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Animación y Simulación

Información Básica

  • Créditos: 3
  • Horas de clase: 5 / semana (3 horas clase, 2 horas taller)
  • Horas de trabajo independiente: 4 / semana
  • Pre-requisitos: Computación Gráfica
  • Tipo de curso: Énfasis.

Descripción del Curso

Las industria del entretenimiento, en particular, el cine y los videojuegos, requieren efectos visuales cada vez más realistas y complejos. Muchos de estos efectos se apoyan en técnicas de animación (ilusión de vida) y simulación (síntesis de vida). Además, los sistemas de entrenamiento y educación modernos también se apoyan en muchos casos en estas tecnologías. El curso construye sobre el conocimiento brindado en Computación Gráfica e introduce los conceptos teóricos, las técnicas y herramientas para desplegar información visual en movimiento en un computador.

Objetivos

Al finalizar el curso los participantes podrán:

  1. Identificar las diferencias entre la animación y la simulación
    1. Elaborar un corto de animación sencillo utilizando herramientas computacionales.
    2. Implementar una simulación de objetos sencillos que permita el comportamiento autónomo de los mismos.
  2. Desarrollar sistemas que permitan dar movimiento a objetos dentro de un mundo gráfico virtual.
    1. Utilizar sistemas de animación de “key framing”.
    2. Utilizar una aplicación de animación.
    3. Entender e implementar algoritmos de “Key framing”.
    4. Comparar sistemas de control de animación.
    5. Identificar los componentes de un personaje digital.
  3. Aplicar interpolación y modelado basado en física para producir movimiento
    1. Implementar rutas utilizando trazadores cúbicos.
    2. Utilizar sistemas de cinemática directa.
    3. Identificar las diferencias entre las cinemática inversa y la directa.
    4. Utilizar el modelado basado en física para dar comportamiento autónomo a los objetos dentro de una animación.
    5. Utilizar librerías de computación gráfica para producir movimiento en los objetos de una escena virtual.
  4. Modelar objetos rígidos y suaves y sus interacciones
    1. Describir las interacciones entre objetos en mundos virtuales.
  5. Implementar efectos visuales para dar mas realismo a las animaciones.
    1. Diferenciar entre efecto especial y efecto visual.
    2. Utilizar las técnicas de generación de efectos visuales.
  6. Identificar los distintos niveles de inmersión en los mundos virtuales
    1. Implementar sistemas de realidad mezclada básicos.
    2. Implementar sistemas de realidad virtual sencillos.
    3. Identificar el papel de la animación y la simulación en mundos virtuales inmersivos.
    4. Diseñar modelos de interacción para sistemas de realidad mezclada y virtual.

Competencias técnicas específicas que se desarrollan

  1. OpenGl en C++ en Visual Studio para animación (intermedio).
  2. Phyton en Blender (intermedio).
  3. Blender Game Engine (básico).
  4. Blender para efectos visuales (intermedio).
  5. Unity 3D para animación (intermedio).
  6. Avidemux, Windows Movie Maker, iMovie, VirtualDub (intermedio).
  7. Synfig (básico).
  8. Babylon.js (básico).
  9. ARToolkit (intermedio).
  10. Uso del Kinect (básico).
  11. Programación de gafas estereoscópicas (básico).

Contenido

Capítulo 1: Introducción a la animación

Sesión Horas teóricas Prácticas acompañadas Temas Profundidad Bibliografía
1 3 Animación: historia, animación convencional, principios de animación. Familiaridad [1, 2]
2 2 Taller de principios de animación. Uso [1]
3 3 Guion - narrativa. “Story board”. El papel de la computación. Familiaridad [1]
4 2 Taller de narrativa y “story board”. Uso [1]
5 3 Interpolación: aproximación a curvas uniformes y no uniformes (splines, NURBS). Sistemas de control de animación. Evaluación [2, 4, 5, 8]
6 2 Taller de animación de mapa de bit y animación con curvas en Unity 3D. Uso [2, 24]
7 3 Animación “Key frame.” Cinemática directa e inversa. Evaluación [1]
8 2 Taller de animación en Blender. Uso [23]
9 3 Personajes digitales: esqueletos, “rigging”, “skinning”, anatomía. Familiaridad [1, 6, 7]
10 2 Taller de cinemática directa en OpenGL y en Babylon.js. Doble “buffering.” Uso
11 3 Captura de movimiento. Evaluación [1]
12 2 Taller de captura de movimiento. Uso [23, 24]

Total de Horas: 30.

