Teaching Plan Information

Presentation

Computer graphics are used in the entertainment industry in video games and cinema (where movies have an increasing part of synthesized images), in television or medical imaging, among a wide variety of fields.

The Computer Graphics course aims to provide and consolidate the theoretical-practical basis in the synthesis of visual information, as well as to present more advanced techniques.

Associated skills

Basic competences:

CB2. That the students can apply their knowledge to their work or vocation of a professional form and possess the competences which are usually proved by means of the elaboration and defense of arguments and solving of problems within their study area;

CB5. That the students have developed those learning abilities necessary to undertake later studies with a high degree of autonomy.

Transversal competences:

CT1.   Working in group in international and interdisciplinary contexts.

CT3.   Applying with flexibility and creativity the acquired knowledge and adapting it to new contexts and situations.

Specific competences:

CE1. Solving the mathematical problems which can be set out in the engineering and apply the knowledge on: linear algebra; differential and integral calculus; numerical methods, numerical algorithms, statistics and optimization.

CE4.   Mastering the use and programming of computers, operative systems, databases and computing programs with application in the engineering.

CE13. Creating and distributing multimedia contents according to usability and accessibility criteria of the audiovisual, diffusion and interactive services, including the application of the principles of representation and visualization of the audiovisual and web content and implementing applications based on this knowledge.

Learning outcomes

Specific learning outcomes:

RA.CE1.1     Applying linear algebra knowledge to solve problems which can be set out in the engineering

RA.CE4.1     Mastering the basic and practical knowledge on use and programming of the computers with application in engineering.

RA.CE4.2     Managing in a practical way the functionalities of operative systems.

RA.CE13.1   Applying methods of computer graphs to synthesize digitally and manipulate visual objects in two and three dimensions.

Sustainable Development Goals

The relationship of the contents of the subject with the economy, the social inclusion and the environmental protection will be occasionally discussed.

Prerequisites

Linear Algebra (especially Geometry), Analysis and Physics. Algorithmics and Structured Programming.

Contents

Theory

0. Introduction

1. Rasterization-Sampling- Antialiasing

2. Basics of Light and Colour

3. Models and Coordinate Systems

4. Basic Illumination

5. Texturing

6. Models and Representation

7. Animation

8. Advanced Aspects (Light Transport Equation, Virtual Reality, …)

Labs content

Developing basic aspects of a 3D engine using a framework.

Lab 1: 2D Rasterization
Lab 2: 3D projection
Lab 3: Render 3D meshes using triangles
Lab 4: Introduction to GPU
Lab 5: 3D Lighting

Teaching Methods

The subject has a highly applied orientation, and theory, seminars and laboratories will be closely linked.

The presentation of concepts in theory, with concrete examples, will be accompanied by related exercises (many of them applications of geometry); and the students will carry out some of them, being part of the continuous evaluation.

The seminars and practices will be even more closely intertwined, so that each laboratory will be held in two weeks; in the first session, the basic concepts will be reinforced and practice will begin; in the second session, more advanced concepts will be reinforced and the practice will end, which will be reviewed with each group in the next session.

All the software used is open source, and practices must be carried out in C++.

Evaluation

The course consists of two assessable blocks: theory (40% of the final mark, recoverable) and practical (60% of the final mark, non recoverable). The minimum final grade to pass the course is 5.0 points, being essential to have passed each block to average.

The theory block will be evaluated continuously through exercises, and will be complemented with a final exam.

The block of practices will be evaluated through successive deliveries of reports, and an oral defense. The work will be carried out in teams of 2 people.

