[pt] Este trabalho propõe uma técnica chamada de Opacidade 3D para visualização volumétrica de dados sísmicos. O grande desafio da visualização volumétrica é definir uma função de transferência multidimensional que melhor se adapte ao dado que se deseja visualizar. Será apresentada uma função de transferência que utiliza três tabelas de cores 1D para compor a uma tabela de cores 3D. O trabalho de Silva[30] sobre opacidade 2D serviu de motivação para o desenvolvimento da técnica de opacidade 3D e ao longo deste trabalho são feitas comparações entre ambos. São apresentados exemplos reproduzindo a opacidade 2D e outros mostrando como a técnica proposta pode auxiliar no estudo de determinados eventos sísmicos. / [en] This work proposes a 3D opacity technique for the volume rendering of seismic data. The greater challenge of volume rendering is to define a multidimensional transfer function better adapted to the data to be visualized. This work presents a transfer function that uses three 1D color tables to compose a 3D color table. The work from Silva[30] about 2D opacity has served as a motivation for the development of the 3D opacity technique and, hence, some comparisons are made between them. Some examples are presented in order to reproduce the 2D opacity technique and to show how the proposed technique can improve the visualization of specific seismic events.

[pt] Este trabalho apresenta uma nova proposta para a implementação de um sistema de partículas em GPU. A simulação é feita inteiramente no processador gráfico, o que elimina a transferência de dados entre a CPU e a GPU. O sistema proposto é capaz de simular partículas de diferentes diâmetros em ambientes confinados, incluindo tratamento de colisão entre partículas, restrições e colisão de partículas com o ambiente. A detecção de colisão entre as partículas é feita com base numa estrutura de subdivisão do espaço em uma grade regular de células. Em GPUs atuais, o sistema é capaz de simular um milhão de partículas a taxas iterativas. Também é proposto um método flexível para modelar os obstáculos que compõe o ambiente, permitindo a criação de diferentes cenas sem necessidade de re-codificação de shaders. O sistema é composto por diferentes shaders, responsáveis por cada etapa da simulação. Um programa de fragmentos é responsável por fazer a atualização da posição das partículas. Em seguida, um programa de vértices faz a montagem da estrutura de subdivisão espacial. As etapas seguintes (detecção e tratamento de colisão e de restrições) são efetuadas apenas por programas de fragmentos usando a técnica de relaxação. / [en] This work presents a new proposal for the implementation of a GPU-based particle system. The simulation runs entirely on the graphic processor, thus eliminating data transfer between the CPU and the GPU. The proposed system is able to simulate particles with different diameters in confined environments, including support for inter-particle collisions, constraints, and particle-obstacle collisions. Inter-particle collision detection is accomplished by subdividing the space into a regular grid of cells. On modern graphics cards, the system is able to simulate up to one million particles at interactive rate. It is also proposed a flexible approach for modeling the obstacles that define the environment, allowing the creation of different scenes without relying on shader re-coding. The system is divided in different shaders responsible for each stage of the simulation. One fragment program is responsible to advance the particles in time. After that a vertex program builds the space subdivision structure. The following stages (collision detection and response, and constraint solving) are performed only by fragment programs using the relaxation method.

