UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas Escuela Académico Profesional de Informática
SÍLABO
I. 1. 2. 3. 4. 5.
6. 7.
Experiencia curricular Para estudiantes de la carrera Calendario Académico Semestre Académico Extensión Horaria 5.1. Total de horas semanales Teoría Práctica Laboratorio 5.2. Total de horas en el semestre Creditaje Organización del tiempo anual semestral
IDENTIFICACIÓN : : : : : : : : : : : :
Computación Gráfica I Informática 2009 I 6h 2h 2h 2h 102 h 4
Tipo de Actividades
Total Horas
7.1. Clases de enseñanza – aprendizaje 7.2. Sesiones de evaluación sumativa 7.3. Tiempo de holgura (imprevistos) Total Horas 8.
Departamento Académico y Facultad
:
9.
Docente(s)
:
I
Unidades II
III
84 14 4
31 4 1
31 4 1
22 6 2
102
36
36
30
Departamento de Informática Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas Jorge Luis Guevara Díaz
II. FUNDAMENTOS Y DESCRIPCIÓN La Computación Gráfica es el arte y la ciencia de comunicar información usando imágenes que son generadas y presentadas a través de la computación, para esto ser requiere: a) El diseño y construcción de modelos representen información en maneras que soporten la creación y vista de imágenes (modelado). b) El diseño de dispositivos y técnicas a través de las cuales la persona pueda interactuar con el modelo o la vista. c) La creación de técnicas para renderizar el modelo (rendering), d) El diseño de técnicas mediante las cuales las imágenes puedan ser preservadas. El presente curso es un curso que presenta técnicas básicas en computación gráfica en 2D y en 3D.
III. APRENDIZAJES ESPERADOS Al finalizar el curso el alumno estará en condiciones de:
Implementar software que requiera el uso de técnicas de computación gráfica vistas en el presente curso.
El alumno estará en la capacidad de plantear soluciones algorítmicas a problemas que tengan que ver con computación gráfica con los temas tratados.
Entender la importancia de las aplicaciones de la computación gráfica Usar adecuadamente los fundamentos matemáticos necesarios para la computación gráfica
Explicar los diversos algoritmos de de computación gráfica como: transformaciones geométricas, rasterización de líneas y triángulos, transformaciones de vista y clipping, etc.
Comprender de manera adecuada los conceptos de modelamiento geométrico y rendering
IV. PROGRAMACIÓN UNIDAD Nº 1 1. 2.
Denominación: Introducción, algoritmos básicos de rasterizado, relleno, interpolación y splines Inicio: 11/05/09 Término: 23/10/09 Nº de semanas: 4 semanas
3.
Objetivos de Aprendizaje:
Conocer los distintos dispositivos de visualización y tecnología de entrada
Comprender los fundamentos matemáticos de la computación gráfica: vectores, curvas implícitas y curvas paramétricas
Crear imágenes usando API de gráficos estándar.
Implementar y comprender algoritmos básicos de rasterizado
Implementar y comprender algoritmos de relleno de áreas primitivas
Implementar y comprender los conceptos de interpolación splines y curvas
4.
Desarrollo de la enseñanza – aprendizaje:
Semana
1 25/09/09 –02/10/09
2 02/10/09 –09/10/09
Actividades y/o contenido Clase I : Introducción a la computación gráfica Introducción Dispositivos de visualización y tecnología de entrada Clase II : Fundamentos matemáticos vectores Curvas Implícitas y curvas paramétricas Laboratorio Introducción a OpenGL, GLUT, formas básicas y Transformaciones geométricas en OpenGL Ejercicios. Clase I : Algoritmos de rasterizado Rasterizado de líneas: DDA, Bresenham Rasterizado de triángulo antialiasing Clase II : Relleno de áreas primitivas: Algoritmo de relleno mediante líneas de barrido. Algoritmos de relleno por contorno Algoritmo de relleno mediante inundación Laboratorio Animación con Timers, Color, Iluminación, texturas (investigación) definición del proyecto de I unidad. Asignación I Implementación de Bresenham, DDA, algoritmo del punto medio para círculos y algoritmo del
MMEE
Diapositivas Libro texto Listado de Ejercicios Software de Lenguaje de Programación.