Sesión Horas de trabajo independiente Temas Bibliografía
1-2 4 Análisis de lectura: “La máquina del tiempo”. [26]
3-4 4 Identificar principios de animación en un cortometraje. Lectura del libro guía. [1, 2]
5-6 4 Desarrollo de la primera entrega del proyecto.[1, 27, 28]
7-8 4 Desarrollo de la primera entrega del proyecto. [1, 27, 28]
9-10 4 Desarrollo de la primera entrega del proyecto.[1, 27, 28]
11-12 4 Desarrollo de la primera entrega del proyecto.[1, 27, 28]

Total de Horas: 24

Capítulo 2: Introducción a la simulación

Sesión Horas teóricas Prácticas acompañadas Temas Profundidad Bibliografía
13 3 Simulación: modelado basado en física, dinámica de cuerpos rígidos, ciclo de simulación, integración de Euler y Lagrange. Uso [1, 3, 12]
14 2 Taller de modelado basado en física (partículas en OpenGL). Uso [3]
15 3 Deformación paramétrica: doblar, torcer, aplastar, deformación libre. Deformación elástica. Sistemas de masa resorte. Modelado de elementos finitos y discretos. Familiaridad[1, 9, 10, 11]
16 2 Taller de objetos deformables en OpenGL y Blender. Uso [9, 23]
17 3 Detección de colisiones y respuesta: cajas limitantes, voxels, árboles de esferas. Evaluación [1, 3, 10]
18 2 Taller de detección de colisiones en OpenGL. Uso [1, 3, 10]
19 3 Detección de colisiones y respuesta: subseries de esferas tabuladas. Evaluación [1, 3, 10]
20 2 Taller de detección de colisiones en Blender y Unity 3D. Uso [1, 3, 10, 23, 24]

Total de Horas: 20.

Sesión Horas de trabajo independiente Temas Bibliografía
13-14 4 Lectura del libro guía. [1, 3]
15-16 4 Desarrollo de la segunda entrega del proyecto. [1, 3, 10]
17-18 4 Desarrollo de la segunda entrega del proyecto. [1, 3, 10]
19-20 4 Desarrollo de la segunda entrega del proyecto. [1, 3, 10]

Total de Horas: 16

Capítulo 3: Efectos visuales

Sesión Horas teóricas Prácticas acompañadas Temas Profundidad Bibliografía
21 3 Animación facial: antecedentes, expresiones, codificación de las expresiones, sistemas humanos, expresiones animales. Familiaridad [1, 10, 14, 15]
22 2 Taller de simulación de pelo y de ropa en Blender. Uso [23]
23 3 Sistemas de partículas, simulación de pelo, simulación de ropa. Familiaridad[1, 3]
24 2 Taller de simulación de pelo en OpenGL. Uso [13]
25 3 Animación procedimental basada en ruido y sistemas de partículas. Familiaridad [1]
26 2 Taller de animación procedimental en Blender. Uso [23]
27 3 Solución de problemas con animación. Uso [1, 3, 10]
28 2 Examen parcial. Uso [1, 3, 10]

Total de Horas: 20.

Sesión Horas de trabajo independiente Temas Bibliografía
21-22 4 Lectura del libro guía. [1, 3, 10]
23-24 4 Desarrollo de la segunda entrega del proyecto. [1, 3]
25-26 4 Preparación del examen parcial.[1, 3, 10]
27-28 4 Desarrollo de la entrega final del proyecto. [1, 3, 23, 24]

Total de Horas: 16

Capítulo 4: Sistemas inmersivos

Sesión Horas teóricas Prácticas acompañadas Temas Profundidad Bibliografía
29 3 Realidad mezclada: “tracking” de objetos y de observador. Reconocimiento de gestos y poses. Acelerómetros. Marcadores fiduciarios. GPS. interfaz y evaluación de usuarios. Evaluación [18, 19, 20, 21, 22]
30 2 Taller de realidad mezclada en ARToolkit y Unity 3D. Uso [24, 25]
31 3 Realidad virtual: introducción, aplicaciones, pantallas estereoscópicas, visión en 3D, CAVEs, HIVE, sonido, interacción háptica, interacción multi modal. Familiaridad [16, 17]
32 2 Taller de realidad virtual en OpenGL en Visual Studio con apoyo del Kinect. Uso [16, 17]

Total de Horas: 10.