[pt] Desde que foram propostos como método de otimização, os algoritmos evolutivos têm sido usados com sucesso para resolver problemas complexos nas mais diversas áreas como, por exemplo, o projeto automático de circuitos e equipamentos, planejamento de tarefas, engenharia de software e mineração de dados, entre tantos outros. Este sucesso se deve, entre outras coisas, ao fato desta classe de algoritmos não necessitar de formulações matemáticas rigorosas a respeito do problema que se deseja otimizar, além de oferecer um alto grau de paralelismo no processo de busca. No entanto, alguns problemas são computacionalmente custosos no que diz respeito à avaliação das soluções durante o processo de busca, tornando a otimização por algoritmos evolutivos um processo lento para situações onde se deseja uma resposta rápida do algoritmo (como por exemplo, problemas de otimização online). Diversas maneiras de se contornar este problema, através da aceleração da convergência para boas soluções, foram propostas, entre as quais destacam-se os Algoritmos Culturais e os Algoritmos Co-Evolutivos. No entanto, estes algoritmos ainda têm a necessidade de avaliar muitas soluções a cada etapa do processo de otimização. Em problemas onde esta avaliação é computacionalmente custosa, a otimização pode levar um tempo proibitivo para alcançar soluções ótimas. Este trabalho propõe um novo algoritmo evolutivo para problemas de otimização numérica (Algoritmo Evolutivo com Inspiração Quântica usando Representação Real - AEIQ- R), inspirado no conceito de múltiplos universos da física quântica, que permite realizar o processo de otimização com um menor número de avaliações de soluções. O trabalho apresenta a modelagem deste algoritmo para a solução de problemas benchmark de otimização numérica, assim como no treinamento de redes neurais recorrentes em problemas de aprendizado supervisionado de séries temporais e em aprendizado por reforço em tarefas de controle. Os resultados obtidos demonstram a eficiência desse algoritmo na solução destes tipos de problemas. / [en] Since they were proposed as an optimization method, the evolutionary algorithms have been successfully used for solving complex problems in several areas such as, for example, the automatic design of electronic circuits and equipments, task planning and scheduling, software engineering and data mining, among many others. This success is due, among many other things, to the fact that this class of algorithms does not need rigorous mathematical formulations regarding the problem to be optimized, and also because it offers a high degree of parallelism in the search process. However, some problems are computationally intensive when it concerns the evaluation of solutions during the search process, making the optimization by evolutionary algorithms a slow process for situations where a quick response from the algorithm is desired (for instance, in online optimization problems). Several ways to overcome this problem, by speeding up convergence time, were proposed, including Cultural Algorithms and Coevolutionary Algorithms. However, these algorithms still have the need to evaluate many solutions on each step of the optimization process. In problems where this evaluation is computationally expensive, the optimization might take a prohibitive time to reach optimal solutions. This work proposes a new evolutionary algorithm for numerical optimization problems (Quantum- Inspired Evolutionary Algorithm for Problems based on Numerical Representation - QIEA-R), inspired in the concept of quantum superposition, which allows the optimization process to be carried on with a smaller number of evaluations. The work presents the modelling for this algorithm for solving benchmark numerical optimization problems, and for training recurrent neural networks in supervised learning and reinforcement learning. The results show the good performance of this algorithm in solving these kinds of problems.

[pt] A atividade de gerenciamento de reservatórios é uma tarefa essencial que visa o desafio da otimização da explotação de reservatórios de petróleo. Como resposta a tal desafio a indústria de óleo e gás vem desenvolvendo novas tecnologias, como a de poços inteligentes. Esses poços tem objetivo de baratear as operações de restaurações mais corriqueiras através do controle de sua tecnologia. Assim, este trabalho trata do desenvolvimento de campos inteligentes e apresenta um sistema de apoio à decisão capaz de otimizar, através de algoritmos evolucionários, o processo de controle da tecnologia de poços inteligentes considerando incertezas de falha e geológica. Além disso, o sistema se propõe a apoiar na tomada de decisão pelo uso ou não de poços inteligentes, dado um reservatório pronto para ser explorado ou para receber investimentos de expansão. O controle da tecnologia de poços inteligentes (IWT - Intelligent Wells Technology) empregado nesse estudo, refere-se à operação de abertura e fechamento dos dispositivos (válvulas) existentes nesses tipos de poços. Através da otimização com algoritmos genéticos se busca uma estratégia de controle pró-ativo, em outras palavras, agir antes do efeito, onde se busca nos tempos iniciais de produção uma configuração de válvulas que seja capaz de: atrasar a chegada da frente de água aos poços produtores, antecipar a produção de óleo ou melhorar a recuperação de óleo do campo; em conseqüência, uma operação que leve à maximização do valor presente líquido (VPL). O emprego de estratégias de controle que visam beneficiar a completação identifica o campo como inteligente. Outros trabalhos abordam o problema de otimização de controle de válvulas em poços inteligentes, porém eles utilizam métodos clássicos