Ficha Unidade Curricular (FUC)

Informação Geral / General Information

Carga Horária / Course Load

Área científica / Scientific area

Multimédia, Visão e Computação Gráfica

Departamento / Department

Departamento de Ciências e Tecnologias da Informação

Ano letivo / Execution Year

2023/2024

Pré-requisitos / Pre-Requisites

Para que os estudantes consigam cumprir os objetivos de aprendizagem, a UC tem como pressuposto que vêm apetrechados de um conjunto de conhecimentos prévios, lecionados em UC de 1º ciclo: - Conceitos básicos de álgebra linear e trigonometria: essenciais para compreender e operacionalizar os fundamentos teóricos da UC, em particular nos aspetos relacionados com a computação gráfica; - Conceitos de programação orientada a objetos: essenciais para permitir aprendizagem em tempo útil dos conceitos de programação de mundos virtuais que dependam de motores gráficos e de jogos contemporâneos; - Conceitos básicos de design de interfaces e de interação humano-computador: essenciais para que os estudantes possam desenhar e implementar mundos virtuais interativos, capazes de fornecer uma experiência de utilização adequada.

Objetivos Gerais / Objectives

Com esta UC, pretende-se que os estudantes fiquem aptos a programar e gerar mundos virtuais interativos, com recurso a pacotes de software contemporâneos dedicados à geração de gráficos tridimensionais e à programação de jogos. Com estes conhecimentos, os estudantes ficam capazes de desenvolver os mundos virtuais subjacentes a jogos por computador, simuladores para treino e educação, visualização de dados, entre outros. A par destes objetivos práticos, pretende-se que os estudantes desenvolvam conhecimentos teórico-práticos nas técnicas subjacentes à operação dos referidos pacotes de software, incluindo fundamentos da geração de imagem sintética fotorealista e da interação com o utilizador. Finalmente, os estudantes também abordarão tópicos relacionados, tais como a realidade virtual (para aumentar a imersão do utilizador no mundo virtual), a realidade aumentada (para sobrepor conteúdo virtual ao mundo real) e a geração procedimental (automática) de conteúdo virtual.

Objetivos de Aprendizagem e a sua compatibilidade com o método de ensino (conhecimentos, aptidões e competências a desenvolver pelos estudantes) / Learning outcomes

Ao completar esta UC, o estudante deverá ser capaz de: OA1. Compreender os fundamentos da computação gráfica essenciais à geração de mundos virtuais interativos; OA2. Compreender os fundamentos da interação humano-computador no contexto dos mundos virtuais; OA3. Programar mundos virtuais com base em pacotes de software contemporâneos para geração de gráficos e programação de jogos; OA4: Compreender os fundamentos de tópicos relacionados, tais como a realidade virtual, a realidade aumentada e a geração procedimental de conteúdo.

Conteúdos Programáticos / Syllabus

Os principais Conteúdos Programáticos (CP) a abordar nesta UC são: CP1. Tópicos de álgebra linear e geometria analítica: estruturas de dados, transformações, polígonos, sistemas de coordenadas, raios e interseções; CP2. Tópicos de síntese de imagem fotorealista: iluminação local, iluminação global, mapeamento de texturas, câmaras e projeções, rasterização, ray tracing; CP3. Tópicos de programação de mundos virtuais: programação de shaders para GPU, programação de mundos virtuais com motores gráficos e de jogos (e.g., Unity3D); CP4. Tópicos de interação com mundos virtuais: experiência de utilização em mundos virtuais, metáforas de visualização, manipulação de objetos virtuais e navegação em mundos virtuais (controlo direto e com base em IA); CP5. Tópicos que visam expandir a abrangência dos mundos virtuais, tais como a realidade virtual, a realidade mista e a geração de mundos abertos de larga escala recorrendo à geração procedimental (automática) de conteúdo com base em IA.

Demonstração da coerência dos conteúdos programáticos com os objetivos de aprendizagem da UC / Evidence that the curricular units content dovetails with the specified learning outcomes

A interligação entre os Conteúdos Programáticos (CP) e os Objetivos de Aprendizagem (OA) realiza-se da seguinte forma: - OA1: CP1, CP2; - OA2: CP4; - OA3: CP3; - OA4: CP5.

