Master en Programacion Grafica y Simulacion Presencial en Madrid en U-TAD - Centro Universitario de Tecnología y Arte Digital

Master en Programacion Grafica y Simulacion

El Máster en Programación y Simulación Gráfica está dirigido a programadores que quieran especializarse en la rama de gráficos por ordenador para la representación de fenómenos simulados.

Consta de dos partes igual de importantes: el cálculo de una simulación y la visualización de ésta.

Implica, por un lado, conocer las técnicas computacionales y de la física que permiten simular fenómenos complejos de la naturaleza, para poder modelarlos en un ordenador. Por otro lado, la simulación física, económica, biológica, médica -y de muchos otros campos-, requiere casi siempre de una visualización para poder entender la información generada o procesada. Para esto son necesarios conocimientos de manejo y representación de información, así como conocer las herramientas matemáticas para poder aplicar los procesos desde diversos campos científicos y mostrar esa información de una forma convincente y comprensible.

El Máster tiene una duración de 1 año, dividido en 2 cuatrimestres y 2 meses de proyecto fin de máster. Está constituido por 4 módulos: Programación para simulación, Gráficos por ordenador, Modelos y principios científicos de simulación y Conocimientos complementarios, más el proyecto final de máster. A continuación se describe en mayor profundidad el objetivo de cada módulo, las asignaturas que lo componen, sus contenidos y su organización temporal.

1. Objetivos de Enseñanza:

El objetivo del Máster es formar a especialistas en el desarrollo de simulaciones, prototipos, simuladores y aplicaciones de simulación que visualmente representen información científica o técnica. Dentro de estas áreas científico-técnicas se incluyen desde la biomedicina hasta la economía y los fenómenos naturales a pequeña y gran escala.

Para ello, es imprescindible conocer las dos áreas fundamentales de trabajo en la simulación gráfica: el conocimiento de las técnicas de representación gráfica y los fundamentos matemáticos comunes a estas áreas de aplicación.

Los alumnos adquirirán los conocimientos necesarios para afrontar y llevar a cabo el desarrollo de proyectos de simulación empleando técnicas gráficas y computacionales. Por otro lado, deberán ser capaces de asimilar las técnicas específicas del área en el que desarrolle la labor. Tratándose de una materia multidisciplinar por definición, se encuentra en contacto con un potencial número de disciplinas que requieren la aplicación de simulaciones gráficas en su contexto. Por lo tanto, no es viable ni de utilidad práctica formar en todas ellas, sino en unos fundamentos comunes así como en algunas de las áreas más destacadas por su presencia en la industria.

2. Competencias del Master:

Al finalizar este máster, los alumnos estarán capacitados para:
• Desarrollar software en C/C++ con técnicas y bibliotecas avanzadas, tanto a nivel algorítmico como de aprovechamiento de modelos computacionales, con el objetivo de incrementar el rendimiento del código.
• Analizar aplicaciones, así como identificar y solucionar problemas técnicos que surjan durante el desarrollo de éstas, empleando herramientas avanzadas.
• Resolver problemas matemáticos mediante la implementación de software con métodos numéricos.
• Implementar métodos numéricos avanzadas aprovechando distintos entornos y arquitecturas de ejecución.
• Dominar las herramientas matemáticas para describir, procesar y generar gráficos en un ordenador.
• Operar computacionalmente sobre geometrías con el objetivo de generarlas, modificarlas o visualizarlas con distintos fines.
• Conocer los distintos métodos de representación de geometría en un sistema computacional, así como las ventajas y desventajas de cada uno en las distintas situaciones que se puedan plantear.
• Conocer los principios de representación de la luz y el color en la imagen generada por ordenador.
• Emplear técnicas de interpretación y manipulación de la información visual en el ordenador.
• Emplear los estándares de visualización 2d y 3d de la industria digital para la representación interactiva de una simulación gráfica.
• Comprender las distintas técnicas computacionales de proyección y visualización de la información tridimensional en el plano.
• Conocer los métodos empleados para la simulación de fenómenos dinámicos como la interacción entre cuerpos, los fluidos, partículas, etc.
• Conocer modelos y métodos empleados en áreas diversas de aplicación de la simulación gráfica.
• Emplear herramientas de procesamiento, manipulación y visualización de geometría para su uso en el desarrollo de soluciones de simulación gráfica.
• Interpretar información visual, así como aplicar técnicas de representación visual para el análisis y comprensión de la información.
• Expresarse verbalmente de forma correcta dentro del entorno científico-técnico de la simulación gráfica.
• Aplicar técnicas creativas y de resolución de problemas al desarrollo de proyectos de simulación gráfica.


