Modelado y Simulación de Entornos Virtuales

Transcripción

1 Modelado y Simulación de Entornos Virtuales

2 Introducción Aplicaciones Historia Dispositivos Proceso de obtención de imágenes 2

3 Introducción: Aplicaciones Diseño asistido por computador CAD (Computer Aided Design) Herramientas gráficas que permiten diseñar prototipos y evaluarlos antes de construirlos Áreas importantes: Diseño industrial, Arquitectura, Circuitería eléctrica,circuitos impresos e integrados Técnica habitual: Diseño basado en primitivas constructivas, superficies curvas, etc Otras posibilidades: Realidad virtual, presentación realista, sugerencias constructivas, análisis del diseño, conexión con el sistema de fabricación (CAM) 3

4 Introducción: Aplicaciones CAD 4

5 Introducción: Aplicaciones Gráficos de presentación Uso de los gráficos para producción de ilustraciones de soporte a informes y trabajos Áreas de mayor uso: Economía, Estadística, Matemáticas, Administración y gestión Técnicas principales: Gráficos de línea, Gráficos de barra, Gráficos de tarta, Superficies 3D 5

6 Introducción: Aplicaciones Gráficos de Presentación 6

7 Introducción: Aplicaciones Creaciones artísticas En este campo se producen imágenes con un fin artístico o comercial: Diseño de logotipos, Bellas Artes, Animaciones publicitarias Técnicas y software: Programas tipo paintbrush, Programas de soporte a la animación, Técnicas de tratamiento de imagen, Técnicas de rendering 7

8 Introducción: Aplicaciones Creaciones Artísticas 8

9 Introducción: Aplicaciones Entretenimiento Áreas: Cine: (Tron, Toy Story, etc.), Televisión (Cortinillas, cabeceras, etc.), Juegos por computador Técnicas: Animación, Visualización realista, Efectos especiales (Ej.morphing), Interactividad 9

10 Introducción: Aplicaciones Creaciones Artísticas 10

11 Introducción: Aplicaciones Simulación y entrenamiento Áreas: Simulación de conducción (simuladores de vuelo, de automóviles), Simulación de procesos (paneles de procesos industriales), Entrenamiento (montaje y operación de equipos, medicina), Enseñanza (Infantil) Técnicas: Tiempo real, Interactividad Equipamiento: Equipamiento específico (Ej. Simuladores de vuelo) Nuevas técnicas: realidad virtual 11

12 Introducción: Aplicaciones Simulación y Entrenamiento 12

13 Introducción: Aplicaciones Visualización científica y médica. Visualización gráfica de gran cantidad de datos Áreas: Medicina (Ej. Resonancias), Ingeniería (Ej. Esfuerzos en mecanismos), Física (Ej. Campos), Química (Ej. Interacción molecular), Matemáticas (Ej. Solución a ecuaciones), Topografía y oceanografía (Ej. Terrenos y corrientes) Técnicas: Codificación por color, Curvas de nivel, Visualización de volúmenes 13

14 Introducción: Aplicaciones Visualización científica y médica 14

15 Introducción: Aplicaciones Nuevo OCIO 15

16 Introducción: Historia Los comienzos (50) Whirlwind y SAGE (1951) 16

17 Introducción: Historia Los 60 Sketchpad: El primer programa gráfico interactivo Ph.D. Thesis, MIT, "Sketchpad: A Man-machine Graphical Communications System" Ivan Sutherland en la consola del TX-2 (320Kb) 17

18 Introducción: Historia Los 60 Russell estudiante del MIT desarrolla el primer videojuego para ordenador Spacewar 200 horas-hombre En un PDP-1 El primer juego Tennis for two (1958) Whiginbotham se jugaba en un osciloscopio 18

19 Introducción: Historia Los 60 Primeros cortos de animación para simulación de efectos físicos (gravedad, movimiento, etc.) (1963) Sutherland (MIT) inventa el primer casco de visualización estereoscópica (1966) Primer algoritmo de superficies ocultas, Catmull y otros en la Universidad de Utah Finales de los 60 El mismo equipo empieza a interesarse por el realismo mediante sombreado de superficies con color 19

