Área de Ciencias de la Computación e I.A.
UNIVERSIDAD DE MÁLAGA
LABORATORIO DE DISEÑO GRÁFICO Y ANIMACIÓN POR COMPUTADOR
Departamento de Lenguajes y 
Ciencias de la Computación
Curso 1999/2000
 

Docente Teoría : Francisco R. Villatoro M.  (despacho 2.2.A.15)
Docente Prácticas : Amparo Ruiz Sepúlveda  (despacho 2.2.A.19)

Horario de clases: Martes: Teoría 18:30 a 19:30, Prácticas 19:30 a 21:30.

Tutorías Teoría:  Martes de 17:15 a 18:15 horas
Tutorías Prácticas:  Martes de 17:15 a 18:15 horas

Objetivo:

El objetivo principal de esta asignatura es introducir al alumno a las técnicas matemáticas y gráficas que subyacen en las aplicaciones de diseño gráfico por ordenador y animación. Estas herramientas permiten el diseño y la visualización de escenas tridimensionales que incluyen objetos (primitivas geométricas y objetos compuestos CSG), materiales y colores de dichos objetos, cámaras, fuentes de luz, etc. De esta forma se sintetizan imágenes tridimensionales que incluyen no sólo la geometría de los objetos, sino también sus propiedades ópticas.

Créditos : Optativa de 4.5 créditos (teoría 1.5 +práctica 3 )

Exámenes: Sólo se contemplan exámenes finales (fechas a determinar)
 

Libros de Texto (Teoría):
 
Ningún libro de texto se adapta a todos los contenidos, ordenación de temas y nivel de los temas que se presentarán en la asignatura. Casi todos los libros de gráficos por computador tienen un nivel más alto del que se impirtará durante el curso. Aún así, presentaremos una breve lista con los libros de texto más significativos que pueden ser utilizados para la preparación de la asignatura por parte de los alumnos.

 [HB] Hearn, D. and M.P. Baker, “Computer Graphics (Second Edition),” Prentice-Hall, 1994. (4 Ejemplares en biblioteca). Está traducido al castellano en 1996. Fácil de leer, ampliamente ilustrado y adecuado para el correcto seguimiento de la asignatura.

 [RA] Rogers, D.F. and J.A. Adams, “Mathematical Elements for Computer Graphics,” (second edition), McGraw-Hill, 1990. (2 ejemplares en biblioteca). El complemento ideal del [R] en lo que a fundamentos matemáticos se refiere, geometría euclídea en 2D y en 3D, geometría en perspectiva, aproximación de curvas y superficies por polinomios spline (o a trozos).

 
[FP] Foley, J.D. and A. van Dam and S.K. Feiner and J.F. Hughes and R.L. Phillips, “Introduction to Computer Graphics,” Addison-Wesley, 1994. (no disponible en biblioteca. Está “mal”-traducido al catellano por Addison-Wesley Iberoamericana en 1996). Resumen actualizado en algunos temas y adaptado para alumnos del texto [FD]. Es un buen libro de texto, bastante completo, y algo más fuerte que [HB]. La traducción al castellano, “Introducción a la graficación por computador”, está regular (en mi opinión).

 [FD] Foley, J.D. and A. van Dam and S.K. Feiner and J.F. Hughes, “Computer Graphics: Principles and Practice,” (second edition), Addison-Wesley, 1990. (1 ejemplar en biblioteca). Hoy por hoy, la “biblia” para introducirse en los gráficos por computador. Sin embargo, es un libro excesivamente extenso por el gran número de temas que cubre.
 

Libros de Texto (Prácticas):
 
Hay muchos libros de 3D Studio MAX, incluso en castellano, que pueden ser útiles para el correcto seguimiento de la materia a explicar en las prácticas de laboratorio. Casi todos estos libros contienen una descripción más detallada que la que se presentará durante el curso debido a las limitaciones de tiempo. A continuación se presentan algunos libros que se han utilizado para el desarrollo de las prácticas.

 [B] D. Burgos, “3D Studio MAX Práctico. Guía de aprendizaje,” Osborne/McGraw-Hill,Madrid, 1997 (2 ejemplares).