de otimização que limitam o número de válvulas ou ainda otimizam estratégias sem considerar os intervalos de tempo desejados para manutenção das válvulas. O modelo evolucionário empregado nesse estudo, baseado em algoritmos genéticos, consegue formular uma estratégia de controle para todas as válvulas presentes em uma determinada configuração de produção, em qualquer intervalo de tempo desejado, atendendo ao critério econômico de maximizar o VPL. Para apoiar a tomada de decisão, pelo uso ou não de poços inteligentes, consideram-se incertezas de falha e geológica. O modelo proposto foi avaliado em três reservatórios petrolíferos, sendo o primeiro um reservatório sintético, e os outros dois reservatórios mais complexos com características mais próximas das reais. Os resultados encontrados indicam que o modelo proposto permite alcançar boas estratégias de controle que levam a um aumento do VPL. A principal contribuição deste trabalho é a concepção e implementação de um sistema baseado em técnicas inteligentes capaz de apoiar no desenvolvimento e gerenciamento de reservatórios petrolíferos inteligentes considerando incertezas. / [en] The reservoir management is an important task that aims at the optimization of oil reservoir exploitation. To support this challenging mission, the oil and gas industry has been developing new technologies such as intelligent wells. The purpose of these wells is to reduce costs of the most common restoring operations by control of their actuators. Thus, this work deals with intelligent fields development and presents a decision support system able to optimize, by using evolutionary algorithms, the intelligent wells technology control process considering geological and technical uncertainties. In addition, the system gives support for the decision of rather to use or not intelligent wells, given a reservoir ready to be explored or to receive expansion investments. The control of Intelligent Wells Technology (IWT), as applied in this study, refers to the opening and closing operations of valves in these types of wells. An optimization based on genetic algorithms is used to produce a pro-active control strategy, that is, one that anticipates the actions to be taken in present time in order to achieve better results in the future. Such a strategy proposes a valve configuration that will be able to: delay the water cut on producer wells, advance the oil production or benefit the oil recuperation. As a result, the obtained configuration leads to a maximization of the NPV (Net Present Value). The usage of control strategies that aim to benefit completion identifies the oil field as intelligent. Other works also deal with valve control optimization problems in intelligent wells. However, they use classical optimization methods; these methods limit the number of valves or optimize strategies without considering time. The evolutionary model, based on genetic algorithm, applied in this study, can formulate a control strategy for all valves in a certain production configuration, for any desired time interval, according to the economical criteria of NPV maximization. In order to support the decision making for the use or not of intelligent wells, technical and geological uncertainties are considered. The proposed model was evaluated in three oil reservoirs. The first one is a synthetic reservoir, simple and not real; the other two are more complex with close to real characteristics. The results obtained indicate that the proposed model allows good control strategies that increase the NPV. The main contribution of this work is the conception and implementation of a system based on intelligent techniques that is able to support the development and management of intelligent oil reservoirs considering uncertainties.

[pt] A principal motivação para realização deste trabalho é verificar a viabilidade de uso da técnica de mapeamento de textura com relevo em aplicações que exijam interação em tempo real como, por exemplo, jogos eletrônicos. Esta dissertação apresenta uma extensão ao mapeamento de textura com relevo que suporta a representação de efeitos dependentes do ponto de vista e da direção de iluminação, que antes não eram possíveis de serem representados. Além disso, propõe uma forma de paralelizar tal mapeamento entre CPU e GPU (Graphic Processor Unit), utilizando-se para isto da tecnologia de Hyper-Threading. Nesta nova abordagem, cada amostra pertencente a uma textura com relevo é aumentada para incluir três valores escalares representando o vetor normal à superfície reproduzida pela textura. Desta forma, o cálculo de iluminação pode ser efetuado por pixel. A paralelização do processo de mapeamento de textura com relevo demonstra-se favorável uma vez que são obtidos ganhos de até 37% em relação ao tempo de processamento da abordagem convencional. / [en] The main motivation for this work is to verify the feasibility of using relief texture mapping in high-demand real-time applications, such as computer games. This dissertation presents an extension to relief texture mapping that supports the representation of effects that depend of viewpoint and illumination direction, which could not be represented with previous techniques. Moreover, it proposes a way to parallelize relief texture mapping between CPU and GPU, using Hyper-Threading technology. In this new approach, each element that belongs to a relief texture is augmented to include three scalar values representing the normal vector of the reproduced surface. So, the illumination can be calculated per pixel. In the proposed approach, the parallelization of the relief texture mapping represents an acceleration of up to 37% when compared to conventional techniques.

