[pt] Pesquisas sobre visualização de dados estatísticos demonstram a necessidade de sistemas que apóiem tomadas da decisões e análises visuais. Constatando problemas de construção de visualizações por usuários inexperientes, nossa questão de pesquisa foi: Como apoiar usuários inexperientes na construção de visualizações eficientes com dados estatísticos? Assim, desenvolvemos ViSC, um sistema de recomendações que apóia a construção interativa de gráficos para visualizar dados estatísticos, através de uma série de recomendações baseadas nos dados selecionados e na interação do usuário com a ferramenta. O sistema explora uma ontologia de visualização para oferecer um conjunto de gráficos que ajudam a responder questões baseadas em informação relacionadas aos dados exibidos no gráfico. Percorrendo os gráficos recomendados através de suas questões relacionadas, o usuário implicitamente adquire conhecimento tanto do domínio quanto dos recursos de visualização que melhor representam os conceitos do domínio de interesse. Esta dissertação apresenta os problemas que motivaram a pesquisa, descreve a ferramenta ViSC e apresenta os resultados de uma pesquisa qualitativa realizada para avaliar ViSC. Para a avaliação, utilizamos o Método de Inspeção Semiótica (MIS) e o Retrospective Communicability Evaluation (RCE) — uma combinação do Método de Avaliação da Comunicabilidade (MAC) e Retrospective Think Aloud Protocol. Concentramo-nos em verificar como as recomendações influenciam na realização de uma tarefa e nas visualizações geradas para então endereçar nossa questão mais ampla. / [en] Research on statistical data visualization emphasizes the need for systems that assist in decision-making and visual analysis. Having found problems in chart construction by novice users, we decided to research the following question: How can we support novice users to create efficient visualizations with statistical data? Thus we, created ViSC, a recommender system that supports the interactive construction of charts to visualize statistical data by offering a series of recommendations based on the selected data and the user interaction with the tool. The system explores a visualization ontology to offer a set of graphs that help to answer information-based questions related to the current graph data. By traversing the recommended graphs through their related questions, the user implicitly acquires knowledge both on the domain and on visualization resources that better represent the domain concepts of interest. This dissertation presents the problems that motivated the research, describes the ViSC tool and presents the results of a qualitative study conducted to evaluate ViSC. We used two methods in our evaluation: the Semiotic Inspection Method (SIM) and the Retrospective Communicability Evaluation (RCE) — a combination of the Communicability Evaluation Method (CEM) and Retrospective Think Aloud Protocol. We first analyze how the questions influence the users traversal through the graph and, then, we address the broader question.

[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] 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] 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] Grandes projetos de engenharia como prédios e infraestrutura urbana demandam milhões em investimentos e estreita colaboração entre equipes de especialistas ao longo de vários anos de projeto, construção e operação. Para vencer estes desafios, a indústria de Arquitetura, Engenharia e Construção (AEC) está ativamente desenvolvimento métodos e ferramentas baseadas na Modelagem da Informação da Construção (BIM). BIM promove o uso de modelos CAD 3D como uma base de dados centralizada para todas as características físicas e funcionais de uma instalação e suas informações associadas de projeto e ciclo de vida. A complexidade inerente de um modelo BIM oferece um desafio crítico de visualização: como melhor apresentar informações relevantes necessárias para diferentes análises de engenharia? Este trabalho contribui para responder esta questão através de uma abordagem teórica e prática. A tese primeiro apresenta uma revisão sistemática da literatura sobre o estado atual de visualização de informação (VIS) em pesquisas BIM. A revisão analisa em detalhe as visualizações adotadas em diversos casos de uso ao longo das fases do ciclo de vida de um projeto de engenharia. Baseado nesses resultados, a tese descreve a especificação e avaliação de um novo sistema 4D para planejamento da construção que supere várias limitações de trabalhos anteriores. Colaboradores de engenharia utilizaram o software para revisar os planos reais de construção de uma planta industrial de Óleo e Gás. As ferramentas de visualização desenvolvidas tornaram evidente incertezas no cronograma, conflitos de espaço de trabalho e outros problemas de construtibilidade. A tese contribui para pesquisas em BIM com importantes recomendações de visualização e também contribui para pesquisas de VIS ao trazer à tona desafios interessantes em um domínio de engenharia cada vez mais relevante. / [en] Large-scale engineering projects such as buildings and city infrastructure require millions in investments and tight coordination between expert teams across several years of design, construction, and operation. To tackle these challenges, the Architecture Engineering and Construction (AEC) industry is actively developing methods and tools based on Building Information Modeling (BIM). BIM promotes the use of 3D CAD models as a centralized database for all physical and functional characteristics of a facility and its related project/life-cycle information. The inherent complexity of a BIM model offers a critical visualization challenge: how to best display relevant information required by different engineering analyses? This work contributes to answering this question through both theoretical and practical approaches. The thesis first presents a systematic literature review on the current state of information visualization (VIS) in BIM research. The review analyzes in detail currently employed visualizations in diverse use cases across an engineering projects life cycle. Based on these findings, the thesis describes the design and evaluation of a novel 4D construction planning system that overcomes many limitations of previous work. Engineering collaborators used the software to review the real-world construction plans of an Oil and Gas industrial plant. The developed visualizations made evident schedule uncertainties, workspace conflicts and other constructability issues. The thesis contributes to BIM research with important visualization guidelines and also contributes to VIS research by raising awareness to interesting challenges in a increasingly relevant engineering domain.

