Tesis para optar el título profesional de ingeniero informático






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(Groover, 2014, p 211)



Figura 6. Diagrama de construcción de un robot mostrando cómo un robot es hecho de una serie de uniones.


“Un robot industrial, es un dispositivo electrónico que puede ser programado, tener cierta autonomía y llevar control sobre sus propias acciones, teniendo libertad de acción según los ejes de su propia arquitectura.
Estos robots industriales pueden trabajar solos o en conjunto para llevar a cabo tareas complicadas o no deseadas por los humanos.
Es interesante el concepto común de robot asociado al de las películas o a robots con forma humana, aunque los robots industriales no son así, tienen una base común, los robots industriales imitan el comportamiento de algún sistema humano, como es el caso de los brazos robots, que imitan el comportamiento del sistema motriz del humano, específicamente las extremidades superiores.
Al igual que un par de brazos trabajando para hacer alguna actividad gimnastica, los robots industriales coordinan sus actividades al estar conectados en red.” (Definición del autor)



  1. CAPÍTULO III: ESTADO DEL ARTE




    1. Virtual Office Walkthrough 3D Game Engine


Los autores del presente artículo (Mohd, Walid, 2004) escriben sobre el problema que existe al construir una oficina, edificio, centro comercial, etc. En que el método común para representar y distribuir la información sobre la construcción está en planos 2D.
Las personas que reciben esta información extraerán la información suficiente y la procesaran según su experiencia y criterio, cada uno de ellos tendrá una manera diferente de interpretar como lucirá el edificio una vez terminado, esto puede afectar el proceso de construcción.
Las malas interpretaciones pueden terminar en errores que agregaran tiempo adicional a la fecha de cierre del proyecto. Este es el reto que las empresas constructoras enfrentan en la actualidad.



Figura 7: Un típico plano 2D usado para representar información del edificio


En este artículo también indica lo complejo que puede llegar a ser la representación de estos planos para varios tipos de estructuras, ya que no solo se necesitara la estructura de soporte sino que estas estructuras tienen sistemas de cableado interno, conexiones de agua, ventilación, informática, etc.
Las aplicaciones de Recorridos Virtuales ofrecen un gran beneficio para visualizar el edificio durante su diseño y en todo el proceso de construcción.

Los Recorridos Virtuales también permiten a los participantes ejecutar revisiones colaborativas localmente o remotamente conectados. Esto implica una mejor colaboración como por ejemplo con el equipo de diseño del edificio del edificio con los ingenieros residentes que están gestionando la ejecución del proyecto.
La solución planteada por el autor del artículo se basa en un entorno realístico 3D para realizar recorridos virtuales, para esto se basa en un motor de video juego 3D.

Otras ventajas que tienen estos motores 3D son bajos costos, soporte para redes, detección de colisiones, soporte para multimedia y conexión de dispositivos de hardware como Joysticks. El autor realizo la investigación en conjunto en conjunto con el Departamento de Construcción de Edificios de la Universidad Politécnica de Virginia, USA.

El motor 3D escogido fue el Unreal SDK, software propietario que ofrece una interfaz gráfica de desarrollo intuitiva y tiene una comunidad activa de usuarios que están en constante colaboración. La aplicación fue instalada en una Dell Precision, Pentium III Xeon con Microsoft XP.


Figura 8: La interfaz de desarrollo del Unreal 2.0


También se utilizó como periférico de entrada un joystick con capacidad mínima de 6 grados de libertad o DOF (degree of freedom).

El joystick escogido fue el Microsoft Sidewinder Freestyle Pro gamepad. Este dispositivo permite al usuario libertad de movimiento y rotación en tiempo real en cualquier dirección en el entorno virtual. No obstante el usuario también podría usar el teclado de la computadora en caso de no contar con el joystick.



Figura 9: Joystick Sidewinder Freestyle Pro

La perspectiva de desarrollo fue en primera persona (FirstPersonPerspective) la cual sitúa la cámara en lo que serían los ojos del usuario dentro del entorno virtual, el usuario y otros usuarios son conocidos como “Players” y tienen una representación gráfica conocida como “Avatar” . El usuario puede interactuar con otros usuarios en el entorno virtual ya sea por un una ventana de chat o por voz.


Figura 10: Ejemplo de ‘Avatars’ en el motor 3D Unreal



Figura 11: Ejemplo de Perspectiva en Primera Persona
En la mayoría de aplicaciones del tipo videojuegos se diseñan los mapas con componentes prefabricados del motor 3D o desde cero con alguna herramienta de diseño 3D.
En este caso se usara la información en un plano de construcción típicoen 2D, el autor hace énfasis en el uso de planos hechos en computadora en cualquier formato estándar, el emplea planos AutoCAD.

El proceso de desarrollo de la Oficina Virtual empieza naturalmente con un plano 2D.

Es un plano AutoCAD con formato *.dwg, el cual fue transformado en un modelo 3D usando la herramienta 3D Studio VIZ, ambas herramientas son de pago y pertenecen a la compañía Autodesk, aunque el autor emplea estas herramientas también se pueden usar herramientas libres como por ejemplo FreeCAD para el desarrollo del plano 2D, y Blender como modelador 3D.


Figura 12: El plano 2D de la oficina

Una vez que el plano 2D está en el Studio VIZ se utiliza una técnica llamada “Extrusión” la cual proyecta las líneas del plano hacia el eje Y+, logrando la elevación y formato 3D del mismo.