[pt] Dispositivos portáteis dotados de computador são cada vez mais utilizados em diversos domínios de aplicações. Juntamente com as redes de telecomunicações provêem a base tecnológica para a computação móvel. Neste ambiente, os Sistemas de Gerência de Bancos de Dados (SGBDs) podem fornecer todos os mecanismos para confiança, segurança, disponibilidade, integridade e acesso eficiente a dados persistentes. Estes SGBDs podem estar localizados na rede com fio (fixa), desempenhando seu papel convencional de servidor de banco de dados, ou podem prover dados para computadores móveis e tecnologias relacionadas. Vários modelos para transações em banco de dados para o ambiente de computação móvel têm sido propostos. No entanto, não satisfazem plenamente as características únicas deste tipo de ambiente, tais como desconexões freqüentes, fraca conectividade na rede sem fio e a movimentação dos clientes. Esta tese tem por objetivo propor um modelo de computação que permita a integração de um SGBD a um ambiente de computação móvel. É apresentado um novo modelo de transações de banco de dados em múltiplos níveis no sentido de garantir o atendimento dos requisitos da computação móvel e as propriedades ACID de transações, onde há participação efetiva do SGBD. O modelo é definido em lógica de primeira ordem seguindo o formalismo ACTA. A implementação desse modelo de transações é apresentada em uma arquitetura que faz uso das abordagens de frameworks orientados a objetos e agentes de software, de forma a tratar com maior eficiência as especificidades do ambiente de computação móvel. Finalmente, é feita uma comparação entre alguns dos modelos mais relevantes de transações para bancos de dados no ambiente de computação móvel e o modelo proposto nesta tese, ressaltando o tratamento dado às propriedades ACID das transações de banco de dados. / [en] Portable computerized devices have become widely used in many different application domains and are, together with telecommunication networks, the underlying technology for mobile computing. In this environment Data- base Management Systems (DBMS) may provide reliability, security and availability, besides data integrity and efficiency persistent data access. These DBMS might be located either in conventional (fixed) networks, with the conventional data server role, or might serve global and local data for mobile computers and related technology. There are many transaction models for mobile database management. However, the particular characteristics of this mobile environment, such as frequent disconnections, weak and intermittent connectivity of wireless networks and clients movement, are not always well addressed. The goal of this thesis is to propose a computational model that enables the integration of a DBMS to a mobile environment. Indeed, we present a new multi-level database transactional model in order to handle mobile requirements and ACID transaction properties, where a DBMS is present. Our model is defined using the ACTA formalism based in first-order logic. The implementation of proposed transaction model becomes feasible through the use of object-oriented frameworks and software agents, with gave support to deal with the particularities of the mobile computing environment. Finally, we give a comparison between the most relevant transaction models for the mobile computing environment and our proposed model, emphasizing the treatment given to the ACID transactions properties.

