Pla docent de l'assignatura

 

 

Tanca imatge de maquetació

 

Imprimeix

 

Dades generals

 

Nom de l'assignatura: Gràfics i Visualització de Dades

Codi de l'assignatura: 364328

Curs acadèmic: 2021-2022

Coordinació: Ana Puig Puig

Departament: Departament de Matemàtiques i Informàtica

crèdits: 6

Programa únic: S

 

 

Hores estimades de dedicació

Hores totals 150

 

Activitats presencials i/o no presencials

60

(Presencial)

 

-  Teoria

Presencial

 

30

 

-  Pràctiques de laboratori

Presencial

 

30

Treball tutelat/dirigit

40

(No presencial)

Aprenentatge autònom

50

(No presencial)

 

 

Recomanacions

 

Tenir presents els conceptes de matrius i espais vectorials d’Àlgebra.

Tenir assolits els conceptes de programació orientada a objectes.

Instal·lació del Qt Creator (versió 4.6 o superior), Qt5  i gl (versió 5.10 o superior).

Tenir coneixements de  C++.

 

 

Competències que es desenvolupen

 

   -

1G-GENERAL. Capacitat per concebre, redactar, organitzar, planificar, desenvolupar i signar projectes en l'àmbit de l'enginyeria en informàtica que tinguin per objecte, d'acord amb els coneixements adquirits en el grau, concebre, desenvolupar o explotar sistemes, serveis i aplicacions informàtiques.

   -

3G-GENERAL. Capacitat per dissenyar, desenvolupar, avaluar i assegurar l'accessibilitat, ergonomia, usabilitat i seguretat dels sistemes, serveis i aplicacions informàtiques, així com de la informació que gestionen.

   -

2G-GENERAL. Capacitat per dirigir les activitats objecte dels projectes de l'àmbit de la informàtica d'acord amb els coneixements adquirits en el grau.

   -

7T-TRANSV. Capacitat de treballar en equip.

   -

8T-TRANSV. Capacitat creativa i emprenedora.

   -

5G-GENERAL. Capacitat per concebre, desenvolupar i mantenir sistemes, serveis i aplicacions informàtiques emprant els mètodes de l'enginyeria del programari com a instrument per assegurar-ne la qualitat d'acord amb els coneixements adquirits en el grau.

   -

5T-TRANSV. Capacitat comunicativa.

   -

4T-TRANSV. Capacitat de fer raonaments crítics i lògics.

   -

3T-TRANSV. Capacitat de treballar autònomament i de prendre decisions.

   -

12G-GENERAL. Coneixement i aplicació d'elements bàsics d'economia i de gestió de recursos humans, organització i planificació de projectes, així com la legislació, regulació i normalització en l'àmbit dels projectes informàtics, d'acord amb els coneixements adquirits en el grau.

   -

10T-TRANSV. Capacitat per aprendre de manera autònoma nous coneixements i tècniques, adequats per concebre, desenvolupar i explotar sistemes informàtics.

   -

1T-TRANSV. Capacitat per aplicar els coneixements adquirits per elaborar i defensar arguments, i per resoldre problemes relacionats amb la informàtica.

   -

6ESP - TECNOLOGIA ESPECÍFICA: COMPUTACIÓ. Capacitat per desenvolupar i avaluar sistemes interactius i de presentació d'informació complexa, i aplicar-los a la resolució de problemes de disseny d'interacció entre persona i ordinador.

   -

7ESP - TECNOLOGIA ESPECÍFICA: COMPUTACIÓ. Capacitat per conèixer i desenvolupar tècniques d'aprenentatge computacional, i dissenyar i implementar aplicacions i sistemes que les utilitzin, incloses les dedicades a l'extracció automàtica d'informació i coneixement a partir de grans volums de dades.

   -

En la mesura que sigui possible s’incorporarà la perspectiva de gènere en el desenvolupament de l’assignatura, tant des del punt de vista de les activitats a realitzar com de les aplicacions proposades en els diferents temes. 

 

 

Objectius d'aprenentatge

 

Referits a coneixements

— Conèixer els conceptes teòrics i les tècniques bàsiques dels gràfics per ordinador.

 

— Conèixer els mètodes de visualització i il·luminació d’escenes.

 

— Conèixer les arquitectures de maquinari (hardware) i programari (software) per programar els dispositius gràfics.

 

— Conèixer les tècniques utilitzades en la visualització de dades científiques.

