[pt] A representação de formas é um problema fundamental em Computação Gráfica. Dentre as representações conhecidas para objetos tridimensionais, os campos de distância amostrados adaptativamente (ADFs) destacam-se por sua versatilidade. ADFs combinam os conceitos de geometria com dados volumétricos, permitem representar objetos com precisão arbitrária, e consolidam diversas operações como visualização, modelagem de níveis de detalhe, detecção de colisão, testes de proximidade, metamorfose e operações booleanas em uma única representação. Este trabalho propõe métodos para acelerar a reconstrução de ADFs estáticas, melhorar a qualidade dos campos reconstruídos, e visualizar iso-superfícies das ADFs, valendo-se do enorme poder computacional encontrado nas placas gráficas modernas (GPUs). Para que as ADFs sejam representadas de forma eficiente em placas gráficas, propõe-se o uso de uma estrutura hierárquica baseada em dispersão espacial perfeita. A renderização de ADFs é feita integralmente pela GPU, utilizando uma técnica de lançamento de raios baseada em traçado por esferas. Uma maneira de tratar as descontinuidades C0 e C1 inerentes às ADFs é sugerida para que o sombreamento das superfícies seja suave. Finalmente, o trabalho propõe um novo método de reconstrução para ADFs, capaz de representar melhor superfícies curvas. Os resultados são apresentados através de aplicações simples de visualização interativa, com ADFs geradas a partir de malhas de triângulos e sólidos primitivos. / [en] Shape representation is a fundamental problem in Computer Graphics. Among known representations for three-dimensional objects, adaptively sampled distance fields (ADFs) are noted for their versatility. ADFs combine the concepts of geometry with volume data, allow objects to be represented with arbitrary precision, and consolidate several operations - such as visualization, level-of-detail modeling, collision detection, proximity tests, morphing and boolean operations | into a single representation. This work proposes methods to accelerate the reconstruction of static ADFs, to improve the quality of reconstructed fields, and to visualize ADF isosurfaces, making use of the massive computational power found in modern graphics hardware (GPUs). In order to effciently represent ADFs on graphics cards, a hierarchical structure based on perfect spatial hashing is proposed. Rendering of ADFs is done completely on GPUs, using a ray casting technique based on sphere tracing. Means to overcome the C0 and C1 discontinuities inherent to ADFs are suggested in order to attain smoothly shaded iso-surfaces. Finally, a new reconstruction method for ADFs, which can better represent curved surfaces, is proposed. Results are presented through simple interactive visualization applications, with ADFs generated from both triangle meshes and primitive solids.

[pt] O primeiro estágio na linha de produção de um sistema de geração procedural de cidades é, tipicamente, a geração da malha rodoviária. Este trabalho apresenta um algoritmo para a geração de malhas rodoviárias em paralelo na GPU usando um modelo de execução baseado em filas de trabalho. Esse algoritmo recebe parâmetros declarativos, juntamente com mapas geográficos e sócio estatísticos, e produz uma representação em alto nível de uma malha rodoviária urbana. / [en] The first stage in the pipeline of a procedural city generation system is typically the generation of the road network. This work presents a parallel algorithm for road networks generation on the GPU, using a work-queue based execution model. This algorithm receives declarative parameters along with geographic and socio-statistical maps and produces a high level representation of an urban road network.

