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PROYECTO DE HERRAMIENTA TIPO SOFTWARE QUEPROYECTO DE HERRAMIENTA TIPO SOFTWARE QUE
PERMITA EL MODELADO A DETALLEPERMITA EL MODELADO A DETALLE DE PIEZAS DE PIEZAS
TIPO LEGO BASADO EN RAY TRACERTIPO LEGO BASADO EN RAY TRACER
Ing. Freddy RamírezIng. Freddy Ramírez
V14179789V14179789
Noviembre, 2013Noviembre, 2013..
Intr
oducc
ión
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El El raytracingraytracing o o
trazado de rayos
trazado de rayos es un es un
algoritmo para síntesis
algoritmo para síntesis
de
imágenes
de
imágenes
tridimensionales.
tridimensionales. Propuesto inicialmente
Propuesto inicialmente
por Turner Whitted en
por Turner Whitted en
1980, está basado en el
1980, está basado en el
algoritmo
de
algoritmo
de
determinación de
determinación de
superficies visibles de
superficies visibles de
Arthur Appel denominado
Arthur Appel denominado
Ray Casting (1968).
Ray Casting (1968).
Capítulo 1Capítulo 1
Propósito del ProyectoPropósito del Proyecto
1.1 Planteamiento del 1.1 Planteamiento del ProblemaProblema
En la actualidad el ser humano cuenta con varias y En la actualidad el ser humano cuenta con varias y muy variadas herramientas que le ayudan a realizar muy variadas herramientas que le ayudan a realizar sus labores de manera eficiente. Existen, por sus labores de manera eficiente. Existen, por ejemplo, vehículos que le ayudan a recorrer ejemplo, vehículos que le ayudan a recorrer grandes distancias en poco tiempo, instrumentos grandes distancias en poco tiempo, instrumentos que le facilitan la comunicación, máquinas que le que le facilitan la comunicación, máquinas que le auxilian en la administración de sus recursos y que, auxilian en la administración de sus recursos y que, en general, le abren un nuevo mundo de en general, le abren un nuevo mundo de posibilidades; entre otras.posibilidades; entre otras.
De estas herramientas, la computadora es la que De estas herramientas, la computadora es la que ha servido como base para alcanzar el desarrollo ha servido como base para alcanzar el desarrollo tecnológico de hoy en día. Este artefacto es muy tecnológico de hoy en día. Este artefacto es muy útil para las tareas repetitivas y bien definidas, así útil para las tareas repetitivas y bien definidas, así como para resolver modelos matemáticos como para resolver modelos matemáticos complejos y de simulación; sin embargo, la complejos y de simulación; sin embargo, la computación convencional es incapaz de resolver computación convencional es incapaz de resolver eficientemente problemas de reconocimiento de eficientemente problemas de reconocimiento de imágenes, voz y de entendimiento de lenguaje imágenes, voz y de entendimiento de lenguaje natural. Ante tales circunstancias el hombre ha natural. Ante tales circunstancias el hombre ha propuesto alternativas que mejoren la efectividad propuesto alternativas que mejoren la efectividad de estas máquinas, al mismo tiempo que ha de estas máquinas, al mismo tiempo que ha perfeccionado los éxitos obtenidos hasta el perfeccionado los éxitos obtenidos hasta el momento.momento.
