Presentacion Visualizacion
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Joane De JesusÁmbar Oliveras
11 de febrero de 2010
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VISUALIZACIÓN
Es una técnica de comunicar un mensaje a través de imágenes, diagramas y animaciones.
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Visualización científica
• Es una rama interdisciplinaria de las ciencias que se interesa en la interpretación de fenómenos en tres dimensiones.
• Se da especial énfasis a la representación de volumen, superficie, iluminación.
• Incluye un componente dinámico (tiempo).
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EJEMPLOS DE VISUALIZACIÓN CIENTÍFICA
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Animación computarizada
• Es el arte de crear imágenes en movimiento a través del uso de computadores.
• Las gráficas computarizadas en tres dimensiones han cobrado un gran auge.
• Sin embargo, las gráficas en dos dimensiones son una buena opción para representaciones rápidas y que consumen menor capacidad en la computadora.
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Simulación computarizada
• Es un programa computarizado que pretende imitar el modelo abstracto de un sistema en particular.
• Son una parte útil en el modelaje matemático de:– Sistemas naturales en física, química y biología
– Sistemas humanos en economía, psicología, y ciencias sociales
– Procesos de ingeniería de nuevas tecnologías
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Rayleigh-Taylor
Visualización científica de una simulación causada al mezclar dos fluidos diferentes.
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Sistema solarImagen del sistema solar y los asteroides Trojan.
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Representación de superficies
• Es el proceso de generar una imagen de un modelo utilizando programas de computadora.
• El modelo es una descripción de objetos tridimensionales usando una estructura estrictamente definida.
• La imagen es una imagen digital o un gráfico de mapa de bits.
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Ondas de superficieVisualización científica del flujo de fluidos.
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Representación y visualización de volumen
• La representación de volumen es utilizada para presentar una proyección en dos dimensiones de un conjunto de datos en tres dimensiones.
• La visualización de volumen examina un conjunto de técnicas que permiten contemplar un objeto sin necesidad de una representación matemática.
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Superficie de un vidrioImagen topográfica de la superficie de un vidrio usando un microscopio atómico.
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Aplicaciones: Ciencias naturales
• Formación de estrellas
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Aplicaciones: Ciencias naturales
• Ondas de gravedad
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Aplicaciones: Ciencias naturales
• Explosiones masivas de estrellas supernovas
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Aplicaciones: Ciencias naturales
• Representación molecular
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Aplicaciones: Geografía, Ecología y otras Ciencias
• Representación del terreno
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Aplicaciones: Geografía, Ecología y otras Ciencias
• Simulación de tornados y visualización del clima
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Aplicaciones: Geografía, Ecología y otras Ciencias
• Anomalías atmosféricas
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Aplicaciones: Geografía, Ecología y otras Ciencias
• Gráfico de curvas
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Aplicaciones: Geografía, Ecología y otras Ciencias
• Anotaciones de imágenes
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Aplicaciones: Geografía, Ecología y otras Ciencias
• Gráficos de dispersión
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VISUALIZACIÓN DE DATOS
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Visualización de datos
• Es el estudio de la representación visual de datos e información.
• Persigue comunicar información clara y efectivamente a través del uso de gráficos e imágenes.
• El enfoque más común incluye dos grandes aspectos de la visualización de datos:– Gráficos estadísticos
– Cartografía temática
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Pasos en la visualización de datos
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Visualización de información
• Es la representación visual de colecciones a gran escala de información no numérica, tales como:– Archivo
– Líneas de código en sistemas de “software”
– Bases de datos bibliográficas
– Redes de relaciones en internet
• Permite a los usuarios ver, explorar y entender grandes cantidades de información a la vez.
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Gráficos estadísticos
• Proveen la exploración del contenido de un conjunto de datos.
• Ayudan a describir la estructura de un conjunto de datos.
• Necesarios para verificar suposiciones en modelos estadísticos.
• Comunican los resultados del análisis estadístico.
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Cartografía temática
• Es un tipo de “mapa” o gráfico que conecta la información con algún aspecto en nuestro conocimiento previo.
• Entre estos se encuentra una variedad de organizadores gráficos, tales como: diagramas de flujo, mapas mentales, etc.
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Ejemplo: Mapas mentales
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Computer Aided Geometric Design
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CAGD
• CAGD es el uso de la computadora para diseñar objetos reales o virtuales.
• Puede ser utilizada para diseñar curvas y figuras en dos dimensiones y/u objetos sólidos en tres dimensiones.
• Se utiliza en las industrias automotrices, aeroespaciales , diseño arquitectónico e industrial, entre otros.
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• También es utilizado mundialmente para producir animaciones para efectos especiales de películas.