[P] M.T. Peterson, “3D studio MAX 2 fundamentals,” 1997 (EII-4/PET, 1 ejemplar).

 [M] Ph. Miller, editor, “Inside 3D studio Max. Vol.I.  Fundamentals,” 1997 (EII-3/INS, 1 ejemplar).

 [M] Ph. Miller, editor, “Inside 3D studio Max. Vol.II.  Advanced modelling and materials,” 1997 (EII-3/INS, 1 ejemplar).

 [M] Ph. Miller, editor, “Inside 3D studio Max. Vol.III.  Animation,” 1997 (EII-3/INS, 1 ejemplar).
 
 
 

Programa Detallado de la Asignatura para el Curso 1999/2000

Se especifican los capítulos y apartados de los libros de texto que conforman la materia objeto de  examen.
 Notación: <libro> : <capitulo>.<apartado>{-<apartado>}, donde el guión indica varios apartados consecutivos.
 Los apartados que se consideran como lectura recomendada se encuentra precedidos por las siglas (l.r.) y no entran en examen.
 

TEORÍA

1. Introducción a los gráficos por ordenador

 1.1. Técnicas para la representación de escenas basadas en polígonos (ejemplos de Renderman).
 FP: 12 (ver las figuras en color Shutterbug progression)

 1.2. Trazado de rayos (SIGGRAPH education slide set).

 1.3. Historia y aplicaciones fundamentales.
 HB: (l.r.) 1 // RA: (l.r.) 1.1-4 // FP: (l.r.) 1 // P: (l.r.) 1.1-2
 

2. Fundamentos geométricos: transformaciones homogéneas y en perspectiva

 2.1. Álgebra lineal. Vectores y matrices. Geometrías lineal, afín y euclídea en 2D.
 HB: Apéndices A.2-4 // RA: Apéndice B. // FP: 5.1 // P: 1.4, A.1 // W: 1.5
 
 2.2. Transformaciones homogéneas bidimensionales (lineales, afines y euclídeas).
 HB: 5.1-7 // RA: 2.1-17, 2.19-20 // FP: 5.2-4 // P: 4.3, A.3-4, A.6-8

 2.3. Transformaciones lineales tridimensionales (reescalados, rotaciones, cizalladuras, etc.).
 HB: 11 // RA: 3.1-11 // FP: 5.7-5.9 // P: 5.1 // W: 1.2-3

 2.4. Tipos de proyecciones en perspectiva. Transformaciones en perspectiva.
 HB: 12.3-4 // RA: 3.11-18 // FP: 6.2, 6.5 // P: 5.2

3. Primitivas gráficas

 3.1. Representaciones de curvas y superficies. Explícita, implícita y paramétrica.
 HB: A.7, A.8 // RA: 4.1-5 (l.r.) 4.6-8

  3.2. Cónicas y cuádricas. Superficies de revolución.
 HB: 10.3, 10.14, (l.r.) 10.4 // RA: 6.1-4 // FP: 9.4 // P: B.1-3, B.11, B.13

 3.3. Representación de polígonos. Escenas poligonales (B-rep).
 HB: 10.1 // FP: 9.1, 10.5 // P: 10.1 // W: 2.2 // WW: 1.1

 3.4. Objetos compuestos CSG (Constructive Solid Geometry).
 HB: 10.15 // FP: 10.2, 10.7 // P: 14.5 // W: 2.4, 2.6 // G: (l.r.) 6.10

4. Técnicas de rendering de escenas poligonales. “Viewing pipeline” tridimensional.
 
 4.1. El concepto de “Viewing pipeline”. Estándares gráficos: GKS, PostScript, PHIGS+ y OpenGL.
 HB: 12.1, 6.1, 2.7, (l.r.) 9 // FP: 6.1, 14.9, (l.r.) 6.7, 7 // P: 18.2 // W: 2.6, 5.1

 4.2. Viewing pipeline bidimensional. Manejo de coordenadas (“windows” y “viewports”).
 HB: 6.1-4, (l.r.) A.1// RA: (l.r.) Apéndices A.2-4 // FP: 3.1, 5.5 // P: 4.0-1