En el camino recorrido para corregir el desempeño de las tareas En el camino recorrido para corregir el desempeño de las tareas realizadas por las computadoras han surgido nuevas especialidades. realizadas por las computadoras han surgido nuevas especialidades. Algunas de éstas son las Redes Neuronales Artificiales, la Realidad Algunas de éstas son las Redes Neuronales Artificiales, la Realidad Virtual, la Geomática, las Redes de Computadoras y la Graficación por Virtual, la Geomática, las Redes de Computadoras y la Graficación por Computadoras. Esta última puede emplearse con fines científicos, Computadoras. Esta última puede emplearse con fines científicos, comerciales y didácticos. Por ejemplo, en el diseño de vehículos comerciales y didácticos. Por ejemplo, en el diseño de vehículos automotores resulta de gran utilidad contar con alguna aplicación que automotores resulta de gran utilidad contar con alguna aplicación que permita modelar y manipular los objetos tridimensionales que permita modelar y manipular los objetos tridimensionales que representen a los coches, pues si surge alguna modificación no sería representen a los coches, pues si surge alguna modificación no sería necesario empezar desde cero para poder satisfacer al nuevo modelo. necesario empezar desde cero para poder satisfacer al nuevo modelo. En general, esta especialidad es muy útil para el desarrollo de En general, esta especialidad es muy útil para el desarrollo de modelos que requieren un alto nivel de detalle o una actualización modelos que requieren un alto nivel de detalle o una actualización inmediata.inmediata.
Antes de continuar se considera conveniente hacer referencia a la Antes de continuar se considera conveniente hacer referencia a la definición de la graficación por computadora presentada en [Foley, definición de la graficación por computadora presentada en [Foley, 1984] "es la creación, almacenamiento y manipulación de modelos e 1984] "es la creación, almacenamiento y manipulación de modelos e imágenes de objetos por medio de una computadora". Estos modelos imágenes de objetos por medio de una computadora". Estos modelos vienen de diversos campos, tales como física, matemáticas, vienen de diversos campos, tales como física, matemáticas, ingenierías, estructuras, conceptuales, fenómenos naturales, entre ingenierías, estructuras, conceptuales, fenómenos naturales, entre otros.otros.
El campo de las gráficas por computadoras es una mezcla maravillosa El campo de las gráficas por computadoras es una mezcla maravillosa de técnicas de arte, programación, geometría y creatividad de de técnicas de arte, programación, geometría y creatividad de invención. Esta disciplina continuamente está cambiando y creciendo invención. Esta disciplina continuamente está cambiando y creciendo debido a las nuevas ideas de universidades, estudios de arte, debido a las nuevas ideas de universidades, estudios de arte, laboratorios de investigación y de animación. laboratorios de investigación y de animación.
En la actualidad, las gráficas por computadoras permiten la interacción En la actualidad, las gráficas por computadoras permiten la interacción con el usuario de tal manera que él controla el contenido, la estructura con el usuario de tal manera que él controla el contenido, la estructura y la apariencia de los objetos por medio de diferentes dispositivos, y la apariencia de los objetos por medio de diferentes dispositivos, como el teclado o el mouse, entre otros. Sin embargo, el usuario final como el teclado o el mouse, entre otros. Sin embargo, el usuario final desconoce, por lo general, todo el procedimiento que se encuentra desconoce, por lo general, todo el procedimiento que se encuentra detrás de la elaboración de las imágenes que él observa. Aquí detrás de la elaboración de las imágenes que él observa. Aquí intervienen los algoritmos que permiten el modelado de los objetos intervienen los algoritmos que permiten el modelado de los objetos representados en la computadora, proceso conocido como representados en la computadora, proceso conocido como renderingrendering. . [Glassner, 1989] define los siguientes tipos de rendering: [Glassner, 1989] define los siguientes tipos de rendering: z-bufferz-buffer, , ray ray tracing tracing y y radiosity radiosity . De las técnicas anteriormente mencionadas, el ray . De las técnicas anteriormente mencionadas, el ray tracing (rastreo de rayos) es la que soporta el mayor número de tracing (rastreo de rayos) es la que soporta el mayor número de características que se pueden encontrar en los objetos reales.características que se pueden encontrar en los objetos reales.
Considerando lo anterior, nos damos cuenta de que si deseamos crear una Considerando lo anterior, nos damos cuenta de que si deseamos crear una herramienta que facilite el desarrollo de modelos entonces nos herramienta que facilite el desarrollo de modelos entonces nos inclinaríamos por el empleo de un inclinaríamos por el empleo de un ray tracerray tracer, esto es cualquier programa , esto es cualquier programa que implementa el ray tracing. Ya que, aunque es lento, la calidad de las que implementa el ray tracing. Ya que, aunque es lento, la calidad de las imágenes que arroja es muy realista, de esta manera, no perderíamos imágenes que arroja es muy realista, de esta manera, no perderíamos detalle alguno.detalle alguno.
