canvis tecnològics constants en aquestes àrees. Un altre objectiu és que l'estudiant pugui dissenyar i avaluar interfícies avançades per aquestes aplicacions.

Així, l'estudiant adquirirà coneixements fonamentals sobre tecnologies multimèdia (so, gràfics/imatges, vídeos) i coneixerà principis en els que es recolzen tant el disseny com la programació de projectes multimèdia, estant capacitat per valorar les solucions plantejades per a una aplicació concreta. També estarà capacitat per integrar-se en un grup de treball que abordi el desenvolupament d'aplicacions gràfiques interactives. Coneixerà els elements que les integren, l'arquitectura de les llibreries (APIs) que faciliten la visualització 3D i les tècniques existents per a la creació d'entorns virtuals, i coneixerà els principis fonamentals de les tècniques per a la generació d'animacions en temps real d'avatars i per a la simulació del seu comportament.

Finalment, coneixerà els principis de la realitat virtual (RV) i augmentada, l'arquitectura d'un sistema d'RV, els dispositius existents (sensors i efectors), els principis de la visualització en estèreo i les tècniques per a l'avaluació de la usabilitat i la sensació de presència dels sistemes, i coneixerà tant els principis de la interacció persona-ordinador i de les interfícies avançades (gràfiques, tàctils, gestuals), com les principals metàfores d'interacció i el software (i hardware) disponible per a la seva implementació, estant capacitat per avaluar la usabilitat de les interfícies i les necessitats d'una aplicació, tant si és normal, per a mòbils o para realitat virtual.

Professors

Responsable

  • Marta Fairen Gonzalez ( )

Altres

  • Alvaro Vinacua Pla ( )
  • Antonio Chica Calaf ( )
  • Carlos Andujar Gran ( )
  • Isabel Navazo Alvaro ( )
  • Nuria Pelechano Gomez ( )
  • Pere Pau Vázquez Alcocer ( )

Hores setmanals

Teoria
2
Problemes
0
Laboratori
2
Aprenentatge dirigit
0
Aprenentatge autònom
0

Competències

Competències Tècniques de cada especialitat

Específiques

  • CTE1 - Capacitat per a modelar, dissenyar, definir l'arquitectura, implantar, gestionar, operar, administrar i mantenir aplicacions, xarxes, sistemes, serveis i continguts informàtics.
  • CTE10 - Capacitat per a utilitzar i desenvolupar metodologies, mètodes, tècniques, programes d'ús específic, normes i estàndards de computació gràfica.
  • CTE11 - Capacitat per a conceptualitzar, dissenyar, desenvolupar i avaluar la interacció persona-ordinador de productes, sistemes, aplicacions i serveis informàtics.
  • CTE12 - Capacitat per a la creació i explotació d'entorns virtuals, i per a la creació, gestió i distribució de continguts multimèdia.

Competències Transversals

Bàsiques

  • CB6 - Que els estudiants sàpiguen aplicar els coneixements adquirits y la seva capacitat de resolució de problemes en entorns nous o poc coneguts dins de contexts més amplis (o multidisciplinaris) relacionats amb la seva àrea d'estudi.
  • CB9 - Que els estudiants posseeixin les habilitats d'aprenentatge que els permetin continuar estudiant d'una manera que haurà de ser en gran mesura autodirigida o autònoma.

Objectius

  1. Conèixer els components de les aplicacions multimèdia, així com ser capaços de dissenyar una aplicació amb continguts multimèdia.
    Related competences: CTE1, CTE12, CB6,
  2. Aprendre i conèixer conceptes avançats de gràfics 3D, implementant aplicacions que els utilitzin.
    Related competences: CTE1, CTE10, CTE12, CB6,
  3. Conèixer el concepte de personatge, i com es fa la simulació del moviment d'aquest personatge en un entorn gràfic, així com els problemes que apareixen en la simulació de multituds.
    Related competences: CTE1, CTE10, CTE12,
  4. Aprendre tots els conceptes relacionats amb la Realitat Virtual i Augmentada, la seva arquitectura i el software i hardware relacionat.
    Related competences: CTE1, CTE10, CTE12, CB9,
  5. Conèixer els conceptes d'interacció 3D, usabilitat en sistemes de Realitat Virtual i Augmentada, i presència.
    Related competences: CTE1, CTE11, CTE12,
  6. Ser capaços de desenvolupar una aplicació sobre un entorn virtual o real+virtual amb interacció 3D.
    Related competences: CTE1, CTE10, CTE11, CTE12, CB9,

