Física Orientada a la Modelización y la Animación Realista

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Créditos
6
Tipos
Optativa
Requisitos
Esta asignatura no tiene requisitos, pero tiene capacidades previas
Departamento
FIS
El objetivo de la asignatura es proporcionar al estudiante los conocimientos de física, y más concretamente de mecánica, que le permitirán construir modelos matemàticos físicamente realistas de sistemas articulados (robots, vehículos, organismos animados con esqueleto, etc.). Los modelos introducidos permitirán la descripción de la cinemática y la dinámica de los sistemas físicos estudiados, y se introducirán mï¿¿todos de integración numérica para la obtención del movimiento resultante, en forma de animación físicamente realista.

Profesorado

Responsable

  • Joaquim Casulleras Ambros ( )

Horas semanales

Teoría
2
Problemas
1
Laboratorio
1
Aprendizaje dirigido
0
Aprendizaje autónomo
5.5

Competencias

Competencias Técnicas

Competencias técnicas comunes

  • CT1 - Demostrar conocimiento y comprensión de hechos esenciales, conceptos, principios y teorías relativas a la informática y a sus disciplinas de referencia.
    • CT1.2A - Demostrar conocimiento y comprensión de los conceptos fundamentales de la programación y de la estructura básica de un computador. CEFB5. Conocimiento de la estructura, funcionamiento e interconexión de los sistemas informáticos, así como los fundamentos de su programación.
    • CT1.2B - Interpretar, seleccionar y valorar conceptos, teorías, usos y desarrollos tecnológicos relacionados con la informática y su aplicación a partir de los fundamentos matemáticos, estadísticos y físicos necesarios. CEFB3. Capacidad para comprender y dominar los conceptos básicos de matemática discreta, lógica, algorítmica y complejidad computacional, y su aplicación para el tratamiento automático de la información por medio de sistemas computacionales y su aplicación para la resolución de problemas propios de la ingeniería.
  • CT5 - Analizar, diseñar, construir y mantener aplicaciones de forma robusta, segura y eficiente, escogiendo el paradigma y los lenguajes de programación más adecuados.
    • CT5.1 - Escoger, combinar y explotar diferentes paradigmas de programación, en el momento de construir software, atendiendo a criterios como la facilidad de desarrollo, la eficiencia, la portabilidad y la mantenibilidad.
    • CT5.2 - Conocer, diseñar y utilizar de forma eficiente los tipos y las estructuras de datos más adecuados para la resolución de un problema.
    • CT5.5 - Usar las herramientas de un entorno de desarrollo de software para crear y desarrollar aplicaciones.

Competencias Transversales

Razonamiento

  • G9 [Avaluable] - Capacidad de razonamiento crítico, lógico y matemático. Capacidad para resolver problemas dentro de su área de estudio. Capacidad de abstracción: capacidad de crear y utilizar modelos que reflejen situaciones reales. Capacidad de diseñar y realizar experimentos sencillos, y analizar e interpretar sus resultados. Capacidad de análisis, síntesis y evaluación.
    • G9.1 - Capacidad de razonamiento crítico, lógico y matemático. Capacidad para comprender la abstracción y utilizarla adecuadamente.

Competencias Técnicas de cada especialidad

Especialidad de computación

  • CCO2 - Desarrollar de forma efectiva y eficiente los algoritmos y el software apropiados para resolver problemas complejos de computación.
    • CCO2.2 - Capacidad para adquirir, obtener, formalizar y representar el conocimiento humano de una forma computable para la resolución de problemas mediante un sistema informático en cualquier ámbito de aplicación, particularmente los relacionados con aspectos de computación, percepción y actuación en ambientes o entornos inteligentes.

Objetivos

  1. Conocer, comprender y usar correctamente las relaciones de transformación entre sistemas de referencia,
    Competencias relacionadas: G9.1,
  2. Saber desarrollar modelos matemáticos de sistemas de elementos rígidos articulados.
    Competencias relacionadas: G9.1, CT5.2,
  3. Dominar el formalismo de Denavit-Hartenberg.
    Competencias relacionadas: CT5.2, CCO2.2,
  4. Saber identificar el conjunto de variables adecuado al sistema físico estudiado. Tener la capacidad de determinar los
    valores de las variables de articulación para lograr una configuración dada en condiciones estáticas.
    Competencias relacionadas: CT5.2,
  5. Saber dar una modelización matemàtica de las propiedades físicas de cuerpos extensos (una roca, un elemento rí­gido de forma arbitrària), sistemas de elementos rí­gidos articulados (robot, manipulador industrial). Entender el concepto del tensor de inercia para describir la distribución de masa de un objeto.
    Competencias relacionadas: G9.1,
  6. Conocer, entender y saber utilizar las leyes de la cinemática y de la dinámica en sistemas de muchas partículas.
    Competencias relacionadas: G9.1, CCO2.2,
  7. Entender y utilizar adecuadamente los teoremas de conservación de las cantidades de movimiento.
    Competencias relacionadas: G9.1, CT1.2B,
  8. Saber describir y determinar los efectos de varias fuerzas: gravedad, resistencia aerodinámica, fuerzas elásticas.
    Competencias relacionadas:
  9. Conocer y saber utilizar el formalismo de Lagrange para determinar ecuaciones esaticas y dinámicas.
    Competencias relacionadas: G9.1,
  10. Saber identificar las variables relevantes en sistemas que se encuentran bajo condiciones dinámicas restringidas.
    Competencias relacionadas: G9.1,
  11. Saber incorporar y tratar matemáticamente los efectos de las condiciones de ligadura sobre las ecuaciones dinámicas.
    Competencias relacionadas: G9.1,
  12. Conocer y utilizar métodos matemàticos por computador para la integración de las ecuaciones dinámicas.
    Competencias relacionadas: CT1.2A, CT5.2, CT5.5, CT1.2B,
  13. Ser capaz de construir una animación basada en la solución numéica por computador de las ecuaciones dinámicas del sistema.
    Competencias relacionadas: CT1.2A, CT5.2, CT5.5, CT5.1, CT1.2B,

