[pt] Projetos recentes de Estruturas Offshore criaram a necessidade de prototipação virtual de modelos de CAD massivos. Esses modelos tipicamente têm centenas de milhões de triângulos e, por essa razão, não podem ser enviados diretamente para as placas gráficas atuais que podem renderizar interativamente apenas alguns milhões de triângulos. Existem várias abordagens para lidar com esse problema incluindo uma nova estratégia de uso de impostores baseada na visualização de Voxels. Essa estratégia é promissora, já que lida bem com níveis de detalhe, oclusão e armazenamento em memória secundária. Esta dissertação apresenta uma variação do algoritmo de Voxels Distantes (Far Voxels), que é implementada e testada sobre modelos de CAD típicos. Finalmente, a partir desses testes, a dissertação apresenta algumas conclusões e sugestões para trabalhos futuros. / [en] Current projects of Offshore Structures require virtual prototyping of huge CAD models. These models usually have hundreds of millions of triangles and for this reason they cannot be sent directly to current graphical boards that can render interactively only a few millions of triangles. There are many different approaches to deal with this problem including a new impostor strategy based on Voxel visualization. This strategy is promising because it deals well with level of detail, occlusion and out of core model storage. This dissertation presents a variant of the Far Voxels algorithm. This variant is implemented and tested against typical CAD models. Finally, from these tests, the dissertation presents some conclusions and suggestions for future work.

[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] Sistemas computadorizados de vigilância de veículos têm despertado grande interesse devido à demanda para automatizar tarefas que atualmente são realizadas por operadores humanos. Porém, para realizar estas tarefas é preciso resolver alguns problemas clássicos de visão computacional como sombras, oclusões e variação de iluminação. Este trabalho propõe algoritmos em tempo real para máquinas de baixo custo com o objetivo de rastrear, classificar e determinar a velocidade de cada veículo de uma rodovia. / [en] Vehicle surveillance computerized systems have grown great interest due to the automatizing duties demand, which recently executed by computer vision like shadows, occlusion and light variation have to be solved. The present work proposes real time algorithms for low cost machines focused on tracking, classifying and determining each vehicle`s speed on a highway.

[pt] A tecnologia multitoque vem se configurando nos últimos anos como tendência. As interfaces multitoque permitem interagir com um objeto virtual diretamente, de maneira parecida com um objeto real. Porém, esta tecnologia não tem só vantagens. Há várias questões a serem resolvidas quanto à precisão da manipulação, à oclusão, à separabilidade das manipulações, etc. As interfaces multitoque permitem múltiplas transformações espaciais, que podem ser realizadas em um objeto virtual mediante um gesto só. Por exemplo, um objeto pode ser rotacionado, escalado e transladado com dois dedos em um único gesto. Porém, alguns movimentos indesejados podem ocorrer acidentalmente. A técnica da separabilidade surge com a intenção de evitar operações indesejadas sobre superfícies multitoque. A oclusão é outro problema que ocorre em interfaces multitoque. Muitas vezes a mão do usuário esconde a visão do objeto com o qual se interage, ou então alguma ação da interface atrapalha a movimentação quando se clica sobre o local que dispara essa ação. Este trabalho estuda e propõe duas técnicas de separabilidade, para tentar diminuir os problemas que surgem devido ao excesso de liberdade das manipulações em interfaces multitoque, e avalia a eficácia dessas técnicas. As técnicas desenvolvidas não são só aplicáveis em objetos virtuais simples, também são para objetos virtuais do tipo WIMP (windows, icons, menus, pointer), com o objetivo de diminuir a oclusão. Uma série de testes foi feita para avaliar pontos como a precisão, oclusão, tempo para a realização das tarefas e facilidade de uso. / [en] The multitouch technology is emerging as a trend in recent years. The multitouch interfaces allow interacting with a virtual object directly, similar to a real object. However, this technology has not only advantages. There are several issues to be resolved, such as the accuracy of the manipulation, the occlusion, the separability of the manipulation, etc. The multitouch interfaces allow multiple spatial transformations that can be performed on a virtual object with only a gesture. For example, an object can be rotated, translated and scaled with two fingers with a single gesture. However, some unwanted movements may occur accidentally. The technique of separability appears with the intent to prevent unwanted movements on multitouch surfaces. Occlusion is another problem that occurs in multitouch interfaces. Often the user s hand hides the vision of the object with which he/she interacts; or the user s action on interface hinders the movement when it clicks on a bottom that triggers action. This dissertation studies, proposes and evaluates two techniques of separability, aiming to reduce the problems that arise due to excessive freedom of manipulation in multi-touch interfaces, and evaluates the efficiency of these techniques. The techniques developed are not only applicable in simple virtual objects; they are also for WIMP (windows, icons, menus, pointer) objects, aiming to reduce occlusion. A series of tests was performed to evaluate precision, occlusion time for completion of task, and ease of use.