Sesión Horas de trabajo independiente Temas Bibliografía
29-30 4 Desarrollo de la entrega final del proyecto. [1, 3, 23, 24]
31-32 4 Desarrollo de la entrega final del proyecto.[1, 3, 23, 24]

Total de Horas: 8

Integración Curricular

Resultados de Programa (ABET)

(A) La habilidad para aplicar conocimientos de matemáticas, ciencias e ingeniería.

(B) La habilidad para analizar un problema e identificar los requerimientos necesarios para su definición y solución.

(C) La habilidad para diseñar, implementar y evaluar procesos y sistemas computacionales.

(D) La habilidad para funcionar en equipos de trabajo.

(E) El entendimiento de la responsabilidad profesional y ética.

(F) La habilidad para comunicarse efectivamente.

(G) La habilidad para analizar los impactos de la computación y la ingeniería en las personas, organizaciones y la sociedad.

(H) El reconocimiento de la necesidad de, y la habilidad para, continuar con el desarrollo profesional.

(I) La habilidad para usar las técnicas, destrezas y herramientas modernas para la práctica de la computación.

(J) La habilidad para aplicar los fundamentos y principios de las matemáticas y de la computación en el modelamiento y diseño de sistemas computacionales de manera que se demuestre comprensión de las ventajas y desventajas en las decisiones de diseño.

(K) La habilidad para aplicar los principios de diseño y desarrollo de software en la construcción de sistemas de diferente complejidad.

Relevancia del curso con los resultados de programa

Resultados de Programa
A B C D E F G H I J K
Relevancia 2 4 3 3 4

Escala: (1) baja relevancia - (5) alta relevancia.

Integración de objetivos, contenido y metodología del curso

La tabla presenta la metodología (actividades de aprendizaje) e instrumentos de evaluación utilizados para cubrir el contenido del curso.

Resultados del Programa Indicadores de Desempeño Objetivos/Contenido del Curso Actividades de aprendizaje Instrumentos de medición
(A) Aplicación de Conocimientos (A1) Identificar los fundamentos científicos y los principios de ingeniería que rigen un proceso o sistema. (Conocimiento) (A2) Resolver problemas relacionados con la disciplina y otras áreas por medio de la utilización de conocimientos, modelos y formalismos de las ciencias de la computación, las matemáticas y la ingeniería. (Aplicación) Capítulo 1 Exposiciones del profesor, solución de ejercicios y lecturas Examen
(D) Trabajo en equipo (D1) Reconocer el rol cada vez más predominante de la computación en entornos multidisciplinarios. (Conocimien to). (D2) Participar en tareas y en la toma de decisiones. (Respuesta - Afectivo). (D3) Integrar diferentes puntos de vista, información, críticas y retroalimentación para proponer una solución. (Síntesis). (D4) Definir tareas, roles y responsabilidades. (Aplicación). Capítulos 2,3,4 Solución de ejercicios y lecturas Proyectos y presentaciones
(H) Desarrollo profesional. (H1) Reconocer la importancia del conocimiento tanto en amplitud como en profundidad. (Compresión). (H2) Aplicar nuevo conocimiento para resolver un problema o desarrollar una solución. (Aplicación). (H3) Interpretar y evaluar información de diferentes fuentes y establecer conexiones con conocimientos previos. (Síntesis - Evaluación) (H4) Mostrar disposición par aprender nuevas cosas por medio de estudio personal. (Valuación). Capítulos 3 y 4 Exposiciones del profesor Tarea
(I) Uso de herramientas y técnicas (I1) Utilizar herramientas de desarrollo de software. (Aplicación). (I2) Utilizar herramientas de diseño, modelamiento y simulación. (Aplicación). (I3) Combinar herramientas de software y hardware para resolver un problema. (Síntesis). (I4) Demostrar flexibilidad para adaptarse a diferentes paradigmas y lenguajes de programación. (Valuación). Capítulos 2,3,4 Laboratorios y lecturas Proyecto y talleres
(J) Modelamiento y diseño de sistemas computacionales (J1) Reconocer la importancia del modelamiento cuando se resuelve un problema. (Compresión). (J2) Relacionar conceptos y principios teóricos para la resolución efectiva de un problema. (Síntesis). Capitulos 2,3,4 Lecturas Reporte y presentaciones