3 09/10/09–16/10/09
4 16/10/09–23/10/09
5.
punto medio para elipses (se debe trabajar programación orientada a objetos en C++ y openGL) Ejercicios. Clase I : Interpolación Interpolación lineal y bilineal Interpolación baricéntrica Funciones base Interpolación cúbica de hermite Interpolando números aleatorios para generar ruido Clase II : Splines y curvas Interpolación cúbica de hermite Representación matricial para polinomios cúbicos Interpolación Catmull-Rom Curvas de bezier Algoritmo de subdivisión de Chaike´s Propiedades de las curvas de bezier Laboratorio Rasterización de triángulos Revisión de la asignación I Asignación II Implementación del aalgoritmo de relleno mediante líneas de barrido, del algoritmos de relleno por contorno y del Algoritmo de relleno mediante inundación Ejercicios. Clase I : Examen parcial Clase II y laboratorio :Sustentación de proyectos
Evaluación sumativa del Aprendizaje: Semana 1–3
4
Técnica
Instrumento
Valoración de desempeño en horas de Laboratorio. asignaciones Participación en clase. Presentación de proyecto Examen Parcial de la unidad: Prueba escrita
Escala de Valoración Escala de Valoración Listado de ejercicios Escala de Valoración Lista de Cotejos
UNIDAD Nº 2 1. 2.
Denominación: Transformaciones geométricas y visualización Inicio: 23/10/09 Término: 20/11/09
3.
Objetivos de Aprendizaje:
Nº de semanas: 4 semanas
Comprender e implementar las transformaciones geométricas en2 y 3 dimensiones
Comprender e implementar las transformaciones de vista en 2 y tres dimensiones
Comprender e implementar los algoritmos de clipping en 2 y 3 dimensiones
4.
Desarrollo de la enseñanza – aprendizaje:
Semana
5 23/10/09-30/10/09
6 30/10/09-06/11/09
7 06/11/09-13/11/09
Actividades y/o Contenido Clase I : Transformaciones geométricas en 2D Escalamiento Rotación Inclinación Reflexión Composición de transformaciones en 2D Clase II : Transformaciones geométricas en 3D y coordenadas homogéneas Escalamiento, rotación, inclinación en 3D Traslación en 2D y en 3D Coordenadas homogéneas Rotación con respecto a un eje arbitrario Laboratorio Interpolación y splines Revisión de la asignación II Asignación III Implementación de una aplicación usando interpolación y splines Definición del proyecto final Ejercicios. Clase I : Transformaciones de vista en 2D y clipping Transformaciones de vista en 2D Algoritmo de cohen Sutherland Clase II :Clipping Algoritmo de Liang Barsky Algoritmo de Nicholl-Lee-Nicholl Clipping de líneas con ventanas poligonales Clipping de áreas de relleno poligonales Clipping de polígonos de Sutherland-Hodgman Clipping de polígonos de Weiler-Atherton Clipping de curvas y de textos Laboratorio Implementación de transformaciones geométricas en 3D Revisión de la asignación III Asignación IV Implementación de una librería que realice transformaciones geométricas en 3D (se debe usar una estructura de dato tipo PILA) Ejercicios. Clase I : Transformaciones de vista en 3D Proyección ortográfica Proyección en perspectiva Clase II :Clipping en 3D Clipping en coordenadas homogéneas tridimensionales Códigos de región tridimensional Clipping tridimensional de puntos y de líneas Clipping de polígonos tridimensionales Clipping de curvas tridimensionales Planos de recorte arbitrarios Laboratorio Implementación de Clipping de cohen Sutherland Revisión de la asignación IV Asignación V Implementación de una librería que realice
MMEE
Diapositivas Libro texto Listado de Ejercicios Software de Lenguaje de Programación
Clipping en 2D con todos los algoritmos vistos Ejercicios. Clase I : Resolución de ejercicios Clase II : Examen parcial 8 13/11/09-20/11/09
5.