Bibliography and information resources

•  Shirley, Peter; Marschner, Steve, et al: Fundamentals of Computer Graphics, 4th edition, A K Peters-CRC Press - Taylor&Francis Group, 2016. 
•  John Hughes, Andries van Dam, et al.: Computer Graphics: Principles and Practice (3^rd Ed.), Addison Wesley, 2014
•  Watt, Alan H.: 3D Computer Graphics  (3^rd ed.), Addison-Wesley, Harlow,  2000
•  Matt Pharr, Wenzel Jakob, Greg Humphreys:  Physically Based Rendering: From Theory to Implementation (3rd Edition), Morgan Kaufmann, 2016. 
•  Tomas Akenine-Möller, Eric Haines, Naty Hoffman: Real-Time Rendering (4th Edition), A K Peters/CRC Press, 2018.
•  Jonas Gomes, Luiz Velho, Mario Costa Sousa: Computer Graphics. Theory and Practice, CRC Press - Taylor & Francis Group, Boca Raton FL, 2012 
•  Buss, Samuel R.: 3D Computer Graphics: A mathematical approach with OpenGL, Cambridge University Press, Cambridge, 2003.
•  Lengyel, Eric. Mathematics for 3D game programming and computer graphics. Cengage Learning, 2012.

Slides course Computer Graphics and Imaging UC Berkeley CS184/284A

•  John Kessenich, Graham Sellers, Dave Shreiner: OpenGL Programming Guide: The Official Guide to Learning OpenGL, Version 4.5 with SPIR-V (9th Edition) (The Khronos OpenGL ARB Working Group), Addison-Wesley, 2016. 
•  Wolff, David: OpenGL 4.0 Shading Language Cookbook: over 60 highly focused, practical recipes to maximize your use of the OpenGL Shading Language, Packt Publishing, Birmingham, UK, 2011.

Información del Plan Docente

Presentación

Los gráficos por ordenador se utilizan en la industria del entretenimiento en videojuegos y cine (donde las películas tienen una parte creciente de imagen sintetizada), en televisión o imagen médica, entre otros muchos campos. 

La asignatura Gráficos por Ordenador pretende proporcionar y consolidar las bases teórico-prácticas en síntesis de información visual, así como presentar técnicas más avanzadas.

Competencias asociadas

Competencias básicas:

CB2. Que los estudiantes sepan aplicar sus conocimientos a su trabajo o vocación de una forma profesional y posean las competencias que suelen demostrarse por medio de la elaboración y defensa de argumentos y la resolución de problemas dentro de su área de estudio;

CB5. Que los estudiantes hayan desarrollado aquellas habilidades de aprendizaje necesarias para emprender estudios posteriores con un alto grado de autonomía.

Competencias transversales:

CT1. Trabajar en equipo en contextos internacionales e interdisciplinares.

CT3. Aplicar con flexibilidad y creatividad los conocimientos adquiridos y de adaptarlos a contextos y situaciones nuevas.

Competencias específicas:

CE1. Resolver los problemas matemáticos que puedan plantearse en la ingeniería y aplicar los conocimientos sobre: álgebra lineal; cálculo diferencial e integral; métodos numéricos, algorítmica numérica, estadística y optimización.

CE4.   Dominar el uso y la programación de los ordenadores, sistemas operativos, bases de datos y programas informáticos con aplicación en ingeniería.

CE13. Crear y distribuir contenidos multimedia atendiendo a criterios de usabilidad y accesibilidad de los servicios audiovisuales, de difusión e interactivos, incluyendo la aplicación de los principios de la representación y visualización del contenido audiovisual y en la web e implementando aplicaciones basadas en este conocimiento.

Resultados del aprendizaje

Resultados de aprendizaje específicos:

RA.CE1.1   Aplica conocimientos de álgebra lineal para resolver problemas que puedan plantearse en la ingeniería.

RA.CE4.1   Domina los conocimientos básicos y prácticos sobre el uso y programación de los ordenadores con aplicación en ingeniería.

RA.CE4.2   Maneja de forma práctica las funcionalidades de los sistemas operativos.

RA.CE13.1 Aplica métodos de gráficos por ordenador para sintetizar digitalmente y manipular objetos visuales en dos y tres dimensiones.

Objetivos de Desarrollo Sostenible

Ocasionalmente se discutirá la relación de los contenidos de la asignatura con la economía, la inclusión social y la protección del medio ambiente.