Avaliação / Assessment

Avaliação Periódica: - Nota final: Projeto Prático em Grupo (PPG) (60% da nota final) + Avaliação Escrita Individual (AEI) (40% da nota final). - Projeto Prático em Grupo (PPG): desenvolvido em grupo ao longo do semestre, com acompanhamento frequente, demonstração de progresso semanal, assim como entregas e discussões orais intermédias e finais, discussões essas que poderão incluir uma componente de avaliação escrita individual relativa ao projeto caso o docente assim o determine; a entrega final do PPG terá de ser realizada até à data limite indicada no seu enunciado, data essa que ocorrerá exclusivamente durante a 1ª Época de Avaliação; o PPG não poderá ser entregue na 2ª Época de Avaliação; as discussões orais finais do PPG realizam-se em grupo após a entrega final, na(s) data(s) indicada(s) no seu enunciado; apesar do PPG ser desenvolvido em grupo, a nota a atribuir a cada estudante do grupo é individualizada em função da contribuição do estudante para o PPG e a prestação do estudante na discussão oral. - Avaliação Escrita Individual (AEI): 2 Mini-Testes escritos individuais realizados ao longo do semestre (50%+50% da AEI) ou 1 Teste escrito individual realizado na 2ª Época de Avaliação (100% da AEI); nota na AEI inferior a 7.5 valores (de um máximo de 20 valores) resulta em reprovação na UC. Avaliação por Exame: - Dado o caráter iminentemente prático desta UC, não existe a possibilidade de Avaliação por Exame (aprovado pela Comissão Pedagógica da ISTA a 01/03/2021, em conformidade com o Ponto 3 do Art. 7.º do RGACC). Melhoria de nota: - Dado o caráter iminentemente prático desta UC, não existe a possibilidade de melhoria de nota no Projeto Prático em Grupo (PPG), podendo apenas ser realizada melhoria de nota na Avaliação Escrita Individual (AEI), em conformidade com o Ponto 4 do Art. 18.º do RGACC. Época Especial: - Nota final: Projeto Prático Especial (PPE) (60% da nota final) + Teste Escrito Individual (TEI) (40% da nota final). - Projeto Prático Especial (PPE): projeto desenvolvido em grupo ou individualmente, de acordo com decisão do docente; características, entregáveis, critérios de avaliação e esforço de desenvolvimento do PPE equiparáveis ao PPG da 1ª Época de Avaliação, podendo o docente requerer sessões de avaliação de progresso; o enunciado do PPE poderá ser diferente do enunciado do PPG da 1ª Época de Avaliação; caso o estudante tenha obtido nota no PPG na 1ª Época de Avaliação, essa nota pode ser diretamente atribuída ao PPE; para poder realizar PPE e requerer o respetivo enunciado, o estudante terá de informar o docente dessa sua intenção, por e-mail, até 2 meses antes da data de início da Época Especial de Avaliação. - Teste Escrito Individual (TEI): teste realizado na Época Especial de Avaliação; nota no TEI inferior a 7.5 valores (de um máximo de 20 valores) resulta em reprovação na UC.

