[pt] A restituição de modelos tridimensionais complexos de engenharia tem sido um desafio para a computação gráfica desde seus primórdios, pois modelos detalhados são freqüentemente compostos de milhões de polígonos, enquanto as estações gráficas atuais são capazes de exibir, em taxas interativas, apenas algo da ordem de dezenas ou centenas de milhares de polígonos. Uma das formas de melhorar o desempenho de visualizadores de modelos tridimensionais é reduzir o número de polígonos passados para a cadeia de restituição, eliminando grandes grupos de polígonos determinados como não visíveis por estarem fora do volume de visão ou escondidos por outros polígonos. Neste trabalho, realizamos um estudo do uso de volumes envolventes para determinar os conjuntos de polígonos que são potencialmente visíveis, propomos uma forma de estruturar esses polígonos numa hierarquia de forma a diminuir os cálculos necessários para esse fim e compilamos uma série de resultados que permitem nortear o uso de volumes envolventes e a estruturação de modelos. / [en] Rendering complex three-dimensional Engineering models has been a challenge for Computer Graphics ever since its origin, as detailed models are often composed of millions of polygons while current graphic stations are able to display, at interactive rates, only dozens or hundreds of thousands of polygons. A way to increase the performance of viewers of three-dimensional models is to reduce the number of polygons passed to the rendering pipeline by eliminating large groups of polygons classified as non-visible for being out of the viewing frustum or hidden by other polygons. In this work, we study the use of bounding volumes to determine sets of polygons which are potentially visible, propose a way to structure such polygons in a hierarchy so as to restrict the necessary computations for this purpose, and compile a series of results which allow us to take some conclusions on the use of bounding volumes and model structuring.

[pt] Um dos problemas mais antigos da computação gráfica tem sido a determinação de visibilidade. Vários algoritmos têm sido desenvolvidos para viabilizar modelos cada vez maiores e detalhados. Dentre estes algoritmos, destaca-se o frustum culling, cujo papel é remover objetos que não sejam visíveis ao observador. Esse algoritmo, muito comum em várias aplicações, vem sofrendo melhorias ao longo dos anos, a fim de acelerar ainda mais a sua execução. Apesar de ser tratado como um problema bem resolvido na computação gráfica, alguns pontos ainda podem ser aperfeiçoados, e novas formas de descarte desenvolvidas. No que se refere aos modelos massivos, necessita-se de algoritmos de alta performance, pois a quantidade de cálculos aumenta significativamente. Este trabalho objetiva avaliar o algoritmo de frustum culling e suas otimizações, com o propósito de obter o melhor algoritmo possível implementado em CPU, além de analisar a influência de cada uma de suas partes em modelos massivos. Com base nessa análise, novas técnicas de frustum culling serão desenvolvidas, utilizando o poder computacional da GPU (Graphics Processing Unit), e comparadas com o resultado obtido apenas pela CPU. Como resultado, será proposta uma forma de frustum culling híbrido, que tentará aproveitar o melhor da CPU e da GPU. / [en] The definition of visibility is a classical problem in Computer Graphics. Several algorithms have been developed to enable the visualization of huge and complex models. Among these algorithms, the frustum culling, which plays an important role in this area, is used to remove invisible objects by the observer. Besides being very usual in applications, this algorithm has been improved in order to accelerate its execution. Although being treated as a well-solved problem in Computer Graphics, some points can be enhanced yet, and new forms of culling may be disclosed as well. In massive models, for example, algorithms of high performance are required, since the calculus arises considerably. This work analyses the frustum culling algorithm and its optimizations, aiming to obtain the state-of-the-art algorithm implemented in CPU, as well as explains the influence of each of its steps in massive models. Based on this analysis, new GPU (Graphics Processing Unit) based frustum culling techniques will be developed and compared with the ones using only CPU. As a result, a hybrid frustum culling will be proposed, in order to achieve the best of CPU and GPU processing.

