[pt] Este trabalho tem como objetivo apresentar um ambiente computacional integrado para a simulação e visualização tridimensional da dinâmica de veículos, o SVDV. O ambiente está dividido em três módulos: interface gráfica, simulação e visualização gráfica. O módulo de interface, desenvolvido em Visual Basic, gerencia os bancos de dados e serve como ligação entre os módulos de simulação e visualização gráfica. O módulo de simulação permite a inclusão de diferentes modelos de dinâmica de veículos, estando disponíveis atualmente modelos em Matlab/Simulink, Visual C++ e MS Excel. O módulo de visualização gráfica faz uso da poderosa linguagem de programação Maxscript, que emprega scripts do 3D Studio Max (3DS Max). Com esta linguagem é possível incluir inúmeros efeitos de iluminação, texturização e modelagem, disponíveis no 3DS Max, garantindo um elevado grau de realismo na visualização da simulação. / [en] This work presents na integrated computational system for the simulation and visualization of vehicular dynamics, SVDV. The system is divided in three modules: graphics interface, simulation and graphics visualization. The interface module, developed in Visual Basic, manages the databases and behaves as a link between the simulation and visualization modules. The simulation module allows the inclusion of different vehicular dynamics models. At the present stage there are models developed in Matlab/Simulink, Visual C++ and MS Excel. The graphics visualization module makes use of the powerful Maxscript programming language, a script language from 3D Studio Max (3DS Max). Hence, it is possible to incorporate a variety of illumination and texture effects and also modeling techniques from 3DS Max, thus guaranteeing a realistic visualization.

[pt] A utilização de visualizadores 3D é algo cada vez mais comum em diversos ramos de atividades. O surgimento de novas tecnologias, com o resultante aumento do poder de processamento dos computadores atuais, tornou possível a criação de ambientes virtuais 3D maiores e mais ricos em detalhes. No entanto, a navegação em ambientes 3D, especialmente os ambientes multiescala, ainda é um problema para muitos usuários. O objetivo deste trabalho é propor soluções para alguns problemas de navegação 3D, a fim de melhorar a experiência de uso nesse tipo de aplicação. Nesse sentido, são apresentadas técnicas que permitem ajustar automaticamente a velocidade de navegação, os planos de corte e o ponto de centro de rotação. É proposta também uma solução para a detecção e tratamento de colisão entre a câmera e os modelos da cena, além de uma técnica que visa impedir que os usuários fiquem perdidos quando nenhum objeto da cena é visualizado. Essas soluções são baseadas na construção e manutenção de uma estrutura chamada de cubo de distâncias (cube map, no original em inglês), que fornece informações sobre a localização espacial dos pontos da cena em relação à câmera. Atualmente em desenvolvimento no Tecgraf/PUC-Rio, o SiVIEP (Sistema de Visualização Integrado de Exploração e Produção) é um visualizador voltado para profissionais da área de exploração e produção de petróleo, que serviu para a detecção e entendimento dos problemas mencionados e para a validação das soluções implementadas. / [en] The use of 3D viewers is becoming common in several activities. The appearance of new technologies, with the resulting increase in processing power, made possible the creation of larger and richer 3D virtual environments. However, the navigation in 3D environments, especially the multiscale ones, is still a problem for many users. The goal of this work is to propose solutions to some 3D navigation problems in order to improve the user experience with this kind of application. In this sense, techniques to automatically adjust the navigation speed, the clipping planes and the rotation center are presented. It is also proposed a solution for the detection and treatment of collision between the camera and the scene, and a technique that aims to prevent users from getting lost when no scene object is visualized. These solutions are based on the construction and maintenance of a structure called cube map, which provides information about the spatial location of the scene points relative to the camera. Currently in development at Tecgraf/PUCRio, the SiVIEP (Integrated Visualization System for Exploration and Production) is a viewer aimed at professionals in the area of oil exploration and production that was used to detect and understand the mentioned problems, and also for validating the implemented solutions.