[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.

[pt] O presente trabalho visa elaborar o perfil de solo de uma área na Zona Norte da cidade do Rio de Janeiro, compreendendo os bairros Abolição, Água Santa, Benfica, Bonsucesso, Cachambi, Del Castilho, Engenho de Dentro, Encantado, Engenho Novo,Higienópolis, Inhaúma, Jacaré, Jacarezinho, Lins de Vasconcelos, Manguinhos, Méier, Maria da Graça, Piedade, Pilares, Quintino, Riachuelo, Rocha, Sampaio, Tomás Coelho,Todos os Santos e Vila Isabel, numa área total aproximada de 33 km2 com base em resultados de sondagens à percussão (SPT).A metodologia para concepção do perfil de sedimentação/intemperismo envolveu a recuperação e interpretações dos perfis obtidos em poços de sondagem, visitas de campo na região selecionada, análise de mapas e imagem aérea, revisões bibliográficas e extensa procura de dados em vários arquivos público. Um banco de dados foi criado no software ArcView, um sistema para aplicação de informação geográfica georeferenciada, a partir da base cartográfica digital na escala 1:2000. As entidades gráficas que representam o posicionamento dos poços sondados foram incorporadas no sistema assim como, toda a informação de interesse associada a interpretação dos respectivos boletins baseada no perfil de subsolo proposto. Na visualização 3D em sub-região de 3,30 Km2, onde o número e distribuição de poços foram considerados satisfatórias em uma análise preliminar, foram empregados dados referentes às sondagens SPT assim armazenadas (posição geográfica da boca do furo, profundidade do lençol freático, valores do número de golpes do ensaio SPT a cada metro de profundidade, quota altimétrica, espessuras e descrição qualitativa das camadas). Aplicações baseadas em GIS quando associadas com métodos de Geoestatística podem ser de interesse e importância fundamental em estudos regionais que envolvem planejamento urbano e tomadas de decisões, para elaboração de mapas de risco,contaminação do subsolo entre muitas outras aplicações no campo da Geotecnia e Geologia de Engenharia. / [en] This research intends to elaborate a subsoil profile for the region of the North Zone of the city of Rio de Janeiro, Brazil, encompassing the districts of Abolição, Água Santa, Benfica, Bonsucesso, Cachambi, Del Castilho, Engenho de Dentro, Encantado, Engenho Novo, Higienópolis, Inhaúma, Jacaré, Jacarezinho, Lins de Vasconcelos, Manguinhos, Méier, Maria da Graça, Piedade, Pilares, Quintino, Riachuelo, Rocha, Sampaio, Tomás Coelho, Todos os Santos and Vila Isabel, in a total area of 33 km 2 . The methodology aiming this objective involved the recovery and interpretation of borehole logs, several field trips to the selected region, analysis of maps and aerial images, bibliographic reviews and extensive data search in several public archives. A database was constructed using the software ArcView, for geographical information system applications, and a digital cartographic map on scale 1: 2,000. Graphical entities, representing the borehole positions, were also incorporated as well as all other information of interest drawn from the borehole logs, such as depth of the groundwater level, number of recorded SPT blows along the soil profile, a qualitative description of the local stratigraphy, depth of the sound rock, date of test execution, etc. A 3D visualization was also produced, employing the data correspondign to a smaller subregion (3.30 km 2 ), where both the number and distribution of boreholes were considered satisfactory in a preliminary analysis. GIS-based applications, possible associated with geoestatiscal methods, may be of fundamental interest and importance in regional studies involving urban planning, decision-making strategies, elaboration of maps of risk, subsoil and groundwater contamination, among many other applications in the field of geotechnical and geological engineering. / [es] EL presente trabajo tiene como objetivo elaborar el perfil de suelo de una región de la Zona Norte de la ciudad de Rio de Janeiro, que comprende los barrios Abolição, Agua Santa, Benfica, Bomsuceso, Cachambi, Del Castilho, Engenho de Dentro, Encantado, Engenho