• Se utiliza para diseñar:– Herramientas y maquinaria
– Edificios
– Residencias
– Hospitales
– Centros comerciales
– Entre otros
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• Se ha convertido en una tecnología muy importante pues tiene beneficios como :
– Bajo costo de producción
– Permite guardar el trabajo para futuras ediciones
• Es utilizado por ingenieros, diseñadores , arquitectos y desarrolladores.
Modelo de un “mouse”
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Historia de CAGD
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Historia del CAGD
• El término diseño geométrico asistido por computadora fue presentado por primera vez en 1974 durante una conferencia en la Universidad de Utah.
• El primer libro de texto “Computational Geometry for Design and Manufacture” aparece en 1979.
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• La revista CAGD fue fundada en 1984.
Desarrollo temprano
• El uso de curvas en la manufactura aparece desde los tiempos de la civilización romana en la construcción de barcos.
• Las técnicas de construcción de los romanos fueron perfeccionadas entre los siglos 13 y 16.
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• En 1944 R. Liming escribió el libro “Analytical Geometry with Application to Aircraft”.
• Durante la Segunda Guerra Mundial, Liming trabajo para la compania “North American Aviation”, la cual construía los aviones de guerra.
• El libro de Liming combina métodos clásicos y técnicas computacionales por primera vez.
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• Liming decidió que era más eficiente almacenar un diseño en términos de números en vez de curvas trazadas manualmente.
• La ventaja de este cambio es que los datos se almacenan en tablas no ambiguas y por lo tanto se evitan las interpretaciones libres de los dibujos.
• El trabajo de Liming fue adoptado por las compañías manufactureras de aviones de los Estados Unidos.
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• Ejemplo del trabajo de Liming
• Otro suceso importante es la llegada del control numérico en la década de 1950.
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• Las computadoras de esta década eran capaces de generar instrucciones numéricas.
• CAGD fue creado en la década de 1960.
• Sin la invención de las computadoras las disciplinas como el CAGD no hubieran aparecido.
• El uso principal de estas computadoras, no era producir gráficas complejas, sino producir la información necesaria para manejar maquinaria.
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• La información era típicamente marcada en una tarjeta que luego se transfería a la unidad de control de la máquina.
• El primer sistema interactivo de gráficas fue inventado por I. Sutherland en MIT en 1963.
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• Las curvas han sido utilizadas por dibujantes por siglos, la mayoría de estas curvas eran círculos y otras curvas libres.
• Cuando estas curvas tenían que ser dibujadas perfectas se utilizaban las “curvas francesas”
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“Mathematica” en CAGD y gráficas de computadoras
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“Mathematica” en CAGD y gráficas de computadoras
• El paquete CAGD.m en Mathematica incorpora muchos comandos para tratar con las curvas y superficies mas comunes en CAGD.
• Mathematica es un programa ideal para desarrollar graficas en computadoras.
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• En gráficas computarizadas las curvas y las superficies utilizan rutinas numéricas , las cuales requieren ser :
– Cortas
– Rápidas
– Elegantes
– Numéricamente estables
– Generales
• Las capacidades gráficas de Mathematica pueden ser aplicadas exitosamente a la visualización.
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• Esto incluye:
– Curvas y superficies implícitas y explícitas
– Colores
– Puntos de vista diferentes
– Sombras
– Transformaciones en dos o tres dimensiones
– Proyecciones
– Perspectivas
– Entre otras
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• En el área industrial la información geométrica se almacena, transmite y manipula en diferentes formatos, como IGES, VDA, CATIA (Computer Aided Three-dimensional Interactive Application), entre otros.
• Cada uno de estos tiene una representación matemática diferente para los objetos. – VDA= representación monómica
– CAGD tiene un convertidor IGES-Mathematica , pues ambos trabajan con B-spline.
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• Este programa permite tener acceso a entes geométricos de archivos electrónicos de las industrias automotrices y aeroespaciales.
• Una de las innovaciones en la enseñanza de graficas computarizadas es el uso de lenguaje virtuales reales.
– VRML= con este lenguaje se puede navegar alrededor y en la grafica y manipularla de una forma muy fácil.
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• E. Donley creo un paquete en Mathematica que convierte graficas tridimensionales de este programa al formato VRML.
• Este programa permite manipular las graficas fácilmente , añadiendo muchas opciones no disponibles en las salidas de Mathematica.
• En las gráficas computarizadas el Internet es un vehículo de comunicación y educación.
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• Mathematica permite convertir un documento en este programa a HTML.
– Sin embargo las imágenes se alteran al cambiar su formato a GIF o JPEG.
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Ejemplos de graficas
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Bezier representation of tensor product surfaces
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Bernstein polynomials
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Ejemplos en Mathematica
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Mathematica art image generated by a simple program based on
two-dimensional colored noise.
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Iterated random tangential reflections of a curve
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Phyllotaxis spiral
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Voderberg spiral of identical nonagons
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Smooth connection of cylinders
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Random rotation of triangles on the face of a cube