[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] 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.

[pt] Um dos principais objetivos da computação gráfica é a geração de imagens fotorrealistas, ou seja, imagens indistinguíveis das de uma capturada por uma câmera real ou, mais ambiciosamente, imagens que provocam a mesma sensação no sistema visual de um observador quando olhando diretamente para uma cena. Aplicações incluem o projeto de iluminação, a arquitetura, a realidade virtual e a indústria do cinema. Esse trabalho apresenta a arquitetura de um sistema capaz de resolver, por técnicas de Monte Carlo, a equação do transporte da luz, essencialmente uma aproximação das equações de Maxwell para ótica geométrica. Além de ser um renderer funcional, o sistema é implementado na forma de um framework em cima do qual pode-se facilmente experimentar idéas na área de síntese de imagens fotorrealistas, como, por exemplo, diferentes materiais, geometrias, estruturas de aceleração e estratégias de integração. / [en] One of the main goals in computer graphics is to create photorealistic images, that is, images indistinguishable from the ones captured by a real camera, or, more ambitiously, images that cause the same sensation on the visual system of an observer looking directly at a scene. Applications include illumination design, architecture, virtual reality and the movie industry. This work presents the architecture of a renderer that solves by Monte Carlo techniques the light transport equation, essentially a geometric optics approximation of Maxwell´s equations. The system is not only a functional renderer but also a framework where we can easily experiment new ideas in photorealistic image synthesis, such as new materials, geometries, acceleration structures and integration techniques.

[pt] Este trabalho apresenta um estudo comparativo de algumas representações em multi-resolução para linhas poligonais. São estudados as estruturas strip tree, arc tree e box tree, e suas variantes, comparando as velocidades de construção, de percorrimento (drawing), de operações de interseção e seleção (pick); e custo de armazenagem em memória. A comparação é feita usando bancos de dados cartográficos reais disponíveis na Internet. O objetivo do estudo é identificar técnicas e algoritmos adequados para exploração interativa de grandes bancos de dados cartográficos. / [en] This work presents a comparative study of some multiresolution representations for polygonal lines. We study the strip tree, the arc tree and the box tree data structures, comparing their performance for construction, drawing, intersection and selection; and memory storage costs. The comparation uses actual databases available in the Internet. The goal of this study is to identify techniques and algorithms for interactive exploration of large cartographic data bases.

[pt] Esta tese visa o desenvolvimento de um ambiente integrado para o controle da geração e representação de histórias interativas dinâmicas. A geração é realizada por um processo de simulação, resultando em um conjunto de operações parcialmente ordenado que define o enredo da história. Esta história deve então ser representada graficamente por meio de um motor gráfico. Estão sendo utilizadas técnicas cinematográficas para capturar a essência das cenas, compostas por um ambiente virtual 3D, que possuem personagens e objetos. Para o desenrolar da história, os personagens, implementados como agentes reativos, interagem entre si em um ambiente multiagente e com a cena. Cada agente encapsula recursos que os permitem fazer a representação gráfica dos eventos típicos das histórias. A arquitetura como um todo é projetada para servir como meio de geração de conteúdo para a TV interativa. / [en] This thesis aims at the development of an integrated tool for managing both the generation and representation of dynamic interactive stories (storytelling). The story generation is accomplished by a simulation process resulting in a set of partially ordered operations that define the plot of the story. This story should then be graphically represented by means of a 3D engine. It has been used cinematographic techniques to capture the essence of the scenes, which are composed by a virtual 3D environment, including characters and objects. Characters, implemented as reactive agents, interact among each other in a multi-agent system and with the scene to accomplish the plot of the narrative. Each agent encapsulates resources that allow them to graphically represent typical events of stories. The overall architecture is designed as a source for Interactive TV content.