Contribución al Desarrollo de Competencias (CNA)

La tabla muestra que aspectos de la competencias de Razonamiento Cuantitativo son evaluados a través de los factores ABET correspondientes. Por otra parte, las competencias de Comunicación Escrita, Lectura Crítica, Ciudadanía e Inglés se favorecen gracias a la metodología del curso y también, gracias a los factores ABET correspondientes.

Resultados de Programa
A B C D E F G H I J K
Ciudadanía U U
Comunicación escrita U
Lectura crítica U
Inglés U
Razonamiento cuantitativo E E E

Contribución a los objetivos educacionales

La Carrera de Ingeniería de Sistemas y Computación plantea los siguientes objetivos educacionales, El estudiante graduado de la carrera será capaz de:

  1. EO1. Ejercitar la práctica de la Ingeniería de Sistemas y Computación profesionalmente.
  2. EO2. Diseñar y operar sistemas de computación que contribuyen a la solución de problemas relacionados a la disciplina, otra área de la ciencia y la ingeniería u otras disciplinas.
  3. EO3. Contribuir al bienestar de las comunidades desde posiciones prominentes en la industria, academia, sector público o como un emprendedor.
  4. EO4. Ser distinguido por su bases sólidas en computación, su sentido de ciudadanía responsable, su profesionalismo y liderazgo.
  5. EO5. Continuar su desarrollo profesional o involucrarse en estudios de posgrado.
Resultados de Programa
A B C D E F G H I J K
EO1 X X X
EO2 X X X
EO3 X
EO4 X X X
E05 X

A través de los factores ABET declarados en la fórmula del curso, éste contribuye a los objetivos educacionales del programa y de esta manera se relaciona con los planes educativos del programa y de la Universidad.

Reglas del curso

Calificación y Balance de Evaluación del Curso

Instrumento Porcentaje A B C D E F G H I J K
Examen 13 % 13 %
Proyecto 24 % 15 % 9%
Reportes 20 % 20 %
Presentaciones 15 % 10 % 5 %
Talleres 10 % 10 %
Tareas 19 % 19%

Uso de material en exámenes

Está permitido el uso de todo tipo de material analógico o electrónico.

Asistencia

Obligatoria.