Metodologias de Ensino / Teaching methodologies

Os objetivos de aprendizagem cobrem aspetos de modelação e implementação, sendo, portanto, essencial a transferência de conhecimento teórico aliado ao desenvolvimento de competências de carácter prático. Por esta razão, as metodologias de aprendizagem precisam de incluir componentes expositivas, participativas e ativas. Sendo as matérias lecionadas objeto de frequente inovação, torna-se essencial dotar o estudante de competências de pesquisa e análise de literatura técnica e científica. Para se promover o desenvolvimento dessas competências nos estudantes, é necessário que a UC inclua uma forte componente de trabalho autónomo. A realização de um projeto prático em grupo promove esse trabalho autónomo e permite o desenvolvimento de capacidades de trabalho em equipa e de gestão de projeto. A UC está organizada em dois grandes módulos descritos de seguida: módulo 1 e módulo 2. Cada semana do primeiro módulo, que decorre na primeira metade do semestre, engloba uma aula teórica expositiva, com duração de 1:30 h, seguida de uma aula teórico-prática, com duração de 1:30 h. Nas aulas teórico-práticas, os estudantes colocam em prática os conceitos teóricos aprendidos na aula teórica anterior através da resolução de exercícios de programação em laboratório de informática. Esses exercícios são realizados sobre o pacote de software Unity3D, que é posteriormente utilizado pelos estudantes no desenvolvimento de um projeto prático em grupo, a realizar no segundo módulo. Estes exercícios procuram cobrir elementos com baixo nível de abstração (e.g., codificando diretamente as matrizes de transformação recorrendo à API do Unity3D), assim como elementos com alto nível de abstração facilmente acessíveis através da interface gráfica do Unity3D. Ao serem expostos aos vários níveis de abstração, os alunos reforçam os conhecimentos teóricos e preparam-se para o desenvolvimento do projeto prático. Cada semana do segundo módulo, que ocupa aproximadamente a segunda metade do semestre, também engloba uma aula teórica expositiva, com duração de 1:30 h, seguida de uma aula teórico-prática, com duração de 1:30 h. Contudo, nas aulas teórico-práticas do segundo módulo, os estudantes desenvolvem o seu projeto prático e analisar com o docente os desafios que têm encontrado. O projeto prático é realizado em grupo sob a forma de trabalho autónomo, maioritariamente fora das aulas, para o qual os estudantes terão de pesquisar e analisar documentação relevante para realizar a sua implementação. Sendo o projeto prático baseado no Unity3D, os estudantes podem usufruir da vasta comunidade de suporte existente. Dessa forma, aumenta-se a sua autonomia durante o desenvolvimento do projeto, assim como se facilita a transição para o mercado de trabalho e se aumenta a transferência de conhecimento para outras UC.

Demonstração da coerência das metodologias de ensino e avaliação com os objetivos de aprendizagem da UC / Evidence that the teaching and assessment methodologies are appropriate for the learning outcomes

A UC contempla aulas teóricas e teórico-práticas, que conjuntamente contribuem para que os objetivos de aprendizagem sejam atingidos pelos estudantes. De seguida, apresenta-se a correspondência entre a tipologia de aulas e os objetivos de aprendizagem (OA) para os quais cada tipologia de aula contribui significativamente: - Aulas teóricas: OA1, OA2, OA4; - Aulas teórico-práticas: OA1, OA2, OA3, OA4. A UC contempla provas escritas individuais e um projeto prático em grupo como instrumentos de avaliação de conhecimentos. De seguida, apresenta-se a correspondência entre cada instrumento de avaliação e os objetivos de aprendizagem (OA) para os quais cada instrumento de avaliação contribui significativamente: - Provas escritas individuais: OA1, OA2, OA4; - Projeto prático em grupo: OA1, OA2, OA3, OA4.

Observações / Observations

Bibliografia Principal / Main Bibliography

[B1] P. Shirley et al., “Fundamentals of computer graphics”, 2005, from AK Peters Ltd, ISBN 1-56881-269-8. [B2] P. Santana, “Diapositivos de Programação e Geração de Mundos Virtuais”, disponibilizados na plataforma e-learning do ISCTE-IUL. [B3] P. Santana, “Vídeos tutoriais e de Programação e Geração de Mundos Virtuais”, disponibilizados através da plataforma e-learning do ISCTE-IUL. [B4] Unity3D, “Unity Learn”, URL: https://learn.unity.com/, Acedido: 23/04/2023.

Bibliografia Secundária / Secondary Bibliography

[B5] T. Akenine-Möller et al., “Real-Time Rendering”, 2008, A.K. Peters Ltd., 3rd edition, ISBN 987-1-56881-424-7. [B6] D. Bowman et al., “3D User Interfaces: Theory and Practice”, 2005, Addison-Wesley, ISBN 0-201-75867-9. [B7] D. Hearn et al., “Computer graphics with openGL”, 2011, Prentice Hall, ISBN 0132484579.

Data da última atualização / Last Update Date

2024-02-16