[pt] A visualização de horizontes sísmicos constitui uma importante área de conhecimento amplamente aplicada na prospecção de hidrocarbonetos pela indústria do petróleo. Diferentes técnicas são atualmente empregadas na apresentação destas superfícies, sendo usualmente utilizadas as soluções baseadas na geração de malhas poligonais, que se beneficiam da otimização das placas gráficas atuais no desenho de triiângulos. Este trabalho faz uma avaliação do uso da renderização baseada em pontos, no lugar de polígonos, para a visualização de horizontes sísmicos. Para isso as técnicas de cada etapa do processo são avaliadas, levando-se em conta a natureza específica dos dados de interpretação de horizontes em volumes sísmicos e o resultado final esperado para a visualização deste tipo de dados. O algoritmo utilizado baseia-se no método conhecido como Surface Splatting para a renderização dos pontos originais, sendo estudados a estruturação apropriada para os dados a serem visualizados, a técnica para obtenção de normais, a abordagem adequada para o cálculo da iluminação e mecanismos adicionais necessários ao processo. Resultados da aplicação do método em dados reais são, ao final do trabalho, analisados e comparados à renderização tradicional para os horizontes avaliados. / [en] Seismic horizon visualization stands as an important knowledge area used to support exploration on the oil industry. Different techniques currently employed to render this kind of surfaces are usually based on polygonal meshes generation, which benefits from graphics boards optimization on drawing triangles. This work is an evaluation of Point Based rendering techniques to replace polygonal approaches in seismic horizons visualization. To do so, this study revisits each stage of the seismic visualization process. The algorithm adopted here is based on the Surface Splatting with the EWA filter. This work also presents a study on normal evaluation and data structures to store points and normal. Special care is taken in shading techniques. The implementation yielded results that are used to support the evaluation of the Point Based Techniques on real 3D Seismic data. Traditional triangle based rendering is also presented to compare results.

[pt] O crescente aumento da disponibilidade de recursos computacionais para a simulação numérica permite que cientistas e engenheiros produzam enormes quantidades de dados. A melhor compreensão destes dados mediante o uso de técnicas de computação gráfica é conhecido como visualização cientifica. Este trabalho propõe a visualização científica de problemas de engenharia usando uma arquitetura distribuída via WEB. Os dados simulados são lidos diretamente de um banco de dados e são gerados arquivos com as informações necessárias para sua visualização. Geram-se arquivos com dados de pré- processamento (como nós, elementos, linhas, áreas e elementos diferenciados por índices) e pós-processamento (como deformação, deslocamento e tensões, resultados mais importantes na análise utilizando o método de elementos finitos). Considerando uma arquitetura distribuída, a simulação numérica pode ser feita em um computador (servidor) e a visualização pode ser feita em um outro computador (cliente), utilizando uma interface simples, porém robusta para a visualização, como é o caso da WEB. A utilização do formato VRML facilita a distribuição e compartilhamento nesta visualização, fazendo assim independente a plataforma do servidor, que contém o software de simulação numérica, da plataforma do cliente. Usando como caso de estudo o software de Análise de Elementos Finitos ANSYS, os resultados obtidos mostraram-se satisfatórios e melhor manipuláveis ao se comparar com resultados visualizados por aquele software. O estudo de caso pode ser estendido para outros softwares de simulação da área de mecânica dos sólidos. / [en] The growing increase in computational resources for numerical simulation allows researchers and engineers to generate huge amount of data. The understanding of those data through the use of computer graphics techniques is known as Scientific Visualization. This work proposes a Scientific Visualization of engineering problems through the use of a distributed architecture via Web. The simulated data are obtained directly from a data base and the appropriate information is generated to their visualization.Pre-processing data (such as nodes, elements, lines, areas etc) and posprocessing data (such as deformation, stress and strain, from a finite element analysis) are generated. A distributed architecture is considered which allows the numerical simulation to be done in a main computer (server) and the visualization to take place in another computer (client), by using a simple, but robust, interface, as is the Web. It is being used the VRML which provides a natural data distribution and sharing. Results obtained with the Ansys software, a case study for a finite element analysis, have proven to be satisfactory and allowing for easy manipulation when compared with the results visualized through the mentioned software. The proposed architecture can be extended to cope with other solid mechanics software.