Bibliografía

  1. The Illusion of Life: Disney Animation by Ollie Johnston and Frank Thomas (Hardcover - Oct. 5, 1995)
  2. Rick Parent. Computer Animation: Algorithms and TechniquesOct 18, 2012. ISBN-13: 978-0124158429. ISBN-10: 0124158420
  3. David H. Eberly. Game Physics. Apr 5, 2010. ISBN-13: 978-0123749031. ISBN-10: 0123749034
  4. 3D games : real-time rendering and software technology. - 1ed. Alan Watt, Fabio Policarpo. 2001. Addison Wesley
  5. Advanced game development with programmable graphics hardware. Alan Watt, Fabio Policarpo. 2005. Addison Wesley
  6. Tim McLaughlin and Stuart S. Sumida. 2007. The morphology of digital creatures. In ACM SIGGRAPH 2007 courses (SIGGRAPH '07). ACM, New York, NY, USA, , Article 1 . DOI=http://dx.doi.org/10.1145/1281500.1281660
  7. Rachel Falk, Denise Minter, Conrad Vernon, Guillaume Aretos, Lucia Modesto, Arnauld Lamorlette, Nick Walker, Tim Cheung, Janet Rentel-Lavin, and Harry Max. 2004. Art-directed technology: anatomy of a Shrek2 sequence. In ACM SIGGRAPH 2004 Course Notes (SIGGRAPH '04). ACM, New York, NY, USA, , Article 13 . DOI=http://dx.doi.org/10.1145/1103900.1103913
  8. Bill Tomlinson, Marc Downie, Matt Berlin, Jesse Gray, Derek Lyons, Jennie Cochran, and Bruce Blumberg. 2002. Leashing the AlphaWolves: mixing user direction with autonomous emotion in a pack of semi-autonomous virtual characters. In Proceedings of the 2002 ACM SIGGRAPH/Eurographics symposium on Computer animation (SCA '02). ACM, New York, NY, USA, 7-14. DOI=http://dx.doi.org/10.1145/545261.545263
  9. Alan H. Barr. 1984. Global and local deformations of solid primitives. SIGGRAPH Comput. Graph. 18, 3 (January 1984), 21-30. DOI=http://dx.doi.org/10.1145/964965.808573
  10. Londra, A Dog Facial Animation Model. Andres A. Navarro N. PhD Thesis. University of Otago. 2010.
  11. Longshaw, S., Turner, M., Finch, E., and Gawthorpe, R. (2009). Discrete Element Modelling Using a Parallelised Physics Engine. In Theory and Practice of Computer Graphics: Eurographics UK chapter proceedings 2009, 207–214. Eurographics.
  12. The implementation of a windows 95 based Virtual environments Knee Arthroscopy Training system (PC VEKATS). Andrés A. Navarro N. MSc Dissertation. Universyty of Hull. 1997
  13. Papaioannou, G. (2002). A simple and fast technique for fur rendering. http://www.aueb.gr/users/gepap/.
  14. Zhang, Y., Prakash, E. C., and Sung, E. (2004a). Face alive. Journal of Visual Languages and Computing, 15, 125–160.
  15. Zhang, Y. and Prakash, E. C. (2009). Face to face: anthropometry-based interactive face shape modeling using model priors. Int. J. Comput. Games Technol., 2009, 1–15.
  16. The Science of Virtual Reality and Virtual Environments: A Technical, Scientific and Engineering Reference on Virtual Environments by Roy S. Kalawsky
  17. Tony Parisi. Learning Virtual Reality: Developing Immersive Experiences and Applications for Desktop, Web, and Mobile. Nov 20, 2015. ISBN-13: 978-1491922835. ISBN-10: 1491922834.
  18. Borko Furht. Handbook of Augmented RealitySep 28, 2011. ISBN-13: 978-1461400639. ISBN-10: 1461400635
  19. Perea-Tanaka, Carlos F.; Moreno, Isidro; Prakash, Edmond C.; Navarro-Newball, Andres A. “Towards tantalluc: Interactive mobile augmented reality application for the Museo de América in Madrid,” Computing Colombian Conference (10CCC), 2015 10th , vol., no., pp.164-171, 21-25 Sept. 2015, doi: 10.1109/ColumbianCC.2015.7333427 ISBN 978-1-4673-9464-2
  20. I. Moreno, E. C. Prakash, D. F. Loaiza, D. A. Lozada, and A. A. Navarro-Newball, “Marker-less feature and gesture detection for an interactive mixed reality avatar,” 20th Symposium on Signal Processing, Images and Computer Vision (STSIVA), 2015, pp. 129-135. DOI: 10.1109/STSIVA.2015.7330433 ISBN: 978-1-4673-9460-4.
  21. A.A. Navarro Newball, I. Moreno Sánchez, E. Prakash, Ali Arya, V.E. Contreras Roldán, V.A. Quiceno Rios, J.D. Mejía Mena, D.F. Loaiza, S. Lozano P.; “Gesture based human motion and game principles to aid understanding of science and cultural practices,” Multimedia Tools And Applications ISSN: 1380-7501. Springer, 2015. http://dx.doi.org/10.1007/s11042-015-2667-5
  22. Christian C. Ventes, Andrés A. Navarro-Newball, Deivy A. Velasco, Edmond C. Prakash. ” A Programming Library for Creating Tangible User Interfaces,”GSTF Journal on Computing (JoC) Vol.4 No.1, 23-32 ISSN: 2251-3043 DOI: 10.5176/2251-3043_4.1.304. 2014.
  23. H.G. Wells. La máquina del tiempo (Spanish Edition)

Instalaciones

Salón de clase con computador y proyector. Laboratorio de Ingeniería de Sistemas y Computación.

Material de este semestre

 
materias/animacionsimulacion.1473025474.txt.gz · Última modificación: 2016/09/04 16:44 por anavarro
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