[pt] Compósitos são materiais tipicamente não homogêneos e anisotrópicos,tanto do ponto de vista microestrutural quanto de suas propriedadesmecânicas. Os mecanismos de falha são afetados pela distribuição espacial e pela qualidade da adesão na interface reforço-matriz. As técnicas tradicionais de caracterização microscópica são bastante limitadas para caracterizar este tipo de material, já que seções ou projeções bidimensionais podem não revelar completamente a microestrutura anisotrópica. Quando se busca entender a origem de mecanismos de falha, estas limitações são ainda mais importantes. Nesta dissertação foi desenvolvida uma metodologia de caracterização tridimensional baseada em microtomografia de raios-x. O material avaliado foi um compósito de matriz epóxi reforçado com fibras de vidro alinhadas unidirecionalmente. Corpos de prova (CP) foram tomografados antes e depois de ensaios de flexão em diferentes níveis de tensão. As imagens 3D foram analisadas para visualizar e quantificar vazios e trincas, tanto originados no processo de fabricação como gerados durante o ensaio mecânico. Para visualizar a evolução de defeitos com a tensão/deformação, foi estabelecido um procedimento de registro 3D entre as imagens dos CP´s como recebidos, após ensaio no regime elástico e após a falha. Uma avaliação da incerteza do procedimento foi realizada tomografando mais do que uma vez o CP, registrando e comparando as imagens 3D. Os resultados indicaram um crescimento do volume de defeitos após a falha do material. A visualização 3D de regiões específicas das tomografias permitiram identificar a formação e o crescimento de defeitos gerados pelo esforço mecânico. / [en] Composites are typically no homogeneous and anisotropic materials, both from the point of microstructural view as well mechanical properties. The failure mechanisms are affected by the spatial distribution and quality of the adhesion the interface matrix-reinforcement. The traditional techniques of microscopic characterization are enough limited to characterize this type of material since sections or two-dimensional projections may not fully reveal the anisotropic microstructure. When search to understand the origin of failure mechanisms, these limitations are even more important. In the present work, a three-dimensional characterization methodology based on X-ray microtomography was developed. The material evaluated was an epoxy matrix composite reinforced with glass fibers unidirectionally aligned. The samples (CP) were tomographed before and after the bending tests at different loads. The 3D images were analyzed to identify and quantify voids and cracks, both defects were originated in the process of manufacturing as were generated during the mechanical tests. A 3D registration procedure was developed between the sample images obtained before and after the bending tests, in the elastic range and after the failure. An assessment of the uncertainty of the procedure was performed doing more than one tomography of the samples as received, registering and comparing the resulting 3D images. The results showed a clear increase in the volume of the defects after material failure. The 3D visualization of specific regions of the tomographies allowed the identification of the formation and the growth of these defects generated by the mechanical stress.

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[pt] Visualizações 2D e 3D podem ser válidas para diferentes finalidades. Visualizações 2D podem diminuir a oclusão de partes específicas, mostrar ângulos e distâncias sem distorções e permitir posicionamento e navegação mais precisas. Já as visualizações 3D podem prover uma visão geral do espaço, ilustrar formas, oferecer noções de tamanho e distância e suportar navegação livre, além de permitir ao usuário compreender como é aquele lugar na realidade ou rapidamente reconhecê- lo quando já o conhece fisicamente. Apesar das vantagens do ambiente 3D, ainda nos deparamos com alguns desafios neste ambiente, como a oclusão de objetos, que, em um ambiente de monitoramento em tempo real, pode trazer alguns perigos. O objetivo principal desta pesquisa é proporcionar um ambiente que apóie um cenário de monitoramento de plantas industriais, explorando técnicas de visualização da informação e dados científicos, integrados em um ambiente que mescla 2D e 3D e determinando como informações importantes serão mostradas para chamar a atenção do usuário através de alertas sobre situações de risco. Atualmente, este monitoramento é realizado sobre uma planta 2D e alguns fatores motivaram a migração deste tipo de visualização para o 3D, como a facilidade na percepção do mapeamento para a visão real, comunicação entre diferentes equipes que não conhecem a planta e a intenção de futuramente tornar o sistema de operação uma parte integrada de outras áreas de atuação que já utilizam ambientes 3D. Desta forma, este trabalho tem como principal questão de pesquisa investigar meios de combinar tais técnicas, propondo formas de lidar com a oclusão, as dificuldades da navegação no ambiente 3D e diferentes formas de chamar a atenção do usuário, considerando tanto os eventos que estão em seu campo de visão quanto àqueles que estão fora do seu campo de visão. / [en] 3D Visualization can be valid for different purposes. 2D visualizations can decrease the occlusion in specific parts, show undistorted angles and distances and enable precise positioning and navigation. Already the 3D visualization can provide an overview of the space, illustrate shapes of objects, offering precise notions of size and distance and support free navigation, and allows the user to understand how this place is in reality or quickly recognize it when the place is already known physically. Despite the advantages of the 3D environment, we are still encountering some challenges in this environment, such as the occlusion of objects, which, in an environment of real-time monitoring, can bring some dangers. The main objective of this research is to provide an environment that supports a scenario of industrial plants monitoring in real time, exploring techniques of information visualization and scientific data in an integrated environment that mixes 2D and 3D visualizations, determining how important information will be displayed to call the user’s attention through warnings about risky situations. Currently, this monitoring is made on a 2D space plant and some factors motivated the migration of this type of visualization for the 3D environment, such as ease the perception of the mapping to the action vision, communication between different teams who do not know the plant and the intention of, in the future, make the operation system an integrated part of other areas of expertise that already use this 3D environment. Thus, this study’s main research question is to investigate ways of combining these techniques and propose ways to handle the occlusion, the difficulties of navigation in the 3D environment and different ways to draw the user’s attention, considering both the events that are in his field of vision as those who are outside of his field of view (due to the possibility of free navigation).