Plan de Estudios:

1. MÓDULO: PROGRAMACIÓN PARA SIMULACIÓN

Este módulo se centra en los aspectos puramente prácticos de la programación más específicos para la implementación de software de simulación. Los bloques que se tratan son dos: temas de programación y construcción de software en C/C++ avanzados (empleando herramientas y bibliotecas especializadas) y métodos numéricos como conjunto de técnicas para implementar operaciones matemáticas avanzadas empleadas en la simulación de ámbitos muy diferentes (fluidos, iluminación, sólidos rígidos/deformables, etc…).

• Asignatura: “Programación Avanzada”
Temario y Resultados del Aprendizaje:
Plantillas de C++
Estructuras de datos para gráficos y simulación
Multithreading (Pthreads, TBB)
Optimización algorítmica
OpenCL / CUDA
MPI
Herramientas avanzadas de desarrollo: GDB y otros debuggers, VTune, Intel Trace Analyzer & Collector, AQtime, Valgrind
• Asignatura: “Métodos numéricos”
Temario y Resultados del Aprendizaje:
Álgebra lineal y matrices
Interpolación
Integración
Evaluación, minimización y resolución de funciones
Transformada de Fourier
ODEs
PDEs
Métodos de diferencias finitas y volúmenes finitos
Sistemas Hamiltonianos
Disipación y dispersión
Condiciones de contorno
Montecarlo
Metrópolis
Quasimontecarlo

1. MÓDULO: GRÁFICOS POR ORDENADOR

El módulo de matemáticas y gráficos por ordenador constituye el núcleo principal del máster. Forma al alumno en un amplio espectro de conocimientos relacionados entre sí, especialmente dirigidos a la obtención de las habilidades para poder comprender, analizar e implementar algoritmos de geometría y síntesis y procesamiento de imagen generada por ordenador. Debido a la fuerte carga matemática y geométrica de este módulo, se imparte una asignatura de un carácter más generalista para asegurar una base matemática suficiente en álgebra lineal y cálculo (Matemáticas para gráficos por ordenador). Las asignaturas de Geometría computacional y Representación de geometría estudian algoritmos de procesamiento y generación de geometría en dos y tres dimensiones; la asignatura de Imagen por ordenador se centra en los procesos de digitalización, análisis y tratamiento de la imagen; por último, la asignatura de Gráficos interactivos 3d estará dirigida a la aplicación de las tecnologías actuales de visualización en tiempo real de gráficos.

• Asignatura: “Matemáticas para gráficos por ordenador”
Temario y Resultados del Aprendizaje:
Introducción: ¿para qué se emplean estas herramientas matemáticas?
Álgebra lineal
Cuaterniones
Ecuaciones diferenciales
Cálculo infinitesimal
Cálculo vectorial
Cálculo tensorial

• Asignatura: “Geometría computacional”
Temario y Resultados del Aprendizaje:
Introducción. Coma flotante. Programar con el error de cálculo.
Teselación
Triangulación
Delaunay, Voronoi
Concavidad / convexidad
Particionamiento
Búsqueda
Optimización
Reducción
Problemas específicos de geometría computacional

• Asignatura: “Representación de geometría”
Temario y Resultados del Aprendizaje:
Coordenadas homogéneas
Transformaciones
Perspectiva
Curvas y Superficies
Bezier, de Casteljau
B-Splines
NURBS
Superficies de subdivisión
Representación multiresolución
Superficies implícitas
Level sets

