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Uniandes

Simulación y Animación TiempoReal



Junio-Julio 2002          Profesor:   Daniel Barrero, Ph.D.







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Presentación


top Proposito:

 El proposito de este curso es  enfrentar al estudiante con aplicaciones practicas de los conceptos vistos en los cursos de Computación Gráfica y Realidad Virtual en ambientes de tiempo real, en el proceso se presentaran los conceptos, principios y tecnicas avanzadas para lidiar con el problema de la simulación y la animación en tiempo real en aplicaciones tan diversas como juegos de video, simulaciónes de entrenamiento y entretenimiento, aplicaciones medicas, animaciónes tiempo real como herramientas de visualización, generacion de effectos visuales, etc.

top Objetivos generales y específicos:

  • Presentar los principios teoricos de la simulación, así como los diversos principios y tecnicas avanzadas para la generación y animación de gráficos por computador en tiempo real.
  •  Introducir al estudiante a los diferentes tipos de simulación aplicada a la computación gráfica, como simulación basada en fisica, simulación comportamental,etc.
  • Enfrentar al estudiante con aplicaciónes practicas de los conceptos teoricos aprendidos en los cursos de computación gráfica y realidad virtual.
  • Aplicacion practica de  tecnicas avanzadas de simulación y animación para la realizacion de herramientas gráficas.
  • Enfrentar al estudiante con los problemas de la realizacion de aplicaciones en tiempo real, así como introducir los conceptos, principios y tecnicas para lidiar con estos problemas, tales como sincronizacion audio/animación, mantenimiento de velocidad de animación constante, etc.
  • Enfrentar al estudiante con el uso de las herramientas mas recientes para realizacion de animación y simulación tiempo real (aprovechamiento de recursos HW, herramientas de desarrollo, programación de tarjetas gráficas,etc).

top Metodología Global de Enseñanza:

 El curso se desarrollara a traves de clases, practicas y talleres en computador, y proyectos. Para las clases los estudiantes haran la lectura previa de los temas correspondientes (según el programa del curso). Durante las clases el profesor y los estudiantes, discutiran los puntos mas importantes de cada tema. Simultaneamente con la teoria se presentara su posible realizacion practica utilizando las diferentes facilidades de la libreria gráfica OpenGL en combinacion con otras librerias relacionadas, de esta manera se facilitara la familiarizacion de los estudiantes con las diversas herramientas de manera progresiva.

 La tematica del curso sera aplicada y validada experimentalmente a partir de practicas de laboratorio, tallerres en computador y demostraciones de productos de software. La elaboracion de talleres de computador ser podra realizar en grupos maximo de 2 estudiantes. Las practicas de laboratorio seran realizadas en horas de clase  y es obligatoria la asistencia.