 4.3. La cámara, el “viewpoint” y el “frustum”. Especificación de cámaras en PHIGS.
 HB: 12.4 // FP: 6.3, 6.6  (l.r.) 6.4 // P: 5.3 // W: 3, (l.r.) Ap. A // WW: 1.2

 4.4. Sombreado de mallas de polígonos: constante, Gouraud y Phong.
 HB: 14.5 // R: 5.3, 5.5-6 // FP: 14.2 // P: 13.0-3 // W: 5.3 // WW: 1.6

5. Modelos del color y dispositivos de salida gráfica

 5.1. Propiedades de la luz y del color.
 HB: 15.1 // R: 5.15 // FP: 11.1 // P: 8.0-2 // W: 14.1 // G: 4.1

 5.2. Modelos del color y colorimetría. Modelos CIE xy, RGB, CMYK, HLS y HSV.
 HB: 15.2-10 // R: 5.15 // FP: 11.2-3, (l.r.) 11.4 // P: 8.3 // W: 14.2-3

 5.3. Dispositivos de salida gráfica. Tarjetas gráficas. Memoria de video (frame buffer).
 HB: 2.1-4, 2.6 // RA: 1.6-9, 1.10-21 // R: 1.5-8, 2.11 // FP: 4.2, (l.r.) 4.3-4 // P: 2.0, 8.2 //
 W: (l.r.) 14.4

 5.4. Formatos de ficheros gráficos: PBM, BMP, GIF, JPEG, PS y Targa.
 RA: 1.9, R: 2.11

6. Modelo de iluminación de Phong y de Whitted

 6.1. Modelos de iluminación locales.
 HB: 14.1 // R: 5.1 // FP: 14.1 // P: 8.4, 15.0 // W: 4.1 // G: 4.1 // WW: 2.1

 6.2. Iluminación difusa y reflejos especulares. Modelo de Phong.
 HB: 14.2 // R: 5.2 // FP: 14.1 // P: 8.4, 15.1-2 // W: 4. 3-6 // G: 4.2-3 // WW: 2.1-3

 6.3. Modelos de iluminación globales.
 HB: 14.1 // R: 5.12 // WW: 1.2 // FP: 14.6 // W: 1.3 // WW: 8.1

 6.4. Trazado de rayos: rayos reflejado y refractado, árbol de rayos. Modelo de Whitted.
 HB: 14.6 // R: 5.4, 5.9 5.12-13 // FP: 14.7, 14.4-5 // P: 15.4 // W: 4.9, 8.4, 8.6 // G: 4.2 // WW: 8.1-2
 

7. Luces y sombras

 7.1. Tratamiento de las luces (modelo de Warn) y generación de sombras.
 HB: 14.6 // R: 5.7, 5.10 // FP: 14.1 // W: 4.11, (l.r.) 7.2-4 // WW: 8.4, 8.7, (l.r.) 5.1

 7.2. Utilización de luces y proyección de imágenes
 B:25

8. Generación y aplicación de texturas.

 8.1 Aplicación de texturas bidimensionales en trazado de rayos.
 HB: 14.9 // R: 5.11 // FP: 14.3 // P: 16.1 // W: 7.5-6, (l.r.) 7.10 // G: 2.5 // WW: 6.1, (l.r.) 6.2-3

 8.2. Antialiasing de texturas. Mipmaps.
 W: 7.9 // WW: 4.7, (l.r.) 4.8

 8.3. Rugosidades (bump mapping) y otros tipos de texturas.
 HB: 14.9 // P: 16.2 // W: 7.8 // WW: 6.4

 8.4. Texturas tridimensionales, sólidas y/o hipertexturas.
 P: 16.3 // W: 7.7 // WW: 7.2

 8.5. Generación de texturas. Funciones de ruido y algoritmo de Perlin.
 W: 12.4 // WW: 7.2

9. Curvas y Superficies. Aproximación “spline”, de Bézier y “B-spline”

 9.1. Interpolación polinómica. Curvas “spline” cúbicas.
 HB: 10.6-7, 10.13 // RA: 5.1-5 // FP: 9.2 // P: 6.0-1 // W: 6.1 // WW: 3.1