[pt] Vivemos, atualmente, em um mundo onde as tecnologias de informação trazem inúmeras possibilidades para uma situação de conexão interpessoal permanente. Através das redes sociais, das ferramentas colaborativas de criação e da computação em nuvem, mantemos contato constante com uma gama crescente de dados gerados por todos aqueles com quem convivemos em nossos círculos sociais e profissionais. Os jovens universitários de hoje não percebem essas tecnologias como maravilhas de um mundo moderno. Membros da chamada Geração do Milênio, criados em um ambiente multimídia e interconectado, eles utilizam as ferramentas digitais de comunicação de um modo natural em seu cotidiano. Com a entrada no mercado de trabalho, essas tecnologias passam a fazer parte também de suas vidas profissionais, otimizando o trabalho em equipe e aumentando sua produtividade. Entretanto, é surpreendente como, em pleno século XXI, a maior parte destes recursos não são aproveitados em sala de aula. Observa-se um total descompasso entre o modo como os alunos pensam e trabalham fora da universidade e os métodos aplicados por seus professores. Ainda hoje, a grande maioria dos docentes, independentemente de seu nível de conhecimento técnico, inibem o uso de ferramentas digitais durante as aulas, solicitando que os alunos desliguem seus celulares e computadores portáteis e eliminando qualquer possibilidade de contato com fontes externas de informação. A utilidade desses equipamentos e tecnologias é subestimada de forma exagerada, ignorando-se o fato de que eles serão peças fundamentais durante a vida profissional dos alunos. Esta pesquisa teve por objetivo investigar o uso de métodos de trabalho colaborativo através do uso das tecnologias do cotidiano dos alunos para verificar o impacto em seu desempenho acadêmico. Para isso, foram realizados quatro experimentos controlados em turmas do curso de graduação em Design da PUC-Rio, onde a aplicação progressiva de ferramentas digitais específicas visaram uma proposta de atualização metodológica das disciplinas projetuais. Através dos experimentos, percebeu-se que os alunos são capazes de integrar as ferramentas colaborativas com facilidade em seu cotidiano acadêmico apresentando um considerável aumento na qualidade de sua produção. Concluiuse, portanto, que a introdução dessas ferramentas de um modo controlado no ambiente de ensino pode fornecer aos alunos subsídios importantes para que eles possam utilizá-las com eficiência em seu futuro profissional. / [en] We are now living in a world where information technologies give us many possibilities for permanent interpersonal connection. Through social networks, collaborative tools and cloud computing, we can keep in constant touch with a large amount of data generated by those who exist in our social and professional circles. Today’s university students don’t see those technologies as wonders from a modern world. As members of the Millennial Generation, raised in an interconnected multimedia environment, they use the digital communication tools in a very natural way in their daily lives. As they their professional lives begin, those technologies become part of their work toolset, optimizing teamwork and boosting their productivity. However, it is surprising that in the twenty-first century, most of those resources are not applied in class. There is a complete mismatch between the way the students think and work outside the university and the methods used by their tutors. It is still common to find teachers that, regardless of their technological knowledge level, inhibit the use of digital tools in class, asking their students to turn off their cellphones and portable computers and eliminating any contact with external sources of information. The usefulness of those tools are underestimated in an exaggerated way and teachers ignore the fact that they are fundamental for the students professional lives. This study was aimed at the investigation of digital collaborative methods through the use of everyday technologies as a means to verify the impact on the academic performance of the students. For this purpose, four controlled experiments were conducted in several Design classes at PUC-Rio, where the progressive implementation of digital tools led to the proposal for an update of the teaching methodologies. The experiments made it possible to verify that the students are able to integrate the collaborative tools in their academic lives with ease, demonstrating a visible improvement in their production quality. As a conclusion, the controlled introduction of those tools in the academic environment can offer important subsidies for their efficient use as the students enter their professional lives.