[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] 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] A visualização volumétrica é uma técnica amplamente utilizada para visualizar dados escalares tridimensionais. Para melhorar a percepção de profundidade e forma, diversas técnicas de iluminação foram propostas, adicionando diferentes tipos de efeitos. Neste trabalho, foi explorada uma nova estratégia para calcular oclusão de ambiente direcional e sombras para volume ray casting. Ela consiste em avaliar a oclusão de um traçado de cone atraves de integrais Gaussianas posicionadas de maneira discreta ao longo do eixo do cone. O valor resultado é utilizado para adicionar oclusão de ambiente direcional e sombras. A partir dos coeficientes de extinção dados pela função de transferência, um volume extra é gerado computando amplitudes representativas de distribuições Gaussianas. O Mipmapping também é utilizado para avaliar de maneira efetiva integrais Gaussianas em diferentes tamanhos posicionadas ao longo do eixo principal do cone, adaptando uma estratégia de circle packing in a circle. Nos resultados, é demonstrado que o método proposto obteve um melhor balanço entre performance e qualidade, comparado com trabalhos propostos anteriormente, com a vantagem de combinar oclusão de ambiente direcional e sombras utilizando o mesmo framework. Em seguida, exploramos três estratégias de visualização volumétrica para reservatórios de petróleo, representados por malhas irregulares contendo distorções geométricas e descontinuidades. Estes algoritmos foram implementados a partir de uma representação compacta que guarda o modelo em GPU. Testes comparativos de performance e qualidade foram feitos utilizando diferentes modelos de reservatório. Por fim, investigamos o ganho de percepção ao adicionar a nossa proposta de oclusão de ambiente direcional. Os algoritmos foram todos implementados utilizando programação de shaders para capacitar a geração de visualizações interativas. / [en] Volume rendering is a widely used technique to visualize 3D scalar data. To enhance visual shape and depth perception, distinct illumination techniques have been proposed, adding different types of lighting effects. In this thesis, we explore a new strategy to compute directional ambient occlusion and shadows for volume ray casting. Our algorithm computes occlusion of traced cones by evaluating Gaussian integrals at discrete samples along the cone axis. The computed occlusion is then used to add directional ambient occlusion effects and to generate shadows. Given the extinction coefficient data volume, we create one extra volume computing representative amplitudes of Gaussian functions. Mipmapping is then used to effectively evaluate Gaussian integrals with different sizes placed along the cone axis, adapting a circle packing approach. We demonstrate that the proposed method delivers a better balance between quality results and performance when compared to previous specialized procedures, with the advantage of combining directional ambient occlusion and shadow generation under the same framework. We also explore three volume rendering algorithms for black oil reservoir models, represented by irregular hexahedral meshes with geometry distortions and discontinuities. These algorithms were implemented under a compact representation that stores the model in the GPU. We compare performance and image quality delivered by each strategy by running a set of experiments with different models. We then investigate the gain in perception when applying our technique to compute directional ambient occlusion effects. The algorithms were entirely implemented on graphics card to produce interactive visualizations.