Continguts

  1. Introducció als sistemes multimèdia.
    Conceptes bàsics d'un sistema multimèdia, Components i arquitectura. Aplicacions.
  2. So.
    So analògic i so digital. Volum, amplitud i freqüència. Formats més habituals. Compressió MP3.
  3. Imatges 2D.
    Característiques i formats d'imatges. Alguns formats: PNG, JPEG, JFIF. Mipmapping i antialiasing. Filtres.
  4. Vídeo.
    Concepte de vídeo i frame. Vídeo analògic i vídeo digital. Formats de vídeo. Compressió de vídeo.
  5. Gràfics 3D.
    Models d'escenes 3D. Procés de visualització. Il·luminació. Tècniques avançades. API OpenGL.
  6. Animació de personatges.
    Avatars. Simulació de moviment d'un personatge. Evitar col·lisions. Simulació de multituds.
  7. Realitat Virtual - Introducció i arquitectura.
    Arquitectura d'un sistema de Realitat Virtual. Aplicacions.
  8. Realitat Virtual - Dispositius.
    Dispositius d'entrada. Dispositius de sortida. Hàptics.
  9. Realitat Virtual - Estereoscopia
    Conceptes de percepció de profunditat. Generació del parell estereoscòpic. Estéreo actiu i estéreo passiu.
  10. Realitat Virtual - Software
    Software de Realitat Virtual. VR-Juggler. XVR.
  11. Realitat Augmentada
    Concepte de realitat augmentada. Diferents arquitectures. Software: AR-Toolkit.
  12. Interfícies d'usuari 3D.
    Interfícies d'usuari 3D. Selecció i manipulació d'objectes. Navegació i control de l'aplicació.
  13. Usabilitat i presència.
    Avaluació de la usabilitat. Tests d'usabilitat. Sensació de presència.

Activitats

Activitat Acte avaluatiu


Introducció als sistemes multimèdia

Introducció als conceptes bàsics d'un sistema multimèdia, Components i arquitectura. Aplicacions.
Objectius: 1
Continguts:
Teoria
2h
Problemes
0h
Laboratori
0h
Aprenentatge dirigit
0h
Aprenentatge autònom
2h

So.

So analògic i so digital. Volum, amplitud i freqüència. Formats més habituals. Compressió MP3.
Objectius: 1
Continguts:
Teoria
2h
Problemes
0h
Laboratori
0h
Aprenentatge dirigit
0h
Aprenentatge autònom
2h

Imatges 2D

Característiques i formats d'imatges. Alguns formats: PNG, JPEG, JFIF. Mipmapping i antialiasing. Filtres.
Objectius: 1
Continguts:
Teoria
2h
Problemes
0h
Laboratori
0h
Aprenentatge dirigit
0h
Aprenentatge autònom
2h

Introducció eines multimèdia

Introducció a les eines que s'utilitzen en aplicacions multimèdia.
Objectius: 1
Continguts:
Teoria
0h
Problemes
0h
Laboratori
4h
Aprenentatge dirigit
0h
Aprenentatge autònom
4h

Vídeo

Concepte de vídeo i frame. Vídeo analògic i vídeo digital. Formats de vídeo. Compressió de vídeo.
Objectius: 1
Continguts:
Teoria
2h
Problemes
0h
Laboratori
0h
Aprenentatge dirigit
0h
Aprenentatge autònom
2h

Gràfics 3D

Models d'escenes 3D. Procés de visualització. Il·luminació. Tècniques avançades. API OpenGL.
Objectius: 2
Continguts:
Teoria
8h
Problemes
0h
Laboratori
6h
Aprenentatge dirigit
0h
Aprenentatge autònom
14h

Animació de personatges

Avatars. Simulació de moviment d'un personatge. Evitar col·lisions. Simulació de multituds.
Objectius: 3
Continguts:
Teoria
4h
Problemes
0h
Laboratori
0h
Aprenentatge dirigit
0h
Aprenentatge autònom
2h

Examen Parcial

Examen escrit de la part vista fins al moment a l'assignatura.
Objectius: 1 2
Setmana: 9
Tipus: examen de teoria
Teoria
2h
Problemes
0h
Laboratori
0h
Aprenentatge dirigit
0h
Aprenentatge autònom
10h

Realitat Virtual - Introducció i arquitectura.

Arquitectura d'un sistema de Realitat Virtual. Aplicacions.
Objectius: 4
Continguts:
Teoria
2h
Problemes
0h
Laboratori
0h
Aprenentatge dirigit
0h
Aprenentatge autònom
2h

Realitat Virtual - Dispositius.

Dispositius d'entrada. Dispositius de sortida. Hàptics.
Objectius: 4
Continguts:
Teoria
2h
Problemes
0h
Laboratori
0h
Aprenentatge dirigit
0h
Aprenentatge autònom
2h

Realitat Virtual - Estereoscopia

Conceptes de percepció de profunditat. Generació del parell estereoscòpic. Estéreo actiu i estéreo passiu.
Objectius: 4
Continguts:
Teoria
2h
Problemes
0h
Laboratori
0h
Aprenentatge dirigit
0h
Aprenentatge autònom
2h

Realitat Virtual - Software

Software de Realitat Virtual. VR-Juggler. XVR.
Objectius: 4 6
Continguts:
Teoria
0h
Problemes
0h
Laboratori
4h
Aprenentatge dirigit
0h
Aprenentatge autònom
4h

Realitat Augmentada

Concepte de realitat augmentada. Diferents arquitectures. Software: AR-Toolkit.
Objectius: 4 6
Continguts:
Teoria
2h
Problemes
0h
Laboratori
2h
Aprenentatge dirigit
0h
Aprenentatge autònom
4h

Interfícies d'usuari 3D.