top Contenido Global del Curso:
  Este es el contenido tentativo del curso, este esta sujeto a cambios de acuerdo a las necesidades del curso y al interes especifico de los participantes para profundizar mas en temas especificos.
Tema
Detalles
Introducción
Motivacion, ejemplos introductorios, conceptos basicos
Simulación
Conceptos BasicosManejo del tiempoSistemas de simulación
Tipos de simulación: i.e. Simulaciónes fisicas
Simulaciónes comportamentales, numericas, causa efecto, etc.
Pasos de la simulacion.
Tecnicas de diseño.
Manejo del tiempo.
Scripting
Animación Tiempo Real
Conceptos basicos.
Problemas del tiempo real.
Latencia, sincronizacion.
Programación tiempo realRepaso OpenGL Básico (transformaciones, primitivas, glut basico, etc.).
Animación 2D y Simulación
Tecnicas basicas de Animacion 2D: Sprites/Objetos 2D  Animación de Transformaciones, patrones de movimento.  Tweening/Morphing  Sincronizacion
Interaccion, Eventos
Programación de PerifericosAnimaciónes InteractivasJuegos de videoSimulaciónes interactivas
Animación 2D Sonido y video
Sincronizacion & LatenciaTexturas y video.Compositing.Repaso OpenGL intermedio (texturas, modos de blending, buffers especiales)
Modelaje 3D para animación TR
Conceptos BasicosGrafos de scena Modelaje de Objetos 3DComparacion de diversos tipos de implementaciones: inventor/VRML, SDL,plib.
Modelaje de Mundos 3D:  PVS, BSP, Octrees.
Visualizacion
Tecnicas de rendering tiempo real.
z-buffer, raycasting, Tiling, Convoluciones, etc.
Iliuminacion
Lightmaps & shadow maps.Luces Puntuales.Volumenes de sombra.Radiosidad falsa y real.Aplicacion de estas tecnicas Avanzadas con extensiones OpenGL.
Animación y Simulación 3D
ColisionesModelaje de terrenosBusqueda de caminos
Effectos especiales ysimulación
Sistemas de particulas. Bump Maps, Environment Maps.Superficies flexibles.
Tecnicas avanzadas
Sonido 3DProgramación de Vertex & Pixel Shaders (OpenGL Avanzado).Aplicaciones Multiusuario via Red.

top Bibliografía

 Se seguiran principalmente los siguientes libros de texto, los cuales se complementaran con referencias bibligraficas adicionales y articulos actualizados cuando sea necesario.

Libros de texto del curso:
  • Computer Graphics Principle and Practice 2ed, Foley et al, Addison-Wesley Pub Co, 1993.
  •  Real-Time Rendering by Tomas Möller and Eric Haines, A K Peters Ltd, 1999.
  •  3D Games, Volume 1 : Real-time Rendering and Software Technology  by Alan Watt, Fabio Policarpo, Addison-Wesley Pub Co, 2000

Libros de soporte adicionales para temas especificos:
  •  Theory of Modeling and Simulation : Integrating Discret Event and Continuous Complex Dynamic Systems  by Bernard P. Zeigler, Herbert Praehofer, Tag Gon Kim, Academic Pr, 2000.
  • Advanced Animation and Rendering Techniques -- Theory and Practice, Alan Watt and Mark Watt, Addison-Wesley Pub Co, 1992
  • OpenGL(r) 1.2 Programming Guide, Third Edition: The Official Guide to Learning OpenGL, Version 1.2 by Mason Woo et al., Addison-Wesley Pub Co, 1999.
  •  3D Game Engine Design : A Practical Approach to Real-Time Computer Graphics by David H. Eberly, Morgan Kaufmann Publishers, 2000.
  • Making Them Move, Mechanics Control and  Animation of Articulated Figures, by Brian A. Barsky, Norman Badler, Morgan Kaufmann Publishers, 1991.
  • Graphics Gems vols. 1-5, Morgan Kaufmann Publishers, 1994-1995.
  • Game Programming Gems 1 y 2, Mark DeLoura, Charles River Media, 2000/2001.
  • Cloth modeling and animation by Donald H.House & David E. Breen, A K Peters Ltd, 2000.
  • Understanding Motion Capture for Computer Animation and Video Games by Alberto Menache, Morgan Kaufmann Publishers, 1999
  • Computer Animation C : Algorithms and Techniques  by Rick Parent, Richard Parent, Morgan Kaufmann Publishers, 2001.
  • Physics for Game Developers by David M. Bourg, O'Reilly & Associates, 2001
  • Programming Dynamic Character Animation by David Paull, Charles River Media, 2001
  • Mathematics for Computer Graphics Applications : An Introduction to the Mathematics and Geometry of Cad/Cam, Geometric Modeling, Scientific  visualization  by Michael E. Mortenson, Industrial Pr, 1999.
  • MultiPlayer Game Programming by Todd Barron, Andre Lamothe, Prima Publishing, 2001.
  • Siggraph Conference proceedings, 1980-2001.