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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