 

— Saber programar explotant les prestacions de les targetes gràfiques.

 

— Conèixer mètodes per visualitzar dades científiques o procedents del món real (Data Visualization).

 

Referits a habilitats, destreses

— Ser capaç de dissenyar i implementar visualitzacions tridimensionals: RayTracing i ZBuffer.

 

— Ser capaç de servir-se d’un entorn de programació i llibreries per utilitzar i implementar les tècniques i els algorismes bàsics que s’utilitzen en les aplicacions de dades procedents de diferents aplicacions.

 

— Aprendre a programar en OpenGL i shaders en GLSL.

 

Aprendre a visualitzar grans conjunts de dades científiques.

 

Referits a actituds, valors i normes

— Ser capaç d’aplicar els coneixements de les tècniques bàsiques a tècniques més avançades.

 

— Ser capaç d’explicar nous conceptes oralment i defensar diferents solucions a un problema gràfic nou.

 

— Aprendre a desenvolupar projectes en equip.

 

 

Blocs temàtics

 

1. Introducció a la visualizació de dades científiques i arquitectures gràfiques

2. Mètode de visualització de RayTracing

2.1. Modelatge

2.2. Interseccions amb objectes

2.3. Antialiasing

2.4. Materials i llums

2.5. Il·luminació Blinn-Phong

2.6. Reflexions i transparències

2.7. Tècniques avançades en visualització

3. Mètodes projectius: ZBuffer a la GPU

*  Mètode de ZBuffer des del punt de vista d’OpenGL i «shaders».

3.1. Introducció a mètodes projectius i al pipeline gràfic

3.2. Programació del pipeline gràfic usant shaders

3.3. Il·luminació bàsica i textures

3.4. Reflexions i transparències

3.5. Efectes addicionals: ombres, toon-shading, siluetes, etc.

4. Càmera

4.1. Atributs i components

4.2. Matriu model-view

4.3. Matriu projection

4.4. Transformació window-viewport

5. Data Visualization: tipus de dades, escales i paletes

6. Programació del pipeline de visualització

6.1. Introducció a la programació de Raytracing

6.2. Introducció a la programació de targetes gràfiques amb OpenGL i shaders

 

 

Metodologia i activitats formatives

 

La metodologia d’ensenyament-aprenentatge de l’assignatura es basa en la metodologia de Flipped Classroom organitzada en sessions teoricopràctiques, sessions pràctiques i treballs tutelats. Les activitats es proposen i se’n fa el seguiment mitjançant el Campus Virtual i el GitHub.

  • Sessions teoricopràctiques: es dediquen a l’exposició del temari teòric de l’assignatura. S’utilitzarà, en la mesura que sigui possible, la metodologia Flipped ClassRoom que implica que l’alumnat visioni, explori o llegeixi un cert material abans de les classes, que serveixen per explorar, analitzar i desenvolupar diferents conceptes. Després, a classe, el professorat sintetitza breument els conceptes analitzats, resol dubtes i obre problemes, fomentant la participació de l’alumnat a partir de reptes per resoldre problemes i qüestionaris interactius. Aquestes activitats s’usen per generar un feedback continuat amb l’alumnat i obrir espais de discussió. Cada setmana es defineix la planificació de les tasques a realitzar prèviament de forma asíncrona i els continguts que es treballaran en la classe següent.

Aquestes classes teòriques contenen activitats avaluables de diferents tipus al llarg del curs (com ara qüestionaris d’autoavaluació, problemes o lliurament de projectes i presentacions orals).  

Tota la informació relacionada amb les planificacions, apunts i material associat a les classes teoricopràctiques està disponible al Campus Virtual de l’assignatura.

  • Sessions pràctiques: es dediquen a la programació de pràctiques davant el computador, en equips de tres o quatre persones. Les pràctiques proposen la resolució de problemes particulars més amplis i més oberts que els que es treballen en les classes de teoria. En general, les classes pràctiques s’estructuren en dues parts: la primera consisteix en una explicació breu de la tecnologia que s’utilitza i del concepte que es desenvolupa, i en la segona es proposen les parts de les pràctiques a desenvolupar. Cada pràctica o projecte es divideix en diferents fases que permeten planificar-ne el desenvolupament. Hi ha fases obligatòries, i fases opcionals que permeten explorar tècniques de visualització més avançades. 