[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] Encontrar manualmente uma boa função de transferência para visualização volumétrica é uma tarefa difícil que exige um conhecimento prévio sobre os dados sendo visualizados. Por isso, muitas pesquisas têm sido desenvolvidas nos últimos anos, com o objetivo de facilitar esse processo. No entanto, poucos trabalhos se esforçaram em obter métodos automáticos para a detecção de funções de transferência. A grande maioria busca melhorar o controle do usuário sobre a função de transferência indicando regiões potencialmente interessantes em histogramas e facilitando sua manipulação através de interfaces. Além disso, os resultados encontrados são geralmente apresentados na área médica, buscando melhorar a visualização dos exames de ressonância magnética, tomografia computadorizada ou ultrassom. Assim, visando mostrar que os conceitos utilizados nesses trabalhos podem ser explorados na área de petróleo e gás, este trabalho propõem um novo método para detecção automática de funções de transferência com o intuito de visualizar as interfaces entre regiões de um reservatório de petróleo. A abordagem proposta também é avaliada na detecção de fronteiras entre diferentes materiais de volumes médicos e outros volumes científicos amplamente utilizados. / [en] Finding a good transfer function for volume rendering is a difficult task that requires previous knowledge about the data domain itself. Therefore, many researches have been developed in the past few years aiming to overcome this barrier. However, only a few of them have concentrated forces into obtaining an automatic transfer function detector. Most of them focus on improving user control over transfer function domain, indicating potentially interesting regions and easing its manipulation through different histograms. Also, the results are often presented in medical field, through MRI, CT scan or ultrasound images. Thus, with the purpose of showing that the concepts used in these works can be exploited on oil and gas research field, this work proposes a novel method to automatically detect transfer functions, aiming to visualize the interfaces between different regions in the reservoir. The proposed approach is also tested in detecting boundaries between different materials of medical datasets and other datasets widely used.

[pt] O uso de abordagens de programação estocástica e redução de cenários tem se tornado imprescindível na análise e predição de comportamento de sistemas dinâmicos. Entretanto, tais técnicas não levam em conta o conhecimento prévio sobre domínio que o usuário possui. O presente trabalho tem por objetivo o desenvolvimento de uma abordagem visual e interativa para abordar o problema de redução de cenários com dados temporais. Para tanto, nós propomos a implementação de uma série de visualizações de dados temporais integradas. Também propomos a adaptação de um algoritmo de projeção multidimensional para lidar com dados temporais. Desta forma, podemos representar graficamente a evolução de um conjunto de cenários ao longo do tempo. Outra visualização proposta no presente trabalho é uma adaptação de Bump chart para lidar com dados temporais acumulados; através dele, um usuário pode comparar a evolução das distâncias entre os diferentes cenários e um cenário de referência. Para validar a nossa proposta, fizemos uma implementação das técnicas propostas e conduzimos um estudo com usuários de diferentes áreas do conhecimento e níveis de experiência. Os resultados obtidos até então indicam que uma abordagem visual para o problema de redução de cenários é viável, e permite a seleção de um conjunto razoável de cenários. Além disso, constatamos que essa abordagem pode ser útil em um contexto de exploração de dados visando a redução de cenários. O usuário também pode explorar visualmente os resultados de outras técnicas de redução de cenários usando nossa abordagem. Os usuários entrevistados reportaram facilidade em cumprir as tarefas propostas e comentaram positivamente sobre os mecanismos de interação fornecidos pelo nosso protótipo. Também testamos os cenários escolhidos usando nossa proposta contra outras abordagens encontradas tanto na literatura quanto em uso na indústria. Os resultados obtidos foram bons, indicando que nossa proposta é viável em casos de uso reais. / [en] Stochastic programming and scenario reduction approaches have become invaluable in the analysis and behavior prediction of dynamic systems. However, such techniques often fail to take advantage of the user s own expertise about the problem domain. This work provides visual interactive support to assist users in solving the scenario reduction problem with timeseries data. We employ a series of time-based visualization techniques linked together to perform the task. By adapting a multidimensional projection algorithm to handle temporal data, we can graphically present the evolution of the ensemble. We also propose to use cumulative bump charts to visually compare the ranks of distances between the ensemble time series and a baseline series. To evaluate our approach, we developed a prototype application and conducted observation studies with volunteer users of varying backgrounds and levels of expertise. Our results indicate that a graphical approach to scenario reduction may result in a good subset of scenarios and provides a valuable tool for data exploration in this context. The users liked the interaction mechanisms provided and judged the task to be easy to perform with the tools we have developed. We tested the proposed approach against state-of-the-art techniques proposed in the literature and used in the industry and obtained good results, thus indicating that our approach is viable in a real-world scenario.

