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SIMULACIN 3D CONSKETCHUP
dando vida a los EVA.
Fernando Proao Brito
ESPOCH22 Noviembre - 2013
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AGENDA1. INTRODUCCIN AL MODELADO 3D2. INTRODUCCIN A LA SIMULACIN 3D3. PROCESO COGNITIVO 3D4. SIMULACION DE AMBIENTES 3D5. SKETCHUP PARA LA SIMULACIN 3D6. APLICACIONES GENERALES EN EVAS
7. MEJORES PRCTICAS ESPOCH8. CONCLUSIONES
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OBJETIVOS Formular un modelo matemtico
que permita representar lasdiferentes fases del proceso desimulacin 3D utilizando el modelodel Autmata Finito
Mejorar la representacin de la
geometra y la dinmica de cuerposreales a objetos 3D para AulasVirtuales
Aplicar a simuladores de AmbientesVirtuales de Aprendizaje (AVA)
Difundir las mejores prcticas (ej.tesis y proyectos externos de laESPOCH)
Utilizar el programa Sketchup parasimulacin 3D
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QU ES UNA MODELIZACIN? Representacin formal de un
cuerpo Representacin digital de un
objeto presente en un EVA Grado de Abstraccin de una Aula
Virtual La modelizacin matemtica es el
proceso de describir en trminosmatemticos un fenmeno real,obteniendo resultadosmatemticos y la evaluacin einterpretacin matemticas de
una situacin real. Permite visualizar elementos queno se los identifica en el modeloreal. Ej. El comportamiento dealumnos virtuales en clase
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COMO SE REALIZA UNA MODELIZACIN?PASOS GENERALES
1. Identificar un problema real.2. Identificar factores importantes y representarestos factores en trminos matemticos.3. Usar anlisis matemticos para obtener resultadosmatemticos.4. Interpretar y evaluar los resultados matemticos yver cmo afectan al mundo real.
MODELAR REQUIERE Tener capacidad para ver el fenmeno real como unfenmeno tangible y medible Comprender de manera ms amplia la aplicabilidadde los conceptos. El desarrollo de la creatividad y el descubrimiento. Poseer capacidad para integrar los conceptos. Poseer capacidad para aplicar la matemtica. Adquirir capacidad de la creatividad cognitiva 3D
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QU ES LA CAPACIDAD COGNITIVA 3D?
RESOLVER UN PROBLEMA DE COMPRENSIN 3DUTILIZANDO EL PROCESO COGNITIVOTRADICIONAL:
1. Leer/ Aprender / Visualizar en 3D2. Comprender/ Definir / Modelizar
3. Repetir/ Optimizar / Crear mallas4. Recordar/ Memorizar / Banco de datos 3D5. Ejercitar/ Modelar con otros datos6. Evaluar/ Verificar & Validar / Comprobacin 3D
(Autmata Finito con lenguajes que aceptan o no)7. Aplicar/ Construir / Elaborar sistema 3d
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PROCESOS DE UNA MODELIZACIN 2D
FENOMENO REAL MODELO MATEMATICO
Modelizacin
RESULTADOSMATEMATICOS
Anlisis
Interpretacin
PREDICCIONES /CONCLUSIONES
Aplicacin
/Traslacin
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PROCESOS DE UNA MODELIZACIN 3D
Modelizacin 3D
Anlisis 3D
Interpretacin espacial
Aplicacin
/Inmersin
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QU ES UNA SIMULACIN?