Laboratorio: Implementación de transformaciones de vista en 3D Revisión de la asignación V
Evaluación sumativa del Aprendizaje: Semana 5–7
8
Técnica
Instrumento
Valoración de desempeño en horas de Laboratorio. asignaciones Participación en clase. Examen Parcial de la unidad: Promedio de prácticas sumativas.
Escala de Valoración Escala de valoración Listado de ejercicios. Lista de cotejos
UNIDAD Nº 3 1. 2.
Denominación: Modelamiento geométrico y rendering, eliminación de superficies visibles, surface shading, ray tracing, estructuras de datos para computación gráfica, mapeo de texturas Inicio: 20/11/09 Término: 09/01/10 Duración: 5 semanas
3.
Objetivos de Aprendizaje:
Comprender la importancia y técnicas básicas de modelamiento geométrico
Comprender la importancia y técnicas básicas de rendering
Comprender e implementar algoritmos de eliminación de superficies visibles y surface shading Comprender e implementar ray tracing
Comprender el uso de ciertas estructuras de datos en la computación gráfica
Entender adecuadamente el mapeo de texturas en 2D y 3D
4.
Desarrollo de la enseñanza – aprendizaje:
Semana
Actividades y/o Contenido Clase I :Modelamiento geométrico Modelamiento geométrico de forma Modelamiento de comportamiento y movimiento: Animación Modelamiento de apariencia= rendering
9 20/11/09 – 27/11/09
Clase II : rendering Cámaras Fuentes de luz Materiales: reflexión y textura Simulación de la luz Ecuación del rendering Ray tracing
MMEE
Diapositivas Libro texto Listado de Ejercicios Software de Lenguaje de Programación
10 04/12/09 – 11/12/09
11 11/12/09– 18/12/09
12 18/12/09–25/12/09
13 25/12/09– 02/01/10
14 02/01/10– 09/01/10 15 09/01/10– 16/01/10 16 16/01/10– 23/01/10 17 23/01/10– 30/01/10
5.
Laboratorio Asignación V Ejercicios. Clase I : Eliminación de superficies visibles BSP-tree Z-buffer Clase II :Surface shading Difusse shading Phong shading Artistic shading Laboratorio Asignación V Ejercicios. Clase II : Ray tracing I Algoritmo básico de ray tracing Calculo de rayos Intersección objeto rayos Programa ray tracing Clase I : Ray tracing II Sombras Reflexión especular Refracción Intersección de rayos de objetos sublineales Laboratorio Asignación V Ejercicios
Clase I : Ray tracing III Geometría constructiva de sólidos Conceptos avanzados Clase II :Estructuras de datos para computación gráfica Winged-edge Scene graph Tiling multidimensional arrays Laboratorio Asignación V Ejercicios. Clase I : Mapeo de texturas Mapeo de texturas 2D Mapeo de texturas 3D Modelos de teselación Mapeo de texturas para triángulos rasterizados Clase II : Pileline gráfica y Programmable Graphics Laboratorio Asignación V Ejercicios. Asesoría de proyectos finales Sustentación de proyectos finales Examen parcial Examen de aplazados
Evaluación sumativa del Aprendizaje:
Semana
Técnica
Instrumento
09 – 13
Valoración de desempeño en horas de Laboratorio. asignaciones Participación en clase Presentación de de proyecto final Examen Parcial de la unidad
Escala de Valoración Listado de ejercicios.
15-16
Escala de Valoración Lista de cotejos
V. NORMAS DE EVALUACIÓN
La evaluación del curso se efectuara de acuerdo al Reglamento de Normas Generales del Sistema de Evaluación del Aprendizaje de los Estudiantes de la Universidad Nacional de Trujillo
La evaluación del curso comprende exámenes objetivos, prácticas de laboratorio, listas de ejercicios y proyectos de unidad, así como participación en clases. La mínima nota promocional aprobatoria es 10.5; en una escala de calificación de 0 – 20
Sólo la nota promocional es redondeada.