• Asignatura: “Imagen por ordenador”
Temario y Resultados del Aprendizaje:
Representación de la luz y el color
Composición
Procesamiento digital de la imagen
Sampleo
Aliasing
Compresión

• Asignatura: “Gráficos 3d interactivos”
Temario y Resultados del Aprendizaje:
OpenGL
Rasterización
Raytracing
Hardware y pipeline
Texturas
Iluminación y shading
Animación e interpolación

1. MÓDULO: MODELOS Y PRINCIPIOS CIENTÍFICOS DE SIMULACIÓN

Este módulo realiza un estudio generalista de diversos ámbitos de aplicación de la simulación gráfica. El objetivo es adquirir suficientes conocimientos para poder intervenir en desarrollos gráficos aplicados a diversas áreas, en equipos compuestos por profesionales especializados en la disciplina concreta. El área de mayor estudio es la directamente relacionada con la simulación de física clásica para ámbitos como los fluidos, fenómenos naturales (movimiento del agua, fuego…), interacciones entre cuerpos y la simulación de la luz para la creación de imagen digital. Otras áreas se estudian en la asignatura Modelos y sistemas complejos, con el objetivo de preparar al alumno para la aplicación de los conocimientos de simulación gráfica a otros muchos campos de relevancia.

• Asignatura: “Sistemas físicos”
Temario y Resultados del Aprendizaje:
Elementos finitos
Cuerpos deformables
Viscosidad
Fracturas
Sistemas de partículas
Level sets
Transformada de Fourier. FFT
Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH)
Navier-Strokes
Simulación de humo, agua y fuego
Interacción de elementos sólidos y fluidos
Óptica y radiometría

• Asignatura: “Modelos y sistemas complejos”
Temario y Resultados del Aprendizaje:
Modelos urbanos, sociales y económicos: Schelling, Granovetter, Miller y Page…
Modelos estadísticos: Teorema del límite central, distribución binomial
Modelos de consciencia y de decisión
Autómatas celulares
Otros sistemas dinámicos y campos de aplicación (astrofísica, genética, proteómica, química…)

1. MÓDULO: CONOCIMIENTOS COMPLEMENTARIOS

El objetivo de ese módulo es adquirir unos conocimientos que sirven de apoyo para el desarrollo de software de simulación gráfica. Se introducen por un lado herramientas de procesamiento y visualización de geometría, de particular utilidad al trabajar generando o procesando geometría en el ámbito de la simulación gráfica. En segundo lugar, se estudian las técnicas de representación y análisis gráfico de la información, orientado principalmente al ámbito científico. Por último, se impartirán conocimientos prácticos sobre un conjunto de habilidades de gran valor para la labor profesional.

• Asignatura: “Herramientas para gráficos por ordenador”
Temario y Resultados del Aprendizaje:
Herramientas y paradigmas CAD
Herramientas de visualización
Preprocesado de geometría


• Asignatura: “Información visual”
Temario y Resultados del Aprendizaje:
Interpretación de datos y resultados
Representación de la información
Visualización de la información
Pensamiento visual y estadístico

• Asignatura: “Habilidades generales”
Temario y Resultados del Aprendizaje:
Búsqueda de información y autoaprendizaje
Expresión escrita en el ámbito de la simulación gráfica
Técnicas creativas
Técnicas de resolución de problemas


Profesorado:

Director

Víctor González
CoFundador y CEO en NEXT LIMIT TECHNOLOGIES.


Claustro

Ignacio Vargas
CoFundador y CTO en NEXT LIMIT TECHNOLOGIES.

Angel Tena
Programador principal de RealFlow y experto en simulación de fluidos en NEXT LIMIT TECHNOLOGIES.

Juan Cañada
Project manager del equipo de desarrollo de Maxwell Render, en NEXT LIMIT TECHNOLOGIES.


Titulación:

Título propio de la U-Tad.
Ninguna otra institución acredita este máster.


Días/horarios:

Clases: de lunes a viernes, de 18 a 21 horas, (15 hs. semanales de clase).
Laboratorios: a disposición del alumno, en horario de Universidad.
Del 15 octubre 2012 al 10 octubre 2013 (incluye 2 meses de proyecto)