Es la representacin dinmica de unelemento y su comportamiento depreferencia en un mundo virtual o espacio3D
Es la representacin visual con interfacesde interaccin
Analiza parmetros como:1. Desplazamientos2. Interaccin humana3. Interaccin automtica (inteligente)4. Zoom in Zoom out5. Inmersin
6. Distorsin7. Escala8. Extrusin9. Cmara y luces10.Planos11.Otros
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SIMULACIN DE UN AMBIENTE VIRTUAL DE
APRENDIZAJE (AVA)1.- Definicin del rea del AVA
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SIMULACIN DE UN AMBIENTE VIRTUAL DE
APRENDIZAJE (AVA)2.- Definicin de permetros del AVA
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SIMULACIN DE UN AMBIENTE VIRTUAL DE
APRENDIZAJE (AVA)3.- Diseo de paredes del AVA
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SIMULACIN DE UN AMBIENTE VIRTUAL DE
APRENDIZAJE (AVA)4.- Diseo de bordes (decoracin) de paredes AVA
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SIMULACIN DE UN AMBIENTE VIRTUAL DE
APRENDIZAJE (AVA)5.- Diseo de la puerta de acceso
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SIMULACIN DE UN AMBIENTE VIRTUAL DE
APRENDIZAJE (AVA)5.- Diseo de la puerta de acceso
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SIMULACIN DE UN AMBIENTE VIRTUAL DE
APRENDIZAJE (AVA)6.- Diseo de la pizarra del AVA
HOLA AMIGOS
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SIMULACIN DE UN AMBIENTE VIRTUAL DE
APRENDIZAJE (AVA)7.- Decoracin de la pizarra del AVA
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SIMULACIN DE UN AMBIENTE VIRTUAL DE
APRENDIZAJE (AVA)8.- Ubicacin de la pizarra del AVA
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SIMULACIN DE UN AMBIENTE VIRTUAL DE
APRENDIZAJE (AVA)9.- Terminacin del AVA
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SIMULACIN DE UN AMBIENTE VIRTUAL DE
APRENDIZAJE (AVA)10.- Diseo de una silla y mesa del AVA
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SIMULACIN DE UN AMBIENTE VIRTUAL DE
APRENDIZAJE (AVA)11.- Diseo de una estacin de trabajo (PC) del AVA
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SIMULACIN DE UN AMBIENTE VIRTUAL DE
APRENDIZAJE (AVA)12.- Integracin de los elementos
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SIMULACIN DE UN AMBIENTE VIRTUAL DE
APRENDIZAJE (AVA)13.- Multiplicacin de los elementos
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SIMULACIN DE UN AMBIENTE VIRTUAL DE
APRENDIZAJE (AVA)14.- Vistas del AVA
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SIMULACIN DE UN AMBIENTE VIRTUAL DE
APRENDIZAJE (AVA)15.- Otras vistas del AVA
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SIMULACIN DE UN AMBIENTE VIRTUAL DE
APRENDIZAJE (AVA)16.- Otras vistas del AVA
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SIMULACIN DE UN AMBIENTE VIRTUAL DE
APRENDIZAJE (AVA)17.- Ejecucin de la simulacinProfesor: Inicia clase virtual Estudiantes: se ubican en
sus puestos virtuales
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SIMULACIN DE UN AMBIENTE VIRTUAL DE
APRENDIZAJE (AVA)18.- Inicio de claseProfesor: Inicia clase virtual Estudiantes: se ubican en
sus puestos virtuales
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SIMULACIN DE UN AMBIENTE VIRTUAL DE
APRENDIZAJE (AVA)19.- Durante la clase: foros, videoconferencias, tareasProfesor: Inicia clase virtual Estudiantes: se ubican en
sus puestos virtuales
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SIMULACIN DE UN AMBIENTE VIRTUAL DE
APRENDIZAJE (AVA)20.- Fin de la clase: encuestas, despedida, avisos finales
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SOFTWARE Y HARDWARE PARA SIMULACIN Programas basados en lenguajes
orientado a objetos Programas de Diseo CAD / CAM Programas para Dibujo de Simulacin Aplicaciones para Dibujo 3d con
dinmicas. Ej. SKETCHUP Programas para Realidad Virtual Programas para Realidad Aumentada Actividades tipo Sloodle (Moodle) Aplicaciones para crear MetaVersos Equipos para interactuar como:
o Mouse / Joysticko Ropa interactivao Cascos / guanteso Vozo Sistemas apticoso Otros
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LOS MODELOS MATEMTICOS Permiten plasmar el objeto o fenmeno
fsico real en un modelo formalmatemtico Permiten analizar: relaciones,
parmetros, variables, operaciones de losobjetos modelados
Se puede analizar el modelo para
medir su comportamiento inicial,recursivo, final
Permite representar las posiblesproyecciones de comportamiento
Existe un variado campo de modelosmatemticos
Para Simulacin Interactiva 3D, los masutilizados sono Ecuaciones Diferencialeso Diferencias Finitaso AUTOMATA FINITOo Otros
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Clasificacin[3]
Modelos Estocsticos: usan variable y las relaciones entre variables se toman por
medio de funciones probabilsticas. Sirven para investigaciones cientficas que no seconoce el resultado esperado, sino su probabilidad Ej. Posible comportamiento delclima del mar en un sistema de simulacin de barcos
Modelos optimizantes: se utilizan procedimientos como, por ejemplo, laprogramacin lineal, programacin dinmica, paradeterminar el uso ptimo de los recursos o variables
iniciales. Ej. Diseo de la estructura (casco) de un barco. Modelos deterministas: se conoce de manera puntual
la forma del resultado ya que no hay incertidumbre.Adems, los datos utilizados para alimentar el modelo son completamenteconocidos y determinados . Ej. Comandos que el capitn genera para manejo de
un barco petrolero Modelos estticos: es que en ellos no se toma en cuenta el tiempo dentro del
proceso, por ejemplo el mtodo de juegos. Ej. Proyeccin de rditos para unaempresa naviera en el tema de transporte.