[pt] Atualmente, as malhas de simulação do fluxo em reservatórios naturais de petróleo (RNPs) são modelos compostos por centenas de milhares de células hexaédricas, cada uma podendo ser decomposta em 12 triângulos, de modo que a visualização interativa dessas malhas, através das estações gráficas atuais, ainda não é factível. À medida que os computadores e as placas gráficas aumentam sua capacidade de processamento, as malhas de simulação também crescem. A solução para esse tipo de problema passa, normalmente, por técnicas de aceleração, dentre as quais está a multi-resolução (MR). Ocorre, entretanto, que os modelos de multi-resolução atualmente conhecidos não são aplicáveis às malhas de simulação de RNPs, devido aos requisitos específicos da área, tais como a preservação do modelo de células hexaédricas e a descontinuidade entre células. Na realidade, as técnicas de multi-resolução tendem a enfocar a Visualização Realista, enquanto o problema de RNPs é de Visualização Científica, para a qual ainda não existem soluções genéricas. Esta dissertação propõe um modelo de MR específico para o problema de visualização das malhas de simulação em RNPs, no qual a partição descontínua do espaço, a semântica baseada em células hexaédricas e as características de visualização do problema são pontos considerados. O modelo proposto permite uma construção eficiente da estrutura de MR, a partir da qual, em tempo real, são extraídas malhas adaptativas dependentes: (a) do erro geométrico da aproximação, (b) da câmera e (c) do número desejado de polígonos na malha. Além disso, o modelo permite a utilização conjunta de outra técnica de aceleração, o descarte, possibilitando o descarte hierárquico de regiões da malha que estão fora do volume de visão. O modelo proposto foi implementado em um sistema que permitiu uma extensa bateria de testes, cujos resultados permitiram traçar algumas conclusões e recomendações. / [en] Current flow-simulation meshes of natural oil reservoirs (NOR) are composed of hundreds of thousands of hexahedral cells. The visualization of the geometry of these cells superimposed with color attributes to represent properties and flow results requires the rendering of and unstructured mesh of millions of triangles. The current graphics hardware does not allow for an interactive visualization of such meshes. As computers and graphics boards increase their processing capacity, simulation meshes also grow and the solution to the rendering problem usually includes acceleration techniques, one of which is multi-resolution (MR). However, currently known MR models are not applicable to NOR simulation meshes due to this field’s specific requirements, such as the preservation of the hexahedral-cell model and discontinuities among cells. In fact, MR techniques tend to focus on Realistic Visualization, while the NOR problem is one of Scientific Visualization, for which generic solutions still do not exist. The present work proposes a specific MR model for the visualization problem concerning NOR simulation meshes, in which discontinuous space partition, hexahedral-cell-based semantics and the problem’s visualization characteristics are taken into account. The proposed model allows an efficient construction of a MR structure, from which, in real time, adaptive meshes can be extracted that depend on: (a) the geometric error approximation, (b) the view, and (c) the polygon budget. This model can also be used combined with another acceleration technique, frustum culling, which allows for the hierarchical elimination of regions in the mesh that are out of the view volume. The proposed model was implemented in a system on which extensive testing was performed, providing results that allowed us to draw some conclusions and recommendations.