[pt] Síntese de Sistemas Fuzzy por Computação Evolucionária propõe uma metodologia de projeto para o desenvolvimento de sistemas fuzzy fundamentada em técnicas de computação evolucionária. Esta metodologia contempla as etapas de concepção do sistema fuzzy e a implementação em hardware do circuito eletrônico que o representa. A concepção do sistema é realizada num ambiente de projeto no qual sua base de conhecimento - composta da base de regras e demais parâmetros característicos - é evoluída, por intermédio de simulação, através do emprego de um novo algoritmo de três estágios que utiliza Algoritmos Genéticos. Esta estratégia enfatiza a interpretabilidade e torna a criação do sistema fuzzy mais simples e eficiente para o projetista, especialmente quando comparada com o tradicional ajuste por tentativa e erro. A implementação em hardware do circuito é realizada em plataforma de desenvolvimento baseada em Eletrônica Evolucionária. Um conjunto de circuitos, denominados de blocos funcionais, foi desenvolvido e evoluído com sucesso para viabilizar a construção da estrutura final do sistema fuzzy. / [en] Synthesis of Fuzzy Systems through Evolutionary Computation proposes a methodology for the design of fuzzy systems based on evolutionary computation techniques. A three-stage evolutionary algorithm that uses Genetic Algorithms (GAs) evolves the knowledge base of a fuzzy system - rule base and parameters. The evolutionary aspect makes the design simpler and more efficient, especially when compared with traditional trial and error methods. The method emphasizes interpretability so that the resulting strategy is clearly stated. An Evolvable Hardware (EHW) platform for the synthesis of analog electronic circuits is proposed. This platform, which can be used for the implementation of the designed fuzzy system, is based on a Field Programmable Analog Array (FPAA). A set of evolved circuits called functional blocks allows the implementation of the fuzzy system.

[pt] Os sistemas de gerência de workflow são freqüentemente utilizados para modelagem, monitoramento e execução coordenada de atividades realizadas por grupos de usuários em diferentes contextos. Com a atual proliferação de computadores portáteis e seu crescente poder de computação, os sistemas tradicionalmente desenvolvidos têm se mostrado, muitas vezes, excessivamente rígidos, limitando o grau de autonomia dos usuários. O objetivo deste trabalho é identificar e analisar diferentes técnicas de flexibilização e mecanismos que possam ser empregados em um sistema de gerência de work-flow destinado a dar suporte à operação desconectada. O principal desafio é garantir um nível de independência satisfatório entre grupos de pessoas trabalhando de forma conjunta que possibilite a realização coordenada de tarefas, com um objetivo global comum, em ambientes com desconexão. Para testar a viabilidade das idéias discutidas nesta dissertação, foi construído um sistema cujo projeto levou em conta os vários requisitos apresentados e que permite explorar características específicas de diferentes tipos de work-flow, buscando flexibilizar sua execução, sem comprometer a estruturação preestabelecida. / [en] Workflow management systems are frequently used for modeling, monitoring and controlling the coordinated execution of activities performed by workgroups in a variety of contexts. With the widespread use of portable computers and their growing computational power, conventional systems have often proved to be overly restrictive, effectively limiting the level of autonomy of the users involved. The primary goal of this work is to identify and analyze different flexibilization techniques and mechanisms that can be employed in a workflow management system aimed at supporting disconnected operation. The main challenge is to provide a satisfactory degree of independence among individuals in cooperating teams who share a common goal and work in disconnected environments. In order to test the viability of the ideas discussed in this dissertation, a system was built whose design met the requirements presented in the text and which allows the exploration of specific features of different kinds of workflow so as to enhance execution flexibility, without compromising the predefined structure.

[pt] Rendering Baseado em Imagens (IBR - Image-Based Rendering) é um a tendência forte em visualização devido à alta qualidade da imagem. Um dos problemas mais complexos é a composição de objetos (3D ou não) na imagem do panorama. O uso de IBR em plataformas restritas, como os celulares, encontra inúmeras dificuldades e não conta com muitos trabalhos na literatura. Este trabalho analisa as possibilidades de implementação de IBR com objetos ativos em celulares. Um protótipo é proposto e resultados são comentados. / [en] Image Based Rendering (IBR) is a strong tendence in visualization due to the high quality of the images. One of the most complex problems is the 2D/3D object composition in a panorama. The use of IBR in limited platforms, like cell phones, faces a number of problems and the literature is scarse. This work analizes the possibility of implementing IBR with active objects in cell phones. A prototype is presented and results are analyzed.