[pt] Oclusão ambiente é uma técnica barata de simular a iluminação ambiente indireta de forma realista. Nesta dissertação, propõe-se elaborar um método de oclusão ambiente produzindo resultados de boa qualidade em tempo real. Através da utilização de um eficiente método de voxelização, cria-se uma descrição volumétrica da geometria em uma grade regular. Durante a renderização da cena, o hemisfério em torno de cada ponto visível é amostrado por diversos cones, cada um equivalendo ao lançamento de múltiplos raios. O volume de cada cone é amostrado por uma série de esferas e estas são utilizadas para determinar o volume do cone obstruído pela geometria da cena. Ao acumular os resultados de cada esfera em cada cone, e de cada cone no hemisfério, a oclusão ambiente causada pela geometria em cada ponto visível pelo observador é estimada. Esta estratégia mostra-se adequada, pois a interseção de cada esfera com a cena voxelizada pode ser feita de forma muito eficiente. / [en] Ambient occlusion is a low-cost technique to simulate indirect ambient illumination in a realistic way. In this dissertation, we propose an ambient occlusion method that achieves good quality results in real time. Using an efficient voxelization algorithm, we create a volumetric description of the geometry in a regular grid. During the scene rendering, the hemisphere around each visible point is sampled by several cones, each one corresponding to the trace of multiple rays. The volume of each cone is sampled by a serie of spheres, which are used to compute the cone s volume obstructed by the scene geometry. The occlusion caused by the geometry at each visible point is estimated by accumulating each sphere result in the cones and each cone result in the hemisphere. We found this approach to be adequate, since the intersection of each sphere with the voxelized scene can be performed in a very efficient manner.

[pt] Campos vetoriais são resultados comuns em simuladores físicos. Simulações em modelos de reservatórios de petróleo podem nos fornecer, por exemplo, dados relativos ao fluxo de óleo, água e gás. Para um melhor entendimento de tais dados, entretanto, é interessante o uso de uma técnica de visualização que permita a identificação de características locais e tendências globais no campo. Este trabalho propõe uma técnica para visualização de campos vetoriais 3D baseada em GPU que utiliza o algoritmo de convolução de integral de linha (LIC) em 2D para a visualização da componente tangencial à superfície projetada no espaço da tela. Dados relativos à magnitude e componente normal são apresentados através de uma escala de cores bidimensional. Para fixar a imagem resultante do LIC no modelo é proposto um esquema simples baseado em coordenadas de texturas aleatórias, eliminando a necessidade de textura sólida 3D para armazenar o ruído branco. Filtros para animação da imagem de LIC foram adaptados para permitir velocidade variável de acordo com a magnitude do campo. Para melhoria da imagem final, o algoritmo de LIC é aplicado em duas passadas e o resultado é submetido a um filtro de passa-alta. O framework desenvolvido como parte do trabalho foi explorado no contexto da visualização de fluxos em modelos de reservatório de petróleo e de gradientes de altura em terrenos. No caso específico de reservatórios, é proposta uma variação da técnica que permite visualização simultânea de fluxos de óleo, gás e água. / [en] Vector fields are common results of physics simulators. Simulations over black-oil reservoirs, for instance, can generate oil, water and gas flow data. For a better understanding of such data, however, it s interesting to use a visualization technique that allows a better identification of local characteristics and global tendencies of the field. This work proposes a technique for visualization of 3D vector fields that is GPU-based and uses the 2D line integral convolution (LIC) algorithm to visualize the component tangential to the surface projected on screen space. Data related to magnitude and normal component are presented through a 2-dimensional color scale. A simple scheme based on randomly generated texture coordinates is proposed to fixate the resulting LIC image to the model, avoiding flickering during model manipulation and eliminating the need for a solid 3D texture noise. For animation, we adjust the use of filters to ensure that the animation speed varies in accordance to the field magnitude. To enhance the final image, the LIC algorithm is applied in two passes and the result is put through a high-pass filter. The framework developed as part of this work has been applied in the context of visualizing flow in black-oil reservoir models and height gradients in terrains. In the specific case of reservoirs, a variation from the main technique is proposed to allow simultaneous visualization of oil, gas and water flows.