Les classes pràctiques contenen activitats avaluables de diferents tipus al llarg del curs. El desenvolupament de les pràctiques es fa mitjançat GitHub i el lliurament de les pràctiques es fa a través del Campus Virtual de l’assignatura. El dia de lliurament de cada pràctica es duu a terme una prova o entrevista individual sobre aquesta pràctica. Finalment, es fa una avaluació entre iguals que també es fa servir com a indicador d’avaluació. 

  • Treballs tutoritzats: durant el curs es fa un projecte en què l’alumnat ha de dur a terme una cerca activa d’informació, en grup, per tal de resoldre un determinat problema o extensió de la pràctica, documentar-lo i fer-ne una exposició breu, escrita o oral. En aquest punt, cal que es dugui a terme, de manera autònoma però tutelada, una cerca d’informació que no ha estat explicada prèviament durant el curs, però que es basa en els conceptes introduïts a l’assignatura. Cap a principi de maig, es proposa una llista de temes a escollir per a equips de 3 o 4 persones. Cada tema es prou ampli perquè cada persona de l’equip pugui explorar una certa estratègia, metodologia o aplicació de la disciplina dels Gràfics per Computador de manera individual. Aquest projecte s’avalua a partir de la presentació d’una memòria en què es presenten els conceptes/estratègies analitzades, d’una exposició oral i d’una entrevista personal. 


Com es menciona a les competències d’aquest pla docent, en la mesura que sigui possible s’incorporarà la perspectiva de gènere en el desenvolupament de l’assignatura, tant des del punt de vista de les activitats a realitzar com de les aplicacions proposades en els diferents temes. 

Programari (software) utilitzat: OpenGL, GLSL, QtCreator, WebGL, C++

* En cas de docència virtual obligada per la situació sanitària

Si la situació sanitària ho permet i es donen les condicions necessàries, es disposarà d’aproximadament un 50 % de presencialitat. En la docència presencial es prioritzarà la resolució de dubtes de teoria i de pràctiques. També es prioritzarà fer presencialment les activitats avaluadores.

Els rangs horaris es mantenen i la docència teoricopràctica es desenvoluparà totalment en format no presencial síncron o asíncron, podent variar el repartiment de l’alumnat en grups. Les classes de teoria i les de pràctiques de laboratori es faran de manera síncrona.

 

 

Avaluació acreditativa dels aprenentatges

 

Avaluació continuada

Depenent de la situació sanitària, les activitats avaluables poden ser controls presencials, presentacions orals, controls no presencials síncrons o lliurament de treballs.

En el cas de l’avaluació continuada, la nota final de l’assignatura (Nota_Final) es calcula mitjançant la fórmula següent:

Nota_Final = a * Nota_Teoria + b * Nota_Pràctiques + c * Nota_Addicional

on,

 Nota_Teoria és la nota de la part teòrica de l’assignatura. Aquesta avaluació es farà mitjançant exàmens parcials, lliuraments de problemes durant el curs i la presentació d’un treball final, calculant una mitjana ponderada sobre la base de la càrrega de continguts de cada activitat.
— Nota_Pràctiques és la nota de diversos lliuraments de pràctiques. Cada lliurament implica l’entrega d’una memòria, el codi desenvolupat, una entrevista o prova i l’avaluació entre iguals Aquesta nota es calcula a partir d’un mínim de dos lliuraments durant el semestre. 
— Nota_Addicional és la nota que comprèn diverses activitats que es poden incloure per avaluar l’assignatura (com ara exàmens de tipus test, exposicions a classe, lliuraments de problemes, realització d’autoqüestionaris, etc.).
— ab i c són els pesos que es donen a les diferents parts de l’assignatura i que es corresponen amb les hores de dedicació de l’alumnat. Cada curs, els pesos es concreten en el full informatiu del Campus Virtual, sempre dins dels marges següents:  0,4 <= a <= 0,6;    0,4 <= b <= 0,5  i   0,0 <= c <= 0,3.

Mínims de les parts:

  • Per poder calcular la Nota_Final és imprescindible complir uns certs mínims: 

Nota_Teoria >= 4,0 i  Nota_Pràctiques >= 4,0 i es faci un mínim de dos lliuraments de pràctiques.

  • En el cas que alguna de les parts no arribi a 4,0, la nota final es calcula com Nota_Final = mínim (Nota_Final, 4,0). L’assignatura s’aprova amb la Nota_Final >= 5,0.