Prerrequisitos

Bases de Algebra (especialmente Geometría), Análisis, y Física. Algorítmica y programación estructurada. 

Contenidos

Teoría

0. Introducción

1. Rasterización-Muestreo-Antialiasing

2. Conceptos básicos de luz y color

3. Modelos y sistemas de coordenadas

4. Iluminación básica

5. Texturizado

6. Modelos y representación

7. Animación

8. Aspectos avanzados (Ecuación del transporte de luz, Realidad virtual,…)

Seminarios y Prácticas

El objetivo es desarrollar aspectos básicos de un motor 3D utilizando un framework.

Laboratorio 1: Rasterización 2D

Laboratorio 2: Proyección 3D

Laboratorio 3: Renderizar mallas 3D usando triángulos

Laboratorio 4: Introducción a GPU

Laboratorio 5: Iluminación 3D

Metodología docente

La asignatura tiene una orientación muy aplicada, y la teoría, seminarios y laboratorios estarán estrechamente ligados.

La presentación de conceptos en teoría, con ejemplos concretos, irá acompañada de ejercicios relacionados (muchos de ellos aplicaciones de geometría); y los alumnos realizarán algunos de ellos, siendo parte de la evaluación continua.

Los seminarios y prácticas irán aún más estrechamente entrelazados, de forma que cada laboratorio se realizará en dos semanas; en la primera sesión se reforzarán los conceptos básicos y se iniciará la práctica; en la segunda sesión se reforzarán conceptos más avanzados y se finalizará la práctica, que será revisada con cada grupo en la siguiente sesión.

Todo el software utilizado es de código abierto, y se deben realizar las prácticas en C++.

Evaluación

La asignatura consta de dos bloques evaluables: teoría (40% de la nota final, recuperable) y prácticas (60% de la nota final, no recuperable). La nota final mínima para superar la asignatura es de 5,0 puntos, siendo imprescindible para promediar tener aprobado cada bloque.

El bloque de teoría será evaluado de forma continua mediante ejercicios, y se complementará con una evaluación final.

El bloque de prácticas será evaluado mediante sucesivas entregas de informes, y una defensa oral. El trabajo será realizado en equipos de 2 personas.

Bibliografía y recursos de información

•  Shirley, Peter; Marschner, Steve, et al: Fundamentals of Computer Graphics, 4th edition, A K Peters-CRC Press - Taylor&Francis Group, 2016. 
•  John Hughes, Andries van Dam, et al.: Computer Graphics: Principles and Practice (3^rd Ed.), Addison Wesley, 2014
•  Watt, Alan H.: 3D Computer Graphics  (3^rd ed.), Addison-Wesley, Harlow,  2000
•  Matt Pharr, Wenzel Jakob, Greg Humphreys:  Physically Based Rendering: From Theory to Implementation (3rd Edition), Morgan Kaufmann, 2016. 
•  Tomas Akenine-Möller, Eric Haines, Naty Hoffman: Real-Time Rendering (4th Edition), A K Peters/CRC Press, 2018.
•  Jonas Gomes, Luiz Velho, Mario Costa Sousa: Computer Graphics. Theory and Practice, CRC Press - Taylor & Francis Group, Boca Raton FL, 2012 
•  Buss, Samuel R.: 3D Computer Graphics: A mathematical approach with OpenGL, Cambridge University Press, Cambridge, 2003.
•  Lengyel, Eric. Mathematics for 3D game programming and computer graphics. Cengage Learning, 2012.

Slides course Computer Graphics and Imaging UC Berkeley CS184/284A

•  John Kessenich, Graham Sellers, Dave Shreiner: OpenGL Programming Guide: The Official Guide to Learning OpenGL, Version 4.5 with SPIR-V (9th Edition) (The Khronos OpenGL ARB Working Group), Addison-Wesley, 2016. 
•  Wolff, David: OpenGL 4.0 Shading Language Cookbook: over 60 highly focused, practical recipes to maximize your use of the OpenGL Shading Language, Packt Publishing, Birmingham, UK, 2011.