20 Introducción: Historia Los 70 Gouraud presenta su famoso método para el suavizado de superficies poligonales (1971) Comercialización del microprocesador (1971) Fundación de Atari, empresa impulsora de los videojuegos (1972) Primeros intentos de introducción de la Informática Gráfica en el cine 20

21 Introducción: Historia Los 70 Newell en la U. de Utah crea la famosa tetera, banco de pruebas hasta nuestros días Comienzo de las texturas y Z-Buffer: tesis de Catmull en el 74 21

22 Introducción: Historia 22

23 Introducción: Historia Los 70 Phong desarrolla su método de suavizado de superficies poligonales (1974) 1975 Baum y Wozniak crean Apple en un garaje Gates funda Microsoft (1975) Lucasfilm crea la división de gráficos por computador con los mejores talentos del momento (1979) 23

24 Introducción: Historia Los 70 Westworld (1973) La primera película que utilizó gráficos generador por ordenador La primera vez que se utilizó el término virus informático 24

25 Introducción: Historia Los 70 Star Wars (1977) 25

26 Introducción: Historia Los 80 Popularización del SIGGRAPH como el evento anual más importante en el área Whitted publica un articulo sobre la técnica del trazado de rayos. 'Spheres' Bell Laboratories, Communications of the Association for Computing Machinery (ACM), June 1980, vol. 23, no. 6, 1980 Carpenter, en Lucasfilm, construye el primer motor de rendering el REYES, precursor del Renderman.(1981) Kajiya (1986). La ecuación de rendering 26

27 Introducción: Historia Los 80 Realización de la película TRON de Lisberger y Kushner en la Disney (principios de los 80) Venta masiva de terminales gráficas: IBM, Tektronix Aparece el primer estándar ISO y ANSI como norma de construcción de librerías gráficas: el GKS IBM crea el Personal Computer PC Goral, Torrance et al. (1984), Cohen (1985). Radiosidad 27

28 Informática Gráfica Gestión del color Juegos de ordenador VR/AR Lenguajes GUI Animación Visualización Render Modelado Sistemas Modelado matemático Compresión Arquitectura de ordenadores Medios Digitales Visión por ordenador Impresión 28

29 Informática Gráfica Materia interdisciplinar Física, Matemáticas y otras Ciencias Naturales Simulación Modelado Análisis numérico Ingeniería Sistemas de Software y Hardware Dispositivos de Entrada/Salida Infraestructura e integración en los entornos existentes Arte, Psicología, Medicina Percepción Cuenta cuentos Diseño y composición 29

30 Disciplinas relacionadas Procesado de Datos Visión por Ordenador Datos Imágenes Gráficos por Ordenador Procesado de Imagen 30

31 Proceso Gráfico Ejecución secuencial de procesos Dos pipelines gráficas Geométrica o 3D pipeline Imaginería o 2D pipeline 31

32 Pipeline 3D Animación/Interacción: tiempo Modelado: formas Sombreado: reflexión y luces Transformaciones: visionado 32

33 Pipeline 2D Rasterization and Sampling Texture Mapping Image Composition Intensity and Colour Quantization Framebuffer/Display 33

34 Ejemplo de Proceso Gráfico Modelo de alambre, con vistas ortográficas 34

35 Ejemplo de Proceso Gráfico Vista en perspectiva 35

36 Ejemplo de Proceso Gráfico Marcar profundidad 36

37 Ejemplo de Proceso Gráfico Eliminar líneas ocultas y colorear 37

38 Ejemplo de Proceso Gráfico Sombreado constante, ambiente 38

39 Ejemplo de Proceso Gráfico Sombreado de facetas 39

40 Ejemplo de Proceso Gráfico Sombreado Gouraud, sin reflejo especular 40

41 Ejemplo de Proceso Gráfico Brillos especulares 41

42 Ejemplo de Proceso Gráfico Sombreado Phong 42

43 Ejemplo de Proceso Gráfico Mapeo de texturas 43

44 Ejemplo de Proceso Gráfico Reflexiones, sombras y mapeo de bultos 44

45 Ejemplo: Disney y TSL Modelo de alambre Modelo de esqueleto Modelo de músculos Piel Pelo Render y retoque 45

46 Ejemplo: Disney y TSL 46

47 Cornell Box 47