[pt] Um grande número de aplicações requer um sistema de visualização que proporcione múltiplas visões de um ambiente virtual animado. Uma solução natural é a disposição de múltiplos dispositivos de visualização ao redor de um usuário, de forma a compor uma vista panorâmica da cena. Em um arranjo mais elaborado, vistas panorâmicas do ambiente virtual, obtidas a partir de diferentes pontos de vista, são fornecidas simultaneamente a diferentes usuários. Cada cena panorâmica apresentada ao usuário é formada pela composição das imagens geradas em cada superfície de visualização. Desta forma, é possível imaginar cada dispositivo de visualização como sendo uma janela para o ambiente virtual.O uso desta tecnologia visa realçar a percepção humana e aumentar o grau de imersão dos usuários. Isto é alcançado através do aumento quantitativo dos estímulos visuais fornecidos, decorrente do uso de múltiplas janelas. Uma abordagem tradicional para o desenvolvimento de um sistema deste tipo é baseada em sistemas especializados, que utilizam hardware dedicado, responsável pelo controle e processamento centralizado de todos os dispositivos de visualização. Este trabalho propõe uma arquitetura distribuída que proporcione maior escalabilidade, portabilidade e flexibilidade ao sistema de visualização utilizando uma rede heterogênea e estações gráficas de baixo custo. A arquitetura proposta objetiva dar suporte ao desenvolvimento de aplicações que apresentem um resultado visual consistente do ambiente virtual. Para isso, são apresentadas técnicas para garantir o sincronismo e a integridade entre as diversas estações. / [en] A great number of applications requires a visualization system that provides multiple visions of an animated virtual environment. A natural solution is the disposal of multiple devices of visualization around an user, in order to compose a panoramic sight of the scene. In a more elaborated arrangement , panoramic scenes of the virtual environment, acquired from different points of view, are provided simultaneously to different users. Each panoramic scene presented to the user is constituted by the composition of the images generated in each surface of visualization. Therefore, it is possible to imagine each device of visualization as being a window to a virtual environment. The use of this technology aims at to enhance the perception of human beings and to increase the degree of user s immersion. That is reached through the quantitative increase of the supplied visual stimulatons, decurrent of the use of multiple windows. A traditional approach for the development of this kind of system is based on specialized systems, that use the dedicated hardware, responsible for the control and processing centered of all the visualization devices. This work considers a distributed architecture that provides to greater scalability, portability and flexibility to the visualization system using an heterogeneous net and graphical stations of low cost. The architecture s proposal is to to support the development of applications that present a consistent visual result of the virtual environment. Thereunto, techniques are presented to guarantee the synchronism and the integrity between the various stations.

Thesis (M.C.S.)--Miami University, Dept. of Computer Science and Systems Analysis, 2007. / Title from first page of PDF document. Includes bibliographical references (p. 86-88).