Interfícies d'usuari 3D. Selecció i manipulació d'objectes. Navegació i control de l'aplicació.
Objectius: 5
Continguts:
Teoria
2h
Problemes
0h
Laboratori
0h
Aprenentatge dirigit
0h
Aprenentatge autònom
2h

Usabilitat i presència.

Avaluació de la usabilitat. Tests d'usabilitat. Sensació de presència.
Objectius: 5
Continguts:
Teoria
2h
Problemes
0h
Laboratori
0h
Aprenentatge dirigit
0h
Aprenentatge autònom
2h

Examen final

Examen final de la part teòrica i d'exercicis de l'assignatura.
Objectius: 4 5 6 3
Setmana: 15 (Fora d'horari lectiu)
Tipus: examen final
Teoria
0h
Problemes
0h
Laboratori
0h
Aprenentatge dirigit
2h
Aprenentatge autònom
10h

Pràctica multimèdia i gràfics 3D

Exercici pràctic sobre multimedia i gràfics 3D.
Objectius: 1 2
Setmana: 10
Tipus: entrega
Teoria
0h
Problemes
0h
Laboratori
0h
Aprenentatge dirigit
0h
Aprenentatge autònom
0h

Pràctica de Realitat Virtual o Augmentada

Exercici pràctic sobre Realitat Virtual o Augmentada
Objectius: 4 5 6
Setmana: 15
Tipus: entrega
Teoria
0h
Problemes
0h
Laboratori
0h
Aprenentatge dirigit
0h
Aprenentatge autònom
0h

Metodologia docent

La metodologia docent estarà basada en classes setmanals de teoria (2h) i quinzenals de laboratori (2h cada quinze dies).

En les classes de teoria s'introduiran els conceptes de l'assignatura i es quan s'escaigui es faran exercicis o exemples que pugui ajudar a l'assoliment dels conceptes teòrics i pràctics.

S'espera que els estudiants es preparin els materials addicionals que es proporcionaran durant el curs en forma d'apunts o referències (bibliogràfiques o per web) de cara a preparar els exàmens i les pràctiques de laboratori.

A les sessions de laboratori, s'introduirà el software a fer servir i es plantejaran les pràctiques que l'alumne haurà de desenvolupar i entregar. Una part del temps de laboratori es dedicarà a què els estudiants resolguin les pràctiques plantejades amb ajuda del professor.

Mètode d'avaluació

L'avaluació de l'assignatura vindrà donada per la conjunció d'una part teòrica i una part més pràctica.

La part teòrica s'avaluarà amb 2 exàmens escrits, el primer a la setmana 9 del curs i el segon a la setmana 18. Tots dos comptaran un 50% de la nota de la part teòrica de l'assignatura.

NT = 0.5 * NPrimerExamen + 0.5 * NSegonExamen

La part pràctica s'avaluarà mitjançant dues parts: la primera avaluarà tot el que té a veure amb aplicacions multimèdia i de gràfics 3D (NP1), i la segona avaluarà els coneixements en Realitat Virtual i Augmentada així com la usabilitat i la interacció 3D (NP2). Les dues notes de les parts pràctiques també coptaram un 50% cadascuna.

NP = 0.5 * NP1 + 0.5 * NP2

Finalment la nota final de l'assignatura es calcularà com un 40% de la part pràctica i un 60% de la part teòrica. Per tant la nota final serà:

NF = 0.4 * NP + 0.6 * NT

L'avaluació de la competència bàsica CB9 es realitzarà en funció de la nota assolida a la pràctica NP1.

L'avaluació de la competència bàsica CB6 es realitzarà en funció de la nota assolida a la pràctica NP2.

Bibliografia

Bàsica:

  • Informàtica gràfica: un enfocament multimèdia - Andújar, C.; Brunet, P.; Fairén, M.; Monclús, E.; Navazo, I.; Vázquez, P.; Vinacua, À, CPET, 2006.
  • Graphics shaders: theory and practice - Bailey, M.; Cunningham, S, A. K. Peters, 2011. ISBN: 9781439867754
    http://cataleg.upc.edu/record=b1410498~S1*cat
  • Understanding virtual reality: interface, application, and design - Sherman, W.R.; Craig, A.B, Morgan Kauffman, 2018. ISBN: 9780128183991
    http://cataleg.upc.edu/record=b1512814~S1*cat
  • 3D user interfaces: theory and practice - LaViola, J.J.; Kruijff, E.; McMahan, R.P.; Bowman, D.A.; Poupyrev, I, Addison Wesley, 2017. ISBN: 9780134034324
    http://cataleg.upc.edu/record=b1496174~S1*cat

Capacitats prèvies

Capacitats equivalents a l'assignatura IDI del Grau d'Informàtica:

- Conèixer els conceptes bàsics de Gràfics per Computador.

- Ser capaç de programar en un llenguatge de programació d'alt nivell i orientat a objectes (C++).

- Conèixer conceptes d'àlgebra lineal, en particular de transformacions geomètriques i fonaments de càlcul matricial.