Parts no presentades:
  • Les notes recollides al llarg del curs que corresponguin a avaluacions obligatòries (exàmens, lliuraments, etc. no optatius) compten com a 0 en cas que no es presentin. 
  • En el cas dels lliuraments pràctics, la Nota_Final  es considera com a no presentat quan hi hagi més d’un lliurament no presentat.


Irregularitats:
  • En cas que una persona matriculada a l’assignatura cometi alguna irregularitat que doni lloc a una variació significativa de la qualificació d’un acte d’avaluació, aquest acte es qualifica amb un 0.
  • En cas que es produeixi més d’una irregularitat en els actes d’avaluació d’una mateixa assignatura, aquesta persona tindrà una qualificació final de 0 a tota l’assignatura.


Matrícules d’honor:
  • Es pot atorgar la menció de matrícula d’honor als estudiants que tinguin una qualificació igual o superior a 9,0. 
  • El nombre de matrícules d’honor no pot ser superior al 5 % de les persones matriculades en una assignatura en el període lectiu corresponent, llevat que el nombre d’alumnes a la llista de matrícula sigui inferior a 20, cas en el qual es pot atorgar una sola matrícula d’honor. Es pot concedir una matrícula d’honor addicional per la fracció resultant d’aplicar el 5 % de persones matriculades.


Reavaluació

a) Tothom que estigui matriculat té dret a la reavaluació de la part de teoria de l’assignatura.

b) Si es té la qualificació «no presentat» es té dret a la reavaluació.

c) La Nota_Teoria_Reavaluació s’obté fent un examen final de l’assignatura el dia fixat per a la reavaluació.

d) Per obtenir la nota final de teoria de l’assignatura s’utilitza la fórmula següent: màxim (Nota_Teoria, Nota_Teoria_Reavaluació). Cal que màxim (Nota_TeoriaNota_Teoria_Reavaluació) sigui superior o igual a 4,0

e) La Nota_Pràctiques és la nota de diversos lliuraments de pràctiques de manera presencial:
  • Aquesta nota es calcula a partir d’un mínim de dos lliuraments durant el semestre. Ha de ser superior o igual a 4,0. 
  • Es poden reavaluar un màxim de dues pràctiques. 
  • Es pot reavaluar només una de les pràctiques. 
  • La nota màxima de la reavaluació de cadascuna de les pràctiques és de 5. 
  • La reavaluació de pràctiques es fa durant la prova de reavaluació de l’assignatura.
  • Es guarda la nota final de pràctiques si és superior a un 7.


f)  La Nota_Addicional és la nota que comprèn diverses activitats que es poden incloure per avaluar l’assignatura (com ara exàmens de tipus test, exposicions a classe, lliuraments de problemes, etc.). 

g) Per calcular la nota final, sempre que es compleixin els mínims establerts en els apartats anteriors, s’utilitza la fórmula següent:

Nota_Final = a * màxim (Nota_TeoriaNota_TeoriaReavaluació) + b * Nota_Pràctiques + c * Nota_Addicional.

— ab i c són els pesos que es donen a les diferents parts de l’assignatura i que es corresponen amb les hores de dedicació de l’alumnat. Cada curs, els pesos es concreten sempre dins dels marges següents: 0,4 <= a <= 0,6; 0,4 <= b <= 0,5 i 0,0 <= c <= 0,3.

h) En la reavaluació se segueixen considerant tots els aspectes que s’han introduït anteriorment en les seccions de mínims de les parts, parts no presentades, irregularitats i matrícules d’honor. 

 

 

Avaluació única

Els alumnes que es vulgui acollir a l’avaluació única ho han de sol·licitar a la Secretaria de la Facultat dins dels terminis establerts cada curs acadèmic. En l’avaluació única, cal superar una prova final en què s’avaluen conceptes teòrics i pràctics de l’assignatura de la manera següent: 

Nota_Final = a * Nota_Prova_Final + b * Nota_Pràctiques

On,

— Nota_Prova_Final és la nota de la presentació del projecte final de l’assignatura, cosa que implica el lliurament de la memòria, fer-ne una presentació oral i assistir a una entrevista personal.  
— Nota_Pràctiques és la nota de la part pràctica (preguntes i problemes sobre els continguts de les pràctiques de l’avaluació continuada, problemes específics pràctics de coneixements, etc.). Aquesta nota es calcula a partir d’un mínim de dos lliuraments durant el semestre.