[pt] A caracterização tridimensional tem sido mais utilizada na área da ciência dos materiais devido à necessidade de melhor compreensão e resultados mais precisos acerca da microestrutura dos materiais, que não são completamente revelados pelas técnicas tradicionais de microscopia bidimensional. No presente trabalho dois tipos de técnicas de caracterização 3D foram utilizadas: MicroTC - Microtomografia de Raios-X (com tomógrafos de bancada e baseados em fonte síncrotron) e FIB-SEM (feixe de íons focalizados acoplados a um MEV). Estas técnicas foram aplicadas a um sistema específico: descontinuidades em metal de solda subaquática molhada. Estas descontinuidades (poros, trincas e inclusões) apresentam tamanhos típicos variando de nanômetros a dezenas de micrômetros. Além disso, apresentam formas, distribuição espacial e orientação bastante variada e complexa. Assim, esta tese apresenta o desenvolvimento de metodologia de aquisição, processamento, análise e visualização 3D de poros, trincas e inclusões em solda subaquática molhada, a partir de imagens obtidas por MicroTC e FIB-SEM. As técnicas de aquisição foram otimizadas para os diferentes tipos de descontinuidades. Rotinas especializadas de processamento e análise de imagens foram criadas, sempre que possível utilizando um ambiente de software livre (FIJI/ImageJ). Diversas medidas foram automaticamente obtidas: número de objetos, volume, fração volumétrica, área superficial, diâmetro de Feret, espessura, esfericidade e compacidade. Além disso, a construção de imagens 3D permitiu observar a forma e a distribuição espacial das descontinuidades presentes. Visando avaliar a sensibilidade para detecção de trincas por MicroTC, um corpo de prova com seção variável foi submetido a um ensaio de tração, de forma que as diferentes seções sofressem diferentes valores de tensão. Foi verificada uma correlação positiva entre o valor de tensão e o número, comprimento e espessura das trincas detectadas. Este experimento também revelou o impacto da resolução espacial e do ruído sobre a possibilidade de detectar as trincas de forma acurada. / [en] 3D characterization is growing quickly in materials science due to the demands of better microstructural characterization, which cannot be fully achieved with the traditional 2D microscopy techniques. In this work, two types of 3D characterization techniques were employed: MicroCT – microcomputed x-ray tomography (with both bench top and synchrotron sources) and FIB-SEM (focused ion beam coupled to SEM). These techniques were applied to a specific system: discontinuities in underwater wet welds. These discontinuities (pores, cracks and inclusions) range in size from nanometers to tens of microns. Moreover, they present complex and varied shapes, spatial distribution and orientation. Thus, this thesis presents the development of methodology for the acquisition, processing, analysis and visualization of pores, cracks and inclusions in underwater wet welds, from images obtained by MicroCT and FIB-SEM. The acquisition techniques and conditions were optimized for the different kinds of discontinuities. Specialized routines for image processing and analysis were developed, employing a free software environment whenever possible (FIJI/ImageJ). Several measurements were automatically obtained: number of objects, volume, volume fraction, surface area, feret diameter, thickness, sphericity and compacity. Moreover, the rendering of 3D images allowed the observation of the shape and spatial distribution of the discontinuities in the weld metal. To evaluate the detection sensitivity of cracks by MicroCT, a specimen with varied cross-sections was submitted to a tensile test, so that the different sections were submitted to to different stress values. A positive correlation was observed between the stress value and the number, length and thickness of the detected cracks. This experiment also showed the influence of spatial resolution and noise upon the possibility of detecting cracks accurately.

[pt] Na indústria do petróleo estudam-se os chamados métodos de recuperação melhorada de óleo, que visam melhorar a varredura macroscópica do reservatório e reduzir a saturação de óleo residual nas regiões varridas pela injeção da fase aquosa. Este trabalho apresenta um estudo fundamental do processo de injeção de emulsões óleo-água como método de recuperação melhorada. O meio poroso utilizado nos estudos foi um empacotamento de esferas de vidro. O meio poroso foi inicialmente saturado com óleo. O deslocamento de óleo foi realizado através da injeção sequencial de água, emulsão e água. Microtomografia de raios-X foi utilizada para determinar a distribuição das fases aquosas e oleosas ao final de cada etapa do processo de injeção. Processamento das imagens 3D obtidas permitiram a quantificação do efeito da injeção de emulsão no desvio do caminho preferencial da fase aquosa e na distribuição e tamanho de gânglios de óleo residual, gerando recuperações incrementais com relação a injeção de água. / [en] In the oil industry, the so-called enhanced oil recovery methods are studied, which aim to improve the macroscopic scanning of the reservoir and reduce the residual oil saturation in the regions swept by the injection of the aqueous phase. This work presents a fundamental study of the process of injection of oil-water emulsions as an improved recovery method. The porous medium used in the studies was a glass bead packaging. The porous medium was initially saturated with oil. The oil displacement was performed through the sequential injection of water, emulsion and water. X-ray microtomography was used to determine the distribution of the aqueous and oily phases at the end of each step of the injection process. Processing of the 3D images obtained allowed the quantification of the effect of emulsion injection on the deviation of the preferred path of the aqueous phase and the distribution and size of residual oil ganglia, generating incremental recoveries in relation to a water injection.