Modelos dinmicos: Representa el comportamiento en el tiempo de un sistemafsico real cuyo estado evoluciona con el tiempo. El comportamiento en dicho estadose puede caracterizar determinando los lmites del sistema, los elementos y susrelaciones. Ej. Maqueta Interactiva ESPOCH (Tesis de Pregrado y Postgrado)
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EL AUTOMTA FINITO PARA MODELIZACIN El Autmata finito (A.F) es una
modelo matemtico pararepresentar el comportamiento deun sistema con datos de entrada(lenguaje) y posibles resultados(estado(s) finales)
Por definicin se compone de una
quintuple:
AF = {qo, Q, , , F() }Donde:: Set de un alfabeto (a,b,c, / 1,0)Q: Set de estados (entidad / nodos)(Q x ) Funciones(comportamiento)F: Set de estados finales (resultados)qo: Estado inicial (punto de partida)
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Notacin Algebraica: AF = { c b2n+1
a2m
, n>=0, m >=1 }
Notacin Algebraica: AF = { a2n+1 c b2m , n>=0, m >=1 }
b a
qo q2q1 q3
a abc c c
qo q2q1 q3
ba b
c
b
REPETICIN EXCESIVA Y OBSTRUCCIN
REPETICIN OPTIMA Y CLARIDAD
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AF = {qo, Q, , , F() }Ejemplo el AF Es un sistema de transporte real
Donde:
qo: estado inicial del transporte. Inicio de la ModelizacinQ: posibles estados del sistema transporte = (a,b,c,d) = parmetros internos y externos paragestionar el sistema de transporte = funcin parmetro x estadoF= diferentes estados finales del sistema
REPRESENTACIONFORMAL DEL
SISTEMA
TRANSPORTE DETRENES APLICACIN DEL A.F.
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EL AUTOMTA FINITO PARA SIMULACIN
Concordancias para SIMULACIN-EjemploAF = {qo, Q, , , F() }El AF Es un sistema de transporte con interaccionesDonde:
qo: estado inicial del transporte. Inicio de la SimulacinQ: posibles estados del transporte (ubicaciones) = (a,b,c,d) = comandos al sistemas. Interacciones = Funciones posibles del sistema interactivoF= diferentes estados finales de la simulacin
REPRESENTACIONFORMAL DEL
SISTEMA
SIMULACIONINICIAL APLICACIN DEL A.F.