La nota promedio de cada unidad se define como PUI = 2*EP +0.5 LE + 1.0*PR + 1.0*NL 4.5 PUII = 2*EP +0.5 LE + 1.5*NL 4.0 PUIII = 2*EP +0.5 LE + 1.0*PR + 1.0*NL 4.5
Donde: EP: Examen Parcial de la Unidad LE: Lista de ejercicios y blog NL: Nota de laboratorio y asignaciones PR: Nota de proyectos de unidad
La nota promocional se define como NP =
PU1 + PU2 + PU3 3 No se aceptarán presentaciones de trabajos fuera de la fecha establecida.
La evaluación de rezagados será tomada antes de evaluar la tercera unidad, habiendo solamente una única fecha de evaluación.
La asistencia tanto a clase teórica como de laboratorio es obligatoria. Más del 30% de inasistencia inhabilitan al alumno a tener promedio final. Debido a las características del horario, se consideraran tres asistencias por semana de estudio (una en laboratorio y dos en aula).
Es deber del alumno, asistir a todas las evaluaciones y presentar todos los trabajos; en caso contrario su calificativo cera de cero (0) en la respectiva evaluación o trabajo, salvo justificaciones solicitadas por escrito ante las autoridades pertinentes.
El alumno solamente tendrá derecho a rezagar una evaluación parcial previa justificación (salud o viaje) ante las autoridades correspondientes. Importante: La justificación deberá realizarse con documentos originales y durante los 2 días hábiles siguientes a la realización de la evaluación. Los proyectos se realizarán en grupos de 3 alumnos como máximo, serán 2 proyectos en total.
Los criterios que serán tomados en cuenta durante la presentación serán: (escala de valoración) o Complejidad. o Originalidad. o Correctitud. o Defensa ante preguntas. o Puntualidad en la presentación.
VI. ASESORÍA 1.
2.
Propósito:
Reforzar los contenidos vertidos durante las horas de clase.
Proveer al alumno información extra acerca de los temas tratados.
Aclarar las dificultades encontradas en el desarrollo de sus investigaciones.
Estrategia de prestación de servicios: Las modalidades de asesoría son:
3.
Individual, a manera de resolución de consultas y análisis de resultados de evaluación.
En grupos, brindando orientación durante sus investigaciones y desarrollo de prototipos.
Lugar y horario semanal para la consejería extra – clase: La asesoría se realiza de acuerdo a previa coordinación con los alumnos que la soliciten, la que se realizará los días Lunes de 09: am – 11: pm Aula 10.
VII. BIBLIOGRAFÍA 1. 2. 3. 4. 5. 6.
Foley, J. D., Phillips, R. L., Hughes, J. F., Dam, A. v., and Feiner, S. K. 1994 Introduction to Computer Graphics. Addison-Wesley Longman Publishing Co., Inc.. Shirley, P. 2002 Fundamentals of Computer Graphics. A. K. Peters, Ltd. Foley, J. D., van Dam, A., Feiner, S. K., and Hughes, J. F. 1990 Computer Graphics: Principles and Practice (2nd Ed.). Addison-Wesley Longman Publishing Co., Inc Foley, J., Dam, A., Feiner, S., and Hughes, J. 2008 Computer Graphics in C#: Principles and Practices. 3Rev Ed. Addison-Wesley Publishing Company. Hearn, D. D. and Baker, M. P. 2003 Computer Graphics with OpenGL. 3. Prentice Hall Professional Technical Reference. Shreiner, D., Woo, M., Neider, J., and Davis, T. 2005 Opengl(R) Programming Guide: the Official Guide to Learning Opengl(R), Version 2 (5th Edition) (Opengl). Addison-Wesley Professional.
___________________________________ Jorge Luis Guevara Díaz Universidad Nacional de Trujillo
ADDENDA
Presentación 1. Docente
Recepción 1. Nombres y Apellidos
_____________________________ 2. Fecha
_______________________________ 2. Cargo
_____________________________ 3. Firma
_______________________________ 3. Fecha
_____________________________
_______________________________ 4. Firma _______________________________
Supervisión por Jefatura de Departamento Académico Logros
Jefe de Departamento: José G. Cruz Silva Fecha: _________________________ Firma: _________________________
Sugerencias para la mejora