Contenidos

  1. Transformaciones geométricas en el espacio. Formalismo Denavit-Hartenberg.
    Relaciones de transformación entre sistemas de referencia. Formalismo de Denavit-Hartenberg. Modelado matemático de sistemas de elementos rígidos articulados.
  2. Física de cuerpos extensos.
    Modelado matemático de las propiedades físicas de cuerpos extensos (una roca, un elemento rígido), sistemas de elementos rígidos articulados (robot, manipulador industrial). Distribución de masa, tensor de inercia.
  3. Sistemas de N cuerpos en interacción.
    Cinemática y dinámica de sistemas de muchas partículas. Teoremas de conservación. Tipos de fuerzas relevantes: gravedad, resistencia aerodinámica, fuerzas elásticas. Choques.
  4. Dinámica de sistemas con N grados de libertad. Dinàmica en condiciones restringidas.
    Identificación de variables generalizadas relevantes. Sistemas bajo condiciones dinámicas restringidas. Determinación de las ecuaciones dinámicas restringidas.
  5. Animación de sistemas físicamente realista.
    Métodos de integración de las ecuaciones del movimiento. Trayectoria. Visualización de objetos y sistemas en movimiento mediante la dinámica bajo restricciones cinemáticas.

Actividades

Actividad Acto evaluativo


examen parcial

examen escrito no eliminatorio de materia.
Objetivos: 1 5 2 3 4
Semana: 9
Tipo: examen de teoría
Teoría
2h
Problemas
0h
Laboratorio
0h
Aprendizaje dirigido
0h
Aprendizaje autónomo
8h

Examen final

Examen final de la asignatura.
Objetivos: 1 5 2 3 4 6 7 8 9 11 10
Semana: 14
Tipo: examen final
Teoría
3h
Problemas
0h
Laboratorio
0h
Aprendizaje dirigido
0h
Aprendizaje autónomo
12h

Realización y entrega de la práctica final.

Preparacion de la práctica final con su correspondiente informe.
Objetivos: 1 5 2 3 4 6 7 8 9 11 10 12 13
Semana: 14
Tipo: entrega
Teoría
0h
Problemas
0h
Laboratorio
0h
Aprendizaje dirigido
0h
Aprendizaje autónomo
12h

Teoría
28h
Problemas
0h
Laboratorio
0h
Aprendizaje dirigido
0h
Aprendizaje autónomo
0h


Teoría
0h
Problemas
0h
Laboratorio
15h
Aprendizaje dirigido
0h
Aprendizaje autónomo
0h

Estudio y trabajo preparatorio de prácticas.

El alumno deberá estudiar el material proporcionado, y a partir de las herramientas teóricas explicadas en clase, preparar el trabajo de prácticas que se realizará posteriormente en el laboratorio.
Objetivos: 1 5 2 3 4 6 7 8 9 11 10 12 13
Contenidos:
Teoría
0h
Problemas
0h
Laboratorio
0h
Aprendizaje dirigido
0h
Aprendizaje autónomo
30h

Teoría
0h
Problemas
0h
Laboratorio
0h
Aprendizaje dirigido
0h
Aprendizaje autónomo
20.5h

Metodología docente

traducir

Método de evaluación


La evaluación se hará mediante dos exámenes (parcial y final), que darán lugar a una nota de examen (Nota_ex), junto con la realización de una serie de prácticas realizadas en el laboratorio de cálculo, que proporcionarán la nota de laboratorio (Nota_lab).
Los pesos relativos de llos exámenes parcial (no eliminatorio de materia) y final serán del 25% y 75% respectivamente (0% y 100% en caso de que del final resulte una nota superior al parcial). En la valoración de las prácticas se tendrá en cuenta el grado de consecución de los objetivos marcados en las diferentes fases.

La nota del curso se calculará según la media de las dos notas:

Nota_curs = (Nota_ex + Nota_lab) / 2


La evaluación de la competencia transversal G9.1 se realizará mediante la media ponderada de las notas asignadas a esta competencia en los exámenes parcial y final, con los mismos pesos del 25% y 75% respectivamente, (0% y 100% en caso que del final resulte una nota superior al parcial).

Bibliografía

Básica:

Capacidades previas

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