[pt] Modelagem e renderização baseadas em imagem tem sido uma área de pesquisa muito ativa nas últimas décadas, tendo recebido grande atenção como uma alternativa às técnicas tradicionais de síntese de imagens baseadas primariamente em geometria. Nesta área, algoritmos de visão computacional são usados para processar e interpretar fotos ou vídeos do mundo real a fim de construir um modelo representativo de uma cena, ao passo que técnicas de computação gráfica são usadas para tomar proveito desta representação e criar cenas foto-realistas. O propósito deste trabalho é investigar técnicas de renderização capazes de gerar vistas virtuais de alta qualidade de uma cena, em tempo real. Para garantir a performance interativa do algoritmo, além de aplicar otimizações a métodos de renderização existentes, fazemos uso intenso da GPU para o processamento de geometria e das imagens para gerar as imagens finais. Apesar do foco deste trabalho ser a renderização, sem reconstruir o mapa de profundidade a partir das fotos, ele implicitamente contorna possíveis problemas na estimativa da profundidade para que as cenas virtuais geradas apresentem um nível aceitável de realismo. Testes com dados públicos são apresentados para validar o método proposto e para ilustrar deficiências dos métodos de renderização baseados em imagem em geral. / [en] Image-based modeling and rendering has been a very active research topic as a powerful alternative to traditional geometry-based techniques for image synthesis. In this area, computer vision algorithms are used to process and interpret real-world photos or videos in order to build a model of a scene, while computer graphics techniques use this model to create photorealistic images based on the captured photographs or videos. The purpose of this work is to investigate rendering techniques capable of delivering visually accurate virtual views of a scene in real-time. Even though this work is mainly focused on the rendering task, without the reconstruction of the depth map, it implicitly overcomes common errors in depth estimation, yielding virtual views with an acceptable level of realism. Tests with publicly available datasets are also presented to validate our framework and to illustrate some limitations in the IBR general approach.

[pt] A visualização volumétrica é uma importante técnica para a exploração de dados tridimensionais complexos, como, por exemplo, o resultado de análises numéricas usando o método dos elementos finitos. A aplicação eficiente dessa técnica a malhas não-estruturadas tem sido uma importante área de pesquisa nos últimos anos. Há dois métodos básicos para a visualização dos dados volumétricos: extração de superfícies e renderização direta de volumes. Na primeira, iso-superfícies de um campo escalar são extraídas explicitamente. Na segunda, que é a utilizada neste trabalho, dados escalares são classificados a partir de uma função de transferência, que mapeia valores do campo escalar em cor e opacidade, para serem visualizados. Com a evolução das placas gráficas (GPU) dos computadores pessoais, foram desenvolvidas novas técnicas para visualização volumétrica interativa de malhas não-estruturadas. Os novos algoritmos tiram proveito da aceleração e da possibilidade de programação dessas placas, cujo poder de processamento cresce a um ritmo superior ao dos processadores convencionais (CPU). Este trabalho avalia e compara dois algoritmos para visualização volumétrica de malhas não-estruturadas, baseados em GPU: projeção de células independente do observador e traçado de raios. Adicionalmente, são propostas duas adaptações dos algoritmos estudados. Para o algoritmo de projeção de células, propõe-se uma estruturação dos dados na GPU para eliminar o alto custo de transferência de dados para a placa gráfica. Para o algoritmo de traçado de raios, propõe-se fazer a integração da função de transferência na GPU, melhorando a qualidade da imagem final obtida e permitindo a alteração da função de transferência de maneira interativa. / [en] Volume visualization is an important technique for the exploration of threedimensional complex data sets, such as the results of numerical analysis using the finite elements method. The efficient application of this technique to unstructured meshes has been an important area of research in the past few years. There are two basic methods to visualize volumetric data: surface extraction and direct volume rendering. In the first, the iso-surfaces of the scalar field are explicitly extracted. In the second, which is the one used in this work, scalar data are classified by a transfer function, which maps the scalar values to color and opacity, to be visualized. With the evolution of personal computer graphics cards (GPU), new techniques for volume visualization have been developed. The new algorithms take advantage of modern programmable graphics cards, whose processing power increases at a faster rate than the one observed in conventional processors (CPU). This work evaluates and compares two GPU- based algorithms for volume visualization of unstructured meshes: view- independent cell projection (VICP) and ray-tracing. In addition, two adaptations of the studied algorithms are proposed. For the cell projection algorithm, we propose a GPU data structure in order to eliminate the high costs of the CPU to GPU data transfer. For the raytracing algorithm, we propose to integrate the transfer function in the GPU, which increases the quality of the generated image and allows to interactively change the transfer function.