Nuevo,Higienópolis, Inhaúma, Jacaré, Jacarezinho, Lins de Vasconcelos, Manguinhos, Méier, María de la Graça, Piedad, Pilares, Quintino, Riachuelo, Roca, Sampaio, Tomás Coelho,Todos los Santos y Vila Isabel, para um total de 33 km2 con base en resultados de sondaje a la percusión (SPT). LA metodología para la concepción del perfil de sedimentación/intemperismo considera la recuperación e interpretaciones de los perfiles obtenidos em los pozos de sondage, visitas de campo en la región seleccionada, análisis de mapas e imágen aérea, revisiones bibliográficas y extensa búsqueda de datos en varios archivos públicos. Un banco de datos fue creado con el software ArcView, un sistema para aplicación de información geográfica georeferenciada, a partir de la base cartográfica digital en la escala 1:2000. Las entidades gráficas que representan la posición de los pozos sondados fueron incorporadas al sistema, así como toda la información de interés asociada a la interpretación de los respectivos boletines. En la visualización 3D en subregión de 3,30 Km2, dondelnúmero y distribución de pozos fueron considerados satisfactorias en un análisis preliminar, se utilizaron datos referentes a las sondages SPT almacenadas (posición geográfica de la boca del hueco, profundidad del manto freático, valores del número de golpes del ensayo SPT a cada metro de profundidad, cuota altimétrica, espesuras y descripción cualitativa de las camadas). Las aplicaciones baseadas en GIS asociadas con métodos de Geoestatística pueden ser de interés e importancia fundamental en estudios regionales que envuelven planificación urbana y toma de decisiones, para la elaboración de mapas de riesgo,contaminación del subsuelo entre muchas otras aplicaciones en el campo de la Geotecnia y Geología de Ingeniería.

[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] Hoje em dia, o uso de dispositivos móveis se tornou bastante popular e criou maneiras diferentes de interação com sua interface sensível ao toque. Aplicações de visualização científica possuem um potencial muito grande de desfrutar dessas novas formas de interação, contudo o poder de processamento dos dispositivos móveis ainda não é suficiente para renderizar e-ou tratar o grande volume de dados que esse tipo de aplicação requer. Propomos um framework, seguindo um modelo cliente-servidor, que permite a utilização de dispositivos móveis para visualização e manipulação colaborativa de aplicações de visualização científica. No papel de servidor, a aplicação científica faz uso de uma biblioteca para compactar e enviar as imagens renderizadas para os clientes e também para tratar os eventos recebidos. No papel de cliente, está um aplicativo multiplataforma (iOS-Android) rodando nos dispositivos móveis, que interpreta os gestos de toque e exibe as imagens recebidas via rede Wi-Fi. O mesmo aplicativo é capaz de conectar em qualquer servidor, pois constrói a interface baseada numa descrição em Lua que o servidor fornece. Por fim, o framework proposto é avaliado em dois aplicativos industriais: Geresim e 3DReplay. / [en] Nowadays, mobile devices have become very popular bringing new ways of interaction with their touch-based interface. Scientific visualization applications have a great potential to take advantage of this new kind of interaction, but the processing capabilities of mobile devices are still not enough to render or process the amount of data this type of application requires. We propose a framework, working as a client-server model, which allows the use of mobile devices to collaboratively visualize and manipulate scientific visualization applications. In the server role, the scientific application uses a library to compress and send rendered images to clients and also to process received events. In the client role, there is a multiplatform application (iOS-Android) running on mobile devices, which interpret touch gestures and show the images received through Wi-Fi network. The same application is able to connect in any server, since it builds its interface from a description in Lua language supplied by the server. Lastly, we evaluate the proposed framework with two industrial applications: Geresim e 3DReplay.