[pt] Muitas são as aplicações onde se faz necessário transmitir modelos 3D via Internet. Entre eles merece destaque o compartilhamento de dados entre ambientes colaborativos situados em diferentes localidades. Este compartilhamento permite a sua análise e visualização, porém restrições de largura de banda da rede (Internet/Intranet) assim como o custo de armazenamento limitam a complexidade do modelo a ser transmitido/armazenado. As malhas geométricas são utilizadas em diferentes áreas da computação gráfica e visualização científica, como exemplos podem se citar elementos finitos os quais são utilizados em modelos CAD, jogos, modelagem de terrenos, geometria computacional entre outros. Devido à grande complexidade das malhas, estas são processadas por meios computacionais usando alguma estrutura de dados que represente da melhor forma o modelo em questão. A principal motivãção deste trabalho é verificar a viabilidade do uso de uma nova estrutura de dados para representar e comprimir malhas irregulares (triângulos e quadrângulos). Nesta nova abordagem será apresentada a estrutura de dados CHalfEdge. Ela usa os conceitos e idéias da representação HalfEdge e esta por sua vez possui um baixo custo de armazenamento e mantém um alto poder de expressão. Neste trabalho é desenvolvido tambem um algoritmo de compressão de malhas triangulares e/ou quadrangulares com suporte a alças. Este novo algoritmo proposto é uma extensão da compressão de malhas triangulares EdgeBreaker. / [en] Many applications need to transmit 3D models over the Internet, among those data sharing between collaborative environments situated in different locations. Those data sharing aim to analyze and visualize them but bandwidth constraints and storage costs limit the complexity of models than can be transmitted/stored. Polygonal meshes are used in different areas of Computer Graphics and Scientific Visualization. For instance, finite elements and boundary representations are used in CAD models, games, terrain modelling, etc. Due the great complexity of those meshes, they must be represented by a specific data structure that suits them. The main motivation of this work is to verify the feasibility of the use of a new data structure to represent and to compress irregular meshes (triangles and quads). It is introduced the CHalfEdge data structure based on the ideas of the HalfEdge data structure, which are used to represent models by boundary representation. In this work it is also proposed a new algorithm to compress and decompress irregulars meshes with genus, this new algorithm is an extension of the EdgeBreaker compression for regular meshes.

[pt] A interpretação tridimensional de conjuntos densos de linhas exige o uso de modelos de iluminação mais elaborados. A oclusão ambiente é uma técnica utilizada para simular, de forma realista e barata, a iluminação ambiente indireta. Este trabalho apresenta um novo algoritmo para renderização de linhas com oclusão de ambiente. O algoritmo proposto é baseado na voxelização da cena e no cálculo do volume ocupado do hemisfério associado a cada ponto do linha. Propõe-se uma adaptação no algoritmo de voxelização de cenas 3D formada por sólidos para o tratamento correto da cena formada por linhas. Assim, uma descrição volumétrica da geometria é criada em um buffer de textura. O hemisfério em torno de cada ponto visível é amostrado por diversos pontos, e para cada amostra se acessa um prisma, cujo volume ocupado é calculados a partir da voxelização. Ao acumular os resultados de cada amostra, estima-se a oclusão de ambiente causada pela geometria em cada ponto visível pelo observador. Esta estratégia mostra-se adequada, pois tem como resultado imagens com alta qualidade em tempo real para cenas com grande complexidade. / [en] The three-dimensional understanding of dense line sets requires the use of more sophisticated lighting models. Ambient occlusion is a technique used to simulate realistically and efficiently, the indirect ambient lighting. This paper presents a new algorithm for rendering lines with ambient occlusion. The proposed algorithm is based on the voxelization of the scene and on the computation of occlusionin the hemisphere associated to each visible point. It is proposed an adaptation of the voxelization algorithm of 3D scenes made up of solids to the correct treatment of the scene formed by lines. Thus, a volumetric geometry description is created in a texture buffer. The hemisphere around every visible point is sampled by several points, and for each sample is generated a prism, which occluded volume is calculated from the voxelization. By accumulating the results of each sample, the estimated ambient occlusion caused by the geometry at each point visible to the observer is computed. This strategy proved to be appropriate, resulting in high-quality images in real time for complex scenes.

[pt] Modelagem de canais turbidíticos é um tema muito presente nas pesquisas da extração do petróleo. O desafio encontra-se em elaborar formas de extração e identificação desses canais em uma superfície pré-determinada. De outro lado, tem-se a sísmica que pode gerar, no resultado final da captação, listas de probabilidades do acúmulo de hidrocarbonetos desta superfície. Unindo estes assuntos, o objetivo deste trabalho é criar um modelo de extração de canais turbidíticos a partir de superfícies interpretadas pela sísmica, utilizando técnicas computacionais e, em particular, um algoritmo de erosão volumétrica. Além do modelo final proposto nesta pesquisa, uma contribuição foi agregar uma particularidade probabilística do dado 3D, em estudo, no algoritmo de erosão utilizado. / [en] Turbidite channels modeling is a very present theme in oil extraction research. The challenge lies in elaborating ways of extracting and identifying these channels on a predetermined surface. On the other hand, seismic data can generate, in the final result of the capture, lists of probabilities of the accumulation of hydrocarbons on this surface. Bringing these subjects together, the objective of this work is to create a model for the extraction of turbiditic channels from surfaces interpreted by Seismic, using computational techniques and, in particular, a volumetric erosion algorithm. In addition to the proposed model in this research, one contribution was to add a probabilistic particularity of the 3D data in the erosion algorithm used.