The analysis of heterogeneous, complex data sets has become important in many scientific domains. With the help of scientific visualization, researchers can be supported in exploring their research results. One domain, where researchers have to deal with spatio-temporal data from different sources including simulation, observation and time-independent data, is meteorology. In this thesis, a concept and workflow for the 3D visualization of meteorological data was developed in cooperation with domain experts. Three case studies have been conducted based on the developed concept. In addition, the concept has been enhanced based on the experiences gained from the case studies. In contrast to existing all-in-one software applications, the proposed workflow employs a combination of existing software applications and their extensions to make a variety of already implemented visualization algorithms available. The workflow provides methods for data integration and for abstraction of the data as well as for generating representations of the variables of interest. Solutions for visualizing sets of variables, comparing results of multiple simulation runs and results of simulations based on different models are presented. The concept includes the presentation of the visualization scenes in virtual reality environments for a more comprehensible display of multifaceted data. To enable the user to navigate within the scenes, some interaction functionality was provided to control time, camera, and display of objects. The proposed methods have been selected with respect to the requirements defined in cooperation with the domain experts and have been verified with user tests. The developed visualization methods are used to analyze and present recent research results as well as for educational purposes. As the proposed approach uses generally applicable concepts, it can also be applied for the analysis of scientific data from other disciplines. / In nahezu allen Wissenschaftsdisziplinen steigt der Umfang erhobener Daten. Diese sind oftmals heterogen und besitzen eine komplexe Struktur, was ihre Analyse zu einer Herausforderung macht. Die wissenschaftliche Visualisierung bietet hier Möglichkeiten, Wissenschaftler bei der Untersuchung ihrer Forschungsergebnisse zu unterstützen. Eine der Disziplinen, in denen räumlich-zeitliche Daten aus verschiedenen Quellen inklusive Simulations- und Observationsdaten eine Rolle spielen, ist die Meteorologie. In dieser Arbeit wurde in Zusammenarbeit mit Experten der Meteorologie ein Konzept und ein Workflow für die 3D-Visualisierung meteorologischer Daten entwickelt. Dabei wurden drei Fallstudien erarbeitet, die zum einen auf dem erstellten Konzept beruhen und zum anderen durch die während der Fallstudie gesammelten Erfahrungen das Konzept erweiterten. Der Workflow besteht aus einer Kombination existierender Software sowie Erweiterungen dieser. Damit wurden Funktionen zur Verfügung gestellt, die bei anderen Lösungsansätzen in diesem Bereich, die oft nur eine geringere Anzahl an Funktionalität bieten, nicht zur Verfügung stehen. Der Workflow beinhaltet Methoden zur Datenintegration sowie für die Abstraktion und Darstellung der Daten. Es wurden Lösungen für die Visualisierung einer Vielzahl an Variablen sowie zur vergleichenden Darstellung verschiedener Simulationsläufe und Simulationen verschiedener Modelle präsentiert. Die generierten Visualisierungsszenen wurden mit Hilfe von 3D-Geräten, beispielsweise eine Virtual-Reality-Umgebung, dargestellt. Die stereoskopische Projektion bietet dabei die Möglichkeit, diese komplexen Daten mit verbessertem räumlichem Eindruck darzustellen. Um dem Nutzer eine umfassende Analyse der Daten zu ermöglichen, wurden eine Reihe von Funktionen zur Interaktion zur Verfügung gestellt, um beispielsweise Zeit, Kamera und die Anzeige von 3D-Objekten zu steuern. Das Konzept und der Workflow wurden entsprechend der Anforderungen entwickelt, die zusammen mit Fachexperten definiert wurden. Des Weiteren wurden die Anwendungen in verschiedenen Entwicklungsstadien durch Nutzer getestet und deren Feedback in die Entwicklung einbezogen. Die Ergebnisse der Fallstudien wurden von den Wissenschaftlern benutzt, um ihre Daten zu analysieren, sowie diese zu präsentieren und in der Lehre einzusetzen. Da der vorgeschlagene Workflow allgemein anwendbare Konzepte beinhaltet, kann dieser auch für die Analyse wissenschaftlicher Daten anderer Disziplinen verwendet werden.