Graphy: Assistent conversacional intel·ligent per a l’aprenentatge i resolució d’errors en programació de shaders

Abstract

[eng] This thesis presents the design and implementation of a domain-specific educational chatbot to support students during GPU-based computer graphics laboratory sessions. The system focuses on practices that use OpenGL and GLSL shaders and targets recurrent difficulties observed in the course, such as understanding the programmable graphics pipeline, managing the flow of data from CPU to GPU, and debugging rendering errors. The chatbot models key concepts related to GPU architecture, the stages of the modern rendering pipeline, vertex and fragment shaders, transformation matrices (model, view, projection), lighting models (Phong and Blinn-Phong), and texturing with UV coordinates. On this basis it provides both conceptual explanations and guided debugging assistance for typical issues including compilation and linking errors in shaders, incorrect buffer or attribute configuration, faulty transformation matrices, lighting artefacts caused by incorrect normals, and completely black frames. The system is integrated into the actual practice environment of the subject and has been evaluated with expert teachers through a structured validation protocol combining a usability questionnaire (SUS), semi-structured interviews, and think-aloud observation. The evaluation combines technical and educational indicators, showing that a specialised conversational assistant can complement traditional teaching resources in GPU and shader-based graphics courses.

[cat] Aquest treball presenta el disseny i la implementació d’un xatbot educatiu específic per donar suport a l’alumnat durant les pràctiques de gràfics per computador basades en GPU. El sistema se centra en pràctiques que utilitzen OpenGL i shaders GLSL i aborda dificultats recurrents detectades a l’assignatura, com ara la comprensió del pipeline gràfic programable, la gestió del flux de dades de la CPU a la GPU i el debugging d’errors de representació. El xatbot modela conceptes clau relacionats amb l’arquitectura de la GPU, les etapes del pipeline modern, els vertex i fragment shaders, les matrius de transformació (model, vista, projecció), els models d’il·luminació (Phong i Blinn-Phong) i el texturat amb coordenades UV. A partir d’això, ofereix tant explicacions conceptuals com ajuda guiada per resoldre problemes típics incloent errors de compilació i enllaç de shaders, configuracions incorrectes de buffers o atributs, matrius de transformació errònies, artefactes d’il·luminació per normals incorrectes i pantalles negres. El sistema s’ha integrat en el context real de pràctiques de l’assignatura i s’ha avaluat amb professorat expert mitjançant un protocol de validació estructurat que combina un qüestionari d’usabilitat (SUS), entrevistes semi-estructurades i observació en veu alta (*think-aloud*). L’avaluació combina indicadors tècnics i educatius, indicant que un assistent conversacional especialitzat pot complementar els recursos docents tradicionals en cursos de gràfics basats en GPU i shaders.