Figura 13: Paredes 3D con ventanas y puertas
Una vez el modelo esté listo se exporta al Unreal, para lo cual se usa el formato *.DFX. En el momento de estudio de este artículo este archivo podía exportar un máximo de 500 polígonos por vez. Por lo cual el modelo principal es subdividido en regiones cada una con un archivo *.DFX. Cuando se importa al motor 3d las partes calzan perfectamente porque en el proceso de exportación siempre se tuvo como referencia las coordenadas del modelo como un todo con lo cual cada sección tiene sus coordenadas en relación al todo.
Dentro del motor 3D Unreal se colocan las texturas que representaran los colores o imágenes de las paredes además de los materiales como por ejemplo el efecto de transparencia para las ventanas de vidrio. Así mismo se incluyen los efectos de sonido como cuando un usuario abre una puerta.
El proceso de iluminación en tiempo real es una de las tareas más complejas en todo el proceso ya que hay que decidir la técnica y el modelo de implementación, una buena iluminación dependerá del tipo de realismo y la cantidad de recursos computacionales para su cálculo.


Figura 14: Algunos efectos de luz del Unreal

Una vez que todas las características son aplicadas estas son compiladas para obtener el ejecutable, este archivo es un ejecutable.


Figura 15: Imagen de la entrada a la oficina virtual
Finalmente el autor muestra como ventajas la habilidad para poder mostrar una interacción en tiempo real con el edificio sin necesidad que este construido o estar físicamente. Esto se refleja directamente en el costo ya que los recursos de hardware hacen de estas aplicaciones una opción no tan cara. La interacción con otros usuarios es otra de las ventajas que se nombran.

La principal desventaja es con la iluminación ya que esta usa altos recursos del sistema computacional, pero estos costos si son cubiertos logran un mejor impacto en el entorno 3D haciéndolo más real.

Utilidad en el proyecto:
Gracias a este artículo de investigación sobre recorridos virtuales en oficinas se usara el plano base de construcción del laboratorio CIM, con

este plano se usara la misma técnica descrita en el artículo: La extrusión para construir las paredes en 3D.


    1. The Potential of 3D Virtual Learning Environments: A Constructivist Analysis


El autor del presente artículo (Dalgarano 2003) escribe sobre el potencial existente en usar Ambientes de Educación Virtual en 3D, bajo el enfoque del Análisis Constructivista. Parte de la necesidad de encontrar maneras más rápidas de satisfacer las necesidades de educación innovando el diseño de aprender, para lo cual plantea una solución alternativa: clases virtuales.
El estudio se centra en el estudio de química en un laboratorio de química virtual, donde los alumnos puede ingresar remotamente utilizando un computador con Internet. Esta experiencia se ha desarrollado en la Universidad Charles Sturt de Australia.
Además el autor pone énfasis en que el marco pedagógico a utilizar será el del Análisis Constructivista, para lo cual determina que hay 3 principios fundamentales del Análisis Constructivista:

  • Cada persona forma su propia representación de conocimiento, y consecuentemente no hay una ‘única’ representación correcta del conocimiento.

  • El aprendizaje ocurre cuando, durante la actividad de exploración del conocimiento el aprendiz descubre que hay una deficiencia en su conocimiento o u hay una inconsistencia entre su actual representación del conocimiento y su experiencia.

  • El aprendizaje ocurre dentro de un contexto social, y que la interacción entre aprendices y sus maestros es una parte necesaria en el proceso de aprendizaje.




Ahora, según el autor, hay diferentes aproximaciones para lograr estos 3 objetivos, y que todas estas se pueden englobar en estas 3 categorías:

  • Constructivismo Endógeno, enfatiza la naturaleza individual de cada aprendiz durante el proceso de construir su propio conocimiento, y sugiere que el rol del maestro debería ser el de un facilitador que provee experiencias que son más como resultados a retos para aprender un modelo existente. En esta categoría el alumno va explorando y construyendo por sí mismo su conocimiento teniendo al profesor como un guía.

  • Constructivismo Exógeno, es la representación de una educación formal, donde el maestro da un conjunto de ejercicios que son desarrollados en actividades cognitivas, por ejemplo cuando un profesor explica un teorema matemático con un problema en una pizarra, esto ayuda a los alumnos a formar y refinar sus representaciones de conocimiento.

  • Constructivismo Dialéctico, nos indica que el aprendizaje ocurre con experiencias realísticas, pero que el aprendiz requiere de un marco de herramientas que son provistas por el maestro así como también la colaboración mutua. Por ejemplo cuando alumnos de ingeniería informáticas forman grupos para desarrollar un proyecto informático y el profesor les da las plantillas de los documentos o metodologías a usar para el desarrollo de ese proyecto de software.


Una vez que el autor escogió y definió una técnica para enseñar una materia, en este caso química, explica como desarrollara esto con un entorno virtual en 3D, para lo cual define lo que es un Entorno de Aprendizaje 3D:

  • El ambiente es modelado usando geometría vectorial 3D, significando que los objetos son representados usando coordenadas (x, y, z) que describirán su forma y ubicación en un espacio en 3D.

  • La vista del usuario es generada dinámicamente acorde a su actual posición en el espacio 3D, y el usuario tiene la habilidad de moverse libremente a través del entorno y su vista es actualizada según como él se mueva.




Algunos entornos en 3D incluyen audio, este audio parecerá ser emitido desde un lugar específico dentro del entorno. El volumen del sonido tocado en cada parlante dependerá de la posición y orientación del usuario en el entorno. Por ejemplo si el sonido es muy bajo entonces esa fuente de sonido está lejana al usuario en el entorno 3D, conforme el usuario se vaya acercando a esa fuente de sonido, el sonido deberá aumentar.



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