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Concordancias para SIMULACIN-EjemploAF = {qo, Q, , , F() }Ejemplo mas concreto:El AF Es una estacin de trenes (Riobamba)Donde:qo: Tren parado;Q: Varias posiciones del tren: q0: parado, q1:movimiento adelante, q2:tren con luces, q3: tren con sonido = (a,b,c,d) comandos a la locomotora: a: partir; b: retornar, c: luces; d:pito;
= Por cada comando una funcin del tren. Cuando prenda luces y suene elpito terminar.F= representaciones finales de acuerdo a las rdenes
b
qo
q2
q1
a
d
c
POSIBLES
ALTERNATIVAS DE
INTERACCIN
q3
q2
q3
d
d
c
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Concordancias para MODELIZACION-EjemploAF = {qo, Q, , , F() }
Ejemplo mas concreto:El AF Es una estacin de trenes (Riobamba)Donde:
qo: Dibujo de origen de la estacin. Plano 2D;Q: Varias vistas: q0: vista 2D, q1: vista 3D, q2: Area, q3:Lateral = (a,b,c,d) ordenes de representacin a: 3D, b: volver a 2D, c: vista reay terminar, d: vista lateral y terminar; = Por cada orden una representacin del dibujoF= representaciones finales de acuerdo a las rdenes
b
qo
q1
a
b
d
q3q3
q2
c
b
POSIBLES
ALTERNATIVAS DE
REPRESENTACIN
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Opciones Avanzadas de Sketchup
Rende rizado con el
Render (plugin)
Dinmica de objetos con
SketchyPhysics Control de iluminacin con
Lighup plugin
Dibujo industrial con
SpaceClaim
Comunicacin paraimpresoras CNC e
impresoras 3D
Insercin en GoogleMaps
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INTRODUCCIN A SKETCHUP
Programa para creacin de objetos en
3D
Usa el concepto de Drag-Reference-
Drop (DRD)
Crea geometras de manera intuitiva
Fcil de usar y de aplicar a simulacin
de ambientes 3d Varios plugins para ampliar el uso,
como Physics para crear movimientos y
simulacin de comportamiento de
objetos
Se puede compartir objetos en la red
Existe comunidad de usuarios quecompartes sus trabajos
Se puede trabajas sin conexin al
Internet, pero se puede almacenar
trabajos en la biblioteca Trimble
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AULAS VIRTUALES
Cursos: Aplicaciones MatemticasEn la matemtica y fsica se
puede utilizar para
representar:
Funciones Ecuaciones
Autmatas finitos
Diferencias finitas
Mosaicos Teselados
Fractales Otros (para investigar)
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USO DE SKETCHUP PARA MODELIZACINEj. Teselados
El Teselado es el proceso de rellenode una superficie plana con
elementos geomtricos regulares,
irregulares, semiregulares y
demiregulares. Aplicaciones: Ciencia de la
Bioenerga, Biologia, Medicina,
Estructuras, Ciencias Marinas Se puede representar con Sketchup Representacin Fsica con Origami
Viene del latin tessellae que se
refiere a pavimento griego o
mosaico.
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USO DE SKETCHUPMOSAICOS
Ejercicio: Hueso Nazar1. Dibujo una cuadricula
2. Dibujo la base del hueso
3. Asigno un color
4. Copio la base y asigno otro color
5. Inserto en el lugar apropiado6. Repito la copia
7. Creo el mosaico
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MOSAICOS
Ejercicio: AVION NAZARI1. Dibujo una cuadricula2. Dibujo la base avin
3. Asigno un color
4. Copio la base y asigno otro color
5. Inserto en el lugar apropiado6. Repito la copia
7. Creo el mosaico
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FRACTALES
BASE : Punto de partida
AGRUPAMIENTO: Comportamiento Inicial
SISTEMA: Comportamiento Completo
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OTRAS APLICACIONES DE LOS MODELOS EN
SKETCHUPVEHICULOS
Avin: Despegue
Barco:Movimiento enel mar
Carretera: Simulacin desistema de transportes
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MOTORES / DISPOSITIVOS
Fresadora CNC: simulacin de cortes
Maquetas para Simulacin de
transportes *
Motor y su funcionamiento
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OTRAS APLICACIONES DE SKETCHUP
Casas: Diseo Arquitectonico
Casa: Diseo Funcional
Diseo de autos
Juegos y modulareseducativos
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MEJORES PRCTICASEjemplo concreto: Maqueta Interactiva ESPOCH en
maquetaespoch.blogspot.com