The advent of industry 4.0 has not only brought innovation and automation with it but also new challenges. Automation in industrial settings is advancing at a rapid pace, thus making the modern industrial workplace all the more stimulating. Highly automated robots and machines work alongside humans in settings that seemed fictional some years ago. However, the shift to a smart industry has brought about certain safety concerns regarding whether the current safety systems can keep up with this ever-changing environment. Emergency stop buttons have long been the industry standard when it comes to classic safety precautions. Nevertheless, researchers examine several possibilities on how they can upgrade the already established safety systems. One such practice is to incorporate visibility as part of an emergency safety system. There has already been a proposal to use 2D visibility as an emergency safety protocol which has shown encouraging results. Thus, making a 3D approach as the logical next step. In this thesis work, a 3D visibility emergency stop system is presented, implemented,and tested. To begin with, a small review of how other researchers have tried to solve similar problems is done. Furthermore, several 3D graphics techniques used in the project are introduced and briefly analysed. Then, the implementation of the project is presented, breaking down each component. After the implementation is completed, several tests that aim to profile the program are performed and examined. In addition, the project is compared to the 2D solution that has already been proposed. The findings from the testing show that a 3D visibility approach is a viable and favourable option. The results reveal a promising outcome when it comes to object visibility as well as response swiftness.

[pt] Atualmente, as malhas de simulação do fluxo em reservatórios naturais de petróleo (RNPs) são modelos compostos por centenas de milhares de células hexaédricas, cada uma podendo ser decomposta em 12 triângulos, de modo que a visualização interativa dessas malhas, através das estações gráficas atuais, ainda não é factível. À medida que os computadores e as placas gráficas aumentam sua capacidade de processamento, as malhas de simulação também crescem. A solução para esse tipo de problema passa, normalmente, por técnicas de aceleração, dentre as quais está a multi-resolução (MR). Ocorre, entretanto, que os modelos de multi-resolução atualmente conhecidos não são aplicáveis às malhas de simulação de RNPs, devido aos requisitos específicos da área, tais como a preservação do modelo de células hexaédricas e a descontinuidade entre células. Na realidade, as técnicas de multi-resolução tendem a enfocar a Visualização Realista, enquanto o problema de RNPs é de Visualização Científica, para a qual ainda não existem soluções genéricas. Esta dissertação propõe um modelo de MR específico para o problema de visualização das malhas de simulação em RNPs, no qual a partição descontínua do espaço, a semântica baseada em células hexaédricas e as características de visualização do problema são pontos considerados. O modelo proposto permite uma construção eficiente da estrutura de MR, a partir da qual, em tempo real, são extraídas malhas adaptativas dependentes: (a) do erro geométrico da aproximação, (b) da câmera e (c) do número desejado de polígonos na malha. Além disso, o modelo permite a utilização conjunta de outra técnica de aceleração, o descarte, possibilitando o descarte hierárquico de regiões da malha que estão fora do volume de visão. O modelo proposto foi implementado em um sistema que permitiu uma extensa bateria de testes, cujos resultados permitiram traçar algumas conclusões e recomendações. / [en] Current flow-simulation meshes of natural oil reservoirs (NOR) are composed of hundreds of thousands of hexahedral cells. The visualization of the geometry of these cells superimposed with color attributes to represent properties and flow results requires the rendering of an unstructured mesh of millions of triangles. Current graphics hardware does not allow for an interactive visualization of such meshes. As computers and graphics boards increase their processing capacity, simulation meshes also grow and the solution to the rendering problem usually includes acceleration techniques, one of which is multi-resolution (MR). However, currently known MR models are not applicable to NOR simulation meshes due to this field`s specific requirements, such as the preservation of the hexahedral- cell model and discontinuities among cells. In fact, MR techniques tend to focus on Realistic Visualization, while the NOR problem is one of Scientific Visualization, for which generic solutions still do not exist. The present work proposes a specific MR model for the visualization problem concerning NOR simulation meshes, in which discontinuous space partition, hexahedral-cell-based semantics and the problem`s visualization characteristics are taken into account. The proposed model allows an efficient construction of a MR structure, from which, in real time, adaptive meshes can be extracted that depend on: (a) the geometric error approximation, (b) the view, and (c) the polygon budget. This model can also be used combined with another acceleration technique, frustum culling, which allows for the hierarchical elimination of regions in the mesh that are out of the view volume. The proposed model was implemented in a system on which extensive testing was performed, providing results that allowed us to draw some conclusions and recommendations.

Task of this thesis is creation of real-time simulation of the water waves. It is implemented on Mac OS X platform using OpenGL. This thesis is based on height map surface. Heigh map is computed by suming of sinusoids with complex, time-based amplitudes. Fast Fourier transformation, Phillips spectrum and gauss random generator are used to solve this problem. The thesis is also implemented on iOS platform and optimized to run on mobile devices thanks to using programmable graphic pipeline and other drawing and computing optimizations.