— a i b són els pesos que es donen a les diferents parts de l’assignatura i que es corresponen amb les hores de dedicació de l’alumnat. Cada curs, aquests pesos es concreten en el full informatiu publicat al Campus Virtual, sempre dins dels marges següents:  0,4 <= <= 0,6  i     0,4 <= <= 0,5

  • En l’avaluació única se segueixen considerant tots els aspectes que s’han introduït anteriorment en les seccions de mínims de les parts, parts no presentades, irregularitats i matrícules d’honor. 
  • Per poder calcular la Nota_Final és imprescindible que s’obtinguin els mínims següents: Nota_Prova_Final >= 4,0 i Nota_Pràctiques >= 4,0 i es faci un mínim de dos lliuraments de pràctiques. En el cas que alguna de les parts no arribi a 4,0, la nota final es calcula com Nota_Final  = mínim (Nota_Final, 4,0). L’assignatura s’aprova amb la Nota_Final >= 5,0.
  • Si algú no es presenta a la prova o no té un mínim de dues pràctiques presentades, rep la qualificació de «no presentat».
  • En cas que un o una estudiant cometi alguna irregularitat que doni lloc a una variació significativa de la qualificació d’un acte d’avaluació, aquest acte es qualifica amb un 0. En cas que es produeixi més d’una irregularitat en els actes d’avaluació d’una mateixa assignatura, la qualificació final de tota l’assignatura és de 0.
  • Es pot atorgar la menció de matrícula d’honor a les persones que tinguin una qualificació igual o superior a 9,0. El nombre de matrícules d’honor no pot ser superior al 5 % de persones matriculades en una assignatura en el període lectiu corresponent, llevat que el nombre d’alumnes matriculats sigui inferior a 20, cas en el qual es pot atorgar una sola matrícula d’honor. Es pot concedir una matrícula d’honor addicional per la fracció resultant d’aplicar el 5 % de persones matriculades.


Reavaluació

a) Tothom que s’hagi acollit a l’avaluació única té dret a la reavaluació de la part de teoria de l’assignatura.

b) Si es té la qualificació «no presentat» es té dret a la reavaluació.

c) Per obtenir la nota final de teoria de l’assignatura s’utilitza la fórmula següent: màxim (Nota_Prova_Final, Nota_Teoria_Reavaluació).

d) Per calcular la nota final, cal que màxim (Nota_Prova_Final, Nota_Teoria_Reavaluació) sigui superior o igual a 4,0. En aquest cas, la Nota_Final  es calcula com:

Nota_Final = a * màxim (Nota_Prova_FinalNota_TeoriaReavaluació) + b * Nota_Pràctiques

on,

— Nota_Pràctiques és la nota de diversos lliuraments presencials de pràctiques. Aquesta nota es calcula a partir d’un mínim de dos lliuraments durant el semestre. Ha de ser superior o igual a 4,0. Es poden reavaluar un màxim de dues pràctiques. La nota màxima de la reavaluació de cadascuna de les pràctiques és de 5. La reavaluació de pràctiques es fa durant la prova de reavaluació de l’assignatura.

— a i b són els pesos que es donen a les diferents parts de l’assignatura i que es corresponen amb les hores de dedicació de l’alumnat. Cada curs, els pesos es concreten sempre dins dels marges següents: 0,4 <= <= 0,6; 0,4 <= b <= 0,5.

 

 

Fonts d'informació bàsica

Consulteu la disponibilitat a CERCABIB

Llibre

Angel, Edward ; Shreiner, Dave. Interactive computer graphics : a top-down approach with shader-based OpenGL. Harlow [etc.] : Pearson, 2012.  Enllaç

  Llibre de referència bàsica

RayTracing from the Ground Up, Kevin Stuffern , A.K. Peters eds, 2017

  Llibre de referència bàsica

Mathematics for 3D Game Programming and Computer Graphics, Third Edition, Eric Lengyel, ISBN-13: 978-1-4354-5886-4, Cengage Learning © 2011

  Llibre de referència bàsica

Foley, J. ; Van Dam, A. Computer graphics : principles and practice. Reading (Mass.)Madrid [etc.] : Addison-Wesley, 1995.  Enllaç

Engel, Klaus [et al.]. Real-time volume graphics. Wellesley, Mass. : A K Peters, 2006.  Enllaç

Pàgina web

https://www.scratchapixel.com/

  Web de consulta bàsica sobre les nocions de Computer Graphics

OpenGL: The Industry’s Foundation for High Performance Graphics  Enllaç

  Referència completa d’OpenGL