 9.2. Curvas de Bézier.
 HB: 10.8 // RA: 5.8 // FP: 9.2 // P: 6.5 // W: 6.2 // WW: 3.3

 9.3. B-splines racionales no uniformes: NURBS.
 HB: 10.11, (l.r.) 10.10 // RA: (l.r.) 5.13 // WW: 3.8, (l.r.) 3.9-11

 9.4. Representación de superficies a trozos (“patches”¨).
 HB: 10.8-9 // RA: 6.5 (l.r.) 6.6-7 // FP:9.3 // P: 7.1 // WW: 3.2, 3.5, (l.r.) 3.7

 9.5. “Patches” bicúbicos, de Bézier y “B-splines”.
 HB: 10.8-9 // RA: 6.11-12 (l.r.) 6.13-14, 6.16 // FP:9.3 // P: 7.2-3, 7.5, (l.r.) 7.6 //
 W: 2.3, 6.4, (l.r.) 6.7-9 // WW: 3.3, (l.r.) 3.4
 
10. Técnicas de animación y simulación dinámica.

 10.1 Técnicas de animación clásica: keyframes, sprites y animación convencional 2½D.
 HB: 16.1-3 // P: 17.0-4 // W: 13.1-2 // WW: (l.r.) 15

 10.2. Técnicas de metamorfosis (morpho y warping)
 HB: 16.5 // WW: (l.r.) 17.8
 
 10.3. Animación paramétrica y de objetos articulados. Simulación dinámica.
 HB: 10.20, 16.4, 16.6 // P: 17.2 // W:13.3-4 (l.r.) 13.5 // WW: (l.r.) 16

 10.5. Animación de objetos etéreos (soft). Sistemas de partículas.
 HB: 10.21 // W: 12.2 // WW: (l.r.) 17, 18
 

PRÁCTICAS DE LABORATORIO

1. Principios básicos de 3D Studio MAX

 1.1. Primera práctica: Visión general de 3D Studio MAX.
 B: 1.

 1.2. Segunda práctica: Construcción de una escena simple en 3D Studio MAX
 B: 2, 3, 4.
 1.3. Cajas, cilindros, esferas, toroides, conos, tubos y poliedros en 3D Studio MAX
 1.4. Visión general de una escena: Geometría, materiales, luces y cámara

 1.5. Tercera práctica: Animación mediante transformaciones geométricas en 3D Studio MAX
 B: 5.

2. Descripción de la geometría de la escena en 3D Studio MAX

 2.1. Cuarta práctica: Objetos compuestos CSG y agrupación de objetos
 B:14
 2.2. Especificación jerárquica de escenas

 2.3. Quinta práctica: Creación de objeto mediante superficies de revolución.
 B:8
 2.4. Especificación de curvas de Bézier

 2.5. Sexta práctica: Matrices y utilización de ejes
 B:16, 25.
 2.6. Especificación de fuentes luminosas y tratamiento de sombras

3. Modelos de iluminación y sombreado en 3D Studio MAX

 3.1. Séptima práctica: Modelos de iluminación de Phong, Blinn y metal en MAX
 B:14
 3.2. Especificación jerárquica de escenas

 3.3. Octava práctica: Texturas y mapeado de materiales
 B:18, 19
 3.4. Edición de materiales con mapas y asignación de relieves
 

4. Animación paramétrica en 3D Studio MAX

 4.1. Edición de pistas y desplazamientos de la cámara
 B:29, 30
 4.2.Tratamiento de vinculaciones y objetos ficticios

 4.3. Animación de sistemas de partículas en MAX
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Epílogo

Las tendencias actuales en una enseñanza universitaria de calidad dan menos importancia que antes a la transmisión de unos contenidos, por lo demás en continuo cambio y revisión, y expresan, en cambio, mayor interés por la adquisición, por parte del alumno, de técnicas y hábitos de estudio, de capacidad de análisis crítico, de inventar y descubrir, etc. En suma, ponen el énfasis en que el estudiante aprenda a aprender. Esta es la meta del docente de la asignatura de Técnicas Gráficas.
R.N. Delgado, C. B. González
UNED, Ciencias Físicas, Guía del curso 92/93