AVIN REAL MODELO SKETCHUP MODELO REAL
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MEJORES PRCTICASEjemplo concreto 1: Aeropuerto de Tababela
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MEJORES PRCTICASEjemplo concreto 2: Aeropuerto de Tababela
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MEJORES PRCTICASEjemplo concreto 3: Aeropuerto de Tababela
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APLICACIONES REALESMaqueta de Trenes
Idea inicial: Modelar eltramo Riobamba- Narizdel Diablo como unproyecto ldico escolarAplicacin: Diseo
de circuitos con
PLC para controlde trenes (Tesisde ElectrnicaESPOCH)
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APLICACIONES REALESEjemplo Concreto 1: Estacin de Trenes de Riobamba
Proyecto: Maqueta Interactiva con AVAs
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APLICACIONES REALESEjemplo Concreto 2: Estacin de Trenes de Riobamba
Interior de la Estacin (Maqueta)
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APLICACIONES REALESEjemplo Concreto 2: Estacin de Trenes de Riobamba
Vista Area de la Estacin (Maqueta)
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APLICACIONES REALES
Simulacin de la maqueta con SKETCHUP
Vista Area de la Estacin (Maqueta)
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Proyectos en ejecucin
Diseo de AVAs con Sketchup para cursos en la ESPOCH
Diseo Superficies Geogrficas con Sketchup Simulacin de la ciudad del conocimiento Yachay Anlisis y diseo de Simuladores para la Escuela de la Marina
Mercante Nacional (ESMENA) Diseo y construccin del aeropuerto de Tababela (Tesis de
grado) con AVAS Diseo de simuladores para rutas de transporte ferroviario con
estudio de interfaces apticas (Tesis de grado) con AVAS Diseo de mundos virtuales para la navegacin interactiva por
el campus de la ESPOCH (Tesis de grado) con AVAS Diseo de un juego interactivo mediante la simulacin de
entornos virtuales del Buque Escuela Guayas (Tesis depostgrado) con AVAS
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AULAS VIRTUALES LUDICAS
Uso del Origami / Kirigami / Papercraft Uso de dinmicas, juegos, jinkanas virtuales, otras CASO PRACTICO: ORIGAMI Figuras bsicas para simulacin de objetos reales (ej. un cisne) Figura intermedias para simulacin de objetos complejos y
procesos (ej. rosa de Kawasaki)
Figuras avanzadas como los Teselados. (Para simulacin desuperficies de terrenos, olas del mar) Figuras modulares para simulacin de sistemas o estructuras
del mundo real (ej. cubo con mdulos Sonobe [7]) Figuras a partir de patrones de doblados o CPs [8]
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CONCLUSIONES
Se pueden aplicar en Aulas Virtuales los procesos de Modelizacin3D
Se pueden crear AMBIENTES VIRTUALES DE APRENDIZAJE 3D (AVA) El tema de simulacin puede ser materia de cursos virtuales mas
interactivos que den vida al proceso Se puede combinar elementos ldicos para amenizar las Aulas
Virtuales y todo el e-learning. Ej. Origami Se estn desarrollando varias tesis de pregrado y postgrado en la
ESPOCH en el tema de AVAs, simulacin y e-training El reto es producir mas aplicaciones propias para el aprendizaje
virtual y ldico El reto es integrar la modelizacin 3D en Mundos Virtuales
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REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS[1] Peter Linz, AN INTRODUCTION TO FORMAL LANGUAGES ANDAUTOMATA, Jones and Bartlett Publishers, 1997[2] John Carrol, Darrell Long, THEORY OF FINITE AUTOMATA, PrenticeHall, 1989[3] Yois S. Pascuas Rengifo, MODELAMIENTO MATEMTICO APLICADOAL MODELAMIENTO ESPACIAL U. Distrital Caldas, Bogota Colombia, 2001[4] Joao Gaspar, GOOGLE SKETCHUP PRO 8 , VectorPro Network, 2011[5] David Felguera Martn et al, APLICACIN DE LA INTERFEROMETRAISAR EN ENTORNOS DE VIGILANCIA MARTIMA, U. Politcnica deMadrid, 2010[6] Rona Gurkewitz y Bennett Arnstein, 3D GEOMETRIC ORIGAMI, DoverPublication, Inc, New York, 1995
[7] Laura Azcoaga, TODO SOBRE EL SONOBE, Buenos Aires, 2008[8] PAPIROFLEXIA-ORIGAMI-PARA EXPERTOS, EDAF, Madrid, 2000
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PREGUNTAS POR FAVOR?
MUCHAS GRACIAS