Por otra parte, se recomienda el modelado de piezas tipo LEGO pues con Por otra parte, se recomienda el modelado de piezas tipo LEGO pues con ellas se pueden crear estructuras tan complejas como edificios o tan ellas se pueden crear estructuras tan complejas como edificios o tan sencillas como una sola pared; es decir, con este juguete el modelado está sencillas como una sola pared; es decir, con este juguete el modelado está ya implícito, ya que para crear una casa, por ejemplo, lo único que nos ya implícito, ya que para crear una casa, por ejemplo, lo único que nos hace falta es imaginarnos cómo queremos la casa y empezar a construirla hace falta es imaginarnos cómo queremos la casa y empezar a construirla juntando las piezas correctas en el orden correcto. Así que LEGO ofrece juntando las piezas correctas en el orden correcto. Así que LEGO ofrece una alternativa para el desarrollo de modelos y puede ser empleado como una alternativa para el desarrollo de modelos y puede ser empleado como la base de una herramienta capaz de obtener modelos tridimensionales de la base de una herramienta capaz de obtener modelos tridimensionales de alta calidad.alta calidad.
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1. La creación de macros y
1. La creación de macros y
librerías capaces de
librerías capaces de
modelar objetos tipo LEGO.
modelar objetos tipo LEGO.2. Implementar dichas
2. Implementar dichas
macros y librerías en un ray
macros y librerías en un ray
tracer.tracer.
1.3
Obje
tivo
s
1.3
Obje
tivo
s Esp
ecí
fico
s
Esp
ecí
fico
s
1. Estudiar las técnicas de
1. Estudiar las técnicas de
rendering.rendering.2. Investigar los diferentes tipos de
2. Investigar los diferentes tipos de
ray tracing.ray tracing.3. Analizar los ray tracers que se
3. Analizar los ray tracers que se
ofrecen en Internet.
ofrecen en Internet.4. Examinar a detalle el POV-Ray.
4. Examinar a detalle el POV-Ray.
5. Parametrizar diferentes piezas
5. Parametrizar diferentes piezas
tipo LEGO.tipo LEGO.6. Modelar las piezas.
6. Modelar las piezas.7. Crear macros y librerías para
7. Crear macros y librerías para
representar los modelos obtenidos
representar los modelos obtenidos
en un ray tracer.
en un ray tracer.
1.4
1.4
Fu
ndam
enta
ción.
Fundam
enta
ción.
El software propuesto tendrá la capacidad de
El software propuesto tendrá la capacidad de
representar piezas tipo LEGO por medio de
representar piezas tipo LEGO por medio de
macros y librerías, las cuales presentarán
macros y librerías, las cuales presentarán
diferentes piezas, de diferente color y en
diferentes piezas, de diferente color y en
ángulos predeterminados; asimismo y debido
ángulos predeterminados; asimismo y debido
a las características propias del POV-Ray, el
a las características propias del POV-Ray, el
software heredará la independencia de
software heredará la independencia de
plataforma.plataforma.
Se eligió el POV-Ray sobre los demás tracers
Se eligió el POV-Ray sobre los demás tracers
ya que éste es el único que tiene dos puntos
ya que éste es el único que tiene dos puntos
importantes a favor: es gratuito e
importantes a favor: es gratuito e
independiente de plataforma. Además, dentro
independiente de plataforma. Además, dentro
de sus características encontramos el uso de
de sus características encontramos el uso de
sentencias tales como condicionales,
sentencias tales como condicionales,
repetitivas, estructuras de datos que facilitan
repetitivas, estructuras de datos que facilitan
el desarrollo de modelos, manejo de archivos,
el desarrollo de modelos, manejo de archivos,
una amplia variedad de objetos primitivos,
una amplia variedad de objetos primitivos,
gran calidad en las imágenes que arroja y
gran calidad en las imágenes que arroja y
muchas opciones que mejoran el desempeño
muchas opciones que mejoran el desempeño
del tracer.del tracer.
El mismo software es incapaz de presentar El mismo software es incapaz de presentar movimiento en las piezas o de alterar los ángulos movimiento en las piezas o de alterar los ángulos en los cuales se presentan los modelos. De igual en los cuales se presentan los modelos. De igual forma, los colores y el tamaño de las piezas forma, los colores y el tamaño de las piezas modeladas permanecerán constantes; por lo modeladas permanecerán constantes; por lo mismo, habrán varios tipos de piezas, lo cual mismo, habrán varios tipos de piezas, lo cual compensará la cantidad de ellas.compensará la cantidad de ellas.
1.5
Im
port
anci
a
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del P
roye
cto
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El presente proyecto se
El presente proyecto se
encuentra respaldado por el
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interés en desarrollar una
interés en desarrollar una
herramienta que permita el
herramienta que permita el
modelado a detalle de piezas
modelado a detalle de piezas
tipo LEGO; sin embargo, se
tipo LEGO; sin embargo, se
considera que, debido a las
considera que, debido a las
características propias del ray
características propias del ray
tracer, éste puede ser el origen
tracer, éste puede ser el origen
de un instrumento que auxilie a
de un instrumento que auxilie a
profesionales o estudiantes de
profesionales o estudiantes de
diferentes disciplinas en donde
diferentes disciplinas en donde
la exactitud en el modelado de
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piezas o herramientas sea
piezas o herramientas sea
requerida.requerida.
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La siguiente herramienta se
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puede aplicar tanto para una
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empresa donde manejen este
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tipo de software como para la
tipo de software como para la
modelación de una obra,
modelación de una obra,
edificio, vehículo entre otros.
edificio, vehículo entre otros.
El ámbito donde se puede
El ámbito donde se puede
aplicar es a través de una
aplicar es a través de una
computadora sin importar el
computadora sin importar el
sistema operativo ya que es
sistema operativo ya que es
un software multiplataforma.
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Concl
usi
ón
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Como conclusión, este
Como conclusión, este
proyecto ha sido, para el
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autor, la mayor de las
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experiencias en cuanto al
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desarrollo del software por le
desarrollo del software por le
echo de orden establecidos.
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como resultado un producto
como resultado un producto
que puede llegar a tener
que puede llegar a tener
diversas aplicaciones y
diversas aplicaciones y
posibilidades de trabajo a
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futuro, así como también, por
futuro, así como también, por
haber cumplido los objetivos y
haber cumplido los objetivos y
los requerimientos.
los requerimientos.
Reco
mendaci
one
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Se recomienda el modelado de piezas
Se recomienda el modelado de piezas
tipo LEGO pues con ellas se pueden
tipo LEGO pues con ellas se pueden
crear estructuras tan complejas como
crear estructuras tan complejas como
edificios o tan sencillas como una sola
edificios o tan sencillas como una sola
pared; es decir, con este juguete el
pared; es decir, con este juguete el
modelado está ya implícito, ya que
modelado está ya implícito, ya que
para crear una casa, por ejemplo, lo
para crear una casa, por ejemplo, lo
único que nos hace falta es
único que nos hace falta es
imaginarnos cómo queremos la casa y
imaginarnos cómo queremos la casa y
empezar a construirla juntando las
empezar a construirla juntando las
piezas correctas en el orden correcto.
piezas correctas en el orden correcto.
Así que LEGO ofrece una alternativa
Así que LEGO ofrece una alternativa
para el desarrollo de modelos y puede
para el desarrollo de modelos y puede
ser empleado como la base de una
ser empleado como la base de una
herramienta capaz de obtener modelos
herramienta capaz de obtener modelos
tridimensionales de alta calidad.
tridimensionales de alta calidad.
Bib
liogra
fías
Bib
